Очищаем масло в современном дизеле
Что за дизель?
Хороший вопрос. Уточняем: дизель грузовой. Мощный и современный. Обязанный выполнять экологические нормы Euro V. Устанавливается на грузовые автомобили «КАМАЗ».
Потребитель сегодня иной, чем лет 20 тому назад. Ему требуется безотказно работающий автомобиль. Бесперебойно выходящий на линию. Число ремонтов и простоев должно сводиться к минимуму. Поэтому он согласен платить за качественные «расходники». Главное – надежность, цены отходят на второй план.
Прежде чем помочь нашему потребителю, немного технических подробностей. Для прецизионного дизеля крайне важна чистота масла. Давайте посмотрим – как оно загрязняется и как нужно его фильтровать.
Загрязнение масла в дизеле
Даже в современных дизелях при сгорании топлива образуется некоторое количество сажи. Часть ее уносится с отработавшими газами, а часть попадает из камеры сгорания в масло.
Чем это плохо? Во-первых, ускоряется старение масла. Во-вторых, частицы сажи быстро разносятся по двигателю, откладываясь на деталях и грозя забить каналы. В-третьих, сажа препятствует действию противоизносных присадок.
Для уменьшения отложений сажу необходимо поддерживать во взвешенном мелкодисперсном состоянии. Поэтому в дизельные масла вводят большое количество дисперсантов. Но тут начинается другая неприятность. Многие дизели старых конструкций оснащены центробежными маслоочистителями (центрифугами). Они неплохо справляются с крупными загрязняющими частицами, но неэффективно очищают масло от мелкодисперсной сажи.
Еще пример. Из-за высокой степени сжатия в картер дизеля прорывается больше газов, чем в бензиновых моторах. Да и состав этих газов иной – в них имеется невостребованный кислород. Прорываясь через лабиринт поршневых колец, он интенсивно окисляет масло.
Можно ли замедлить этот процесс? Да, можно, если при фильтрации масла задерживать металлические продукты износа, «подхлестывающие» реакции окисления. Если фильтр справится с этой задачей, масло дольше сохранит свою работоспособность.
Кроме того, чистота масла важна для подшипника турбины. Загрязнения довольно быстро выводят его из строя. И здесь тоже вся надежда на масляный фильтр. А теперь вернемся к нашему дизелю «КАМАЗ».
Эволюция фильтрации
В ДВС применяют две схемы очистки масла: полнопоточную и комбинированную. В легковых автомобилях наиболее распространена полнопоточная схема, когда масло многократно проходит по кругу «масляный насос – фильтр – пары трения – картер». Фильтры для таких схем называют полнопоточными.
В комбинированной системе параллельно полнопоточному фильтру встраивают дополнительный фильтрующий элемент или центрифугу. Но в предыдущем разделе мы выяснили, что центрифуга плохо справляется со своими обязанностями. Кроме того, центрифуга – энергоемкий узел. Масло в нее надо закачивать под давлением в пять атмосфер, это потери мощности, а мы боремся за экономию топлива. Да и ремонт центрифуги дело хлопотное.
Поэтому конструкторы сделали ставку на дополнительный элемент с фильтрующей шторой. Правильное его название – частичнопоточный фильтр (bypass filter). За время, когда через полнопоточный фильтр проходит 100% масла, частичнопоточный в зависимости от калибровки канала пропускает от 3 до 10% – но с более тщательной отбраковкой инородных частиц.
В 1996 году КАМАЗ перешел на выпуск моторов Euro. Осваивая стандарт Euro, конструкторы отказались от центрифуги и остановились на комбинированной очистке масла с частичнопоточным фильтром (см. рисунок на с. 14).
Но проблемы остались. Когда-то межсервисный интервал был сравнительно небольшим – и два фильтра неплохо справлялись с задачами очистки масла. Но интервалы росли, мощность мотора повышалась, минеральное масло сменила полусинтетика, а потом и синтетика, экологические требования ужесточались. Все это требовало улучшения очистки масла.
Казалось бы, есть проверенный способ – увеличение габаритов фильтрующего элемента и количества бумаги. Конструкторы даже увеличили диаметры элементов с 95 до 110 мм. Но это нельзя делать до бесконечности. Во-первых, процессы фильтрации носят нелинейный характер, и увеличение фильтрующей поверхности в один прекрасный момент становится бесполезным. Во-вторых, увеличивать габариты фильтров тоже нельзя. Тренды мирового автопрома противоположные – все стремятся к их уменьшению!
Значит, нужны новые фильтрующие материалы и способы их укладки в элементе. И такие материалы нашлись. О них – далее.
Фильтрующие объемно
Вообще-то обычная штора, уложенная звездой, тоже фильтрует объемно – но лишь в пределах толщины фильтровальной бумаги. Но мы расскажем о материалах, где объем увеличен многократно.
Это нетканые синтетические материалы в виде нитей. Из них можно изготовить любую штору – как классическую звезду, так и бобину, когда нить наматывается на усилительную трубку в виде многослойной спирали. Оба варианта представлены на фото на этой странице.
Какие преимущества у нетканых фильтрующих материалов перед привычной бумагой? Их немало: низкое гидравлическое сопротивление, способность работать в экстремальных условиях, стойкость к агрессивным средам (вспомним синтетические масла!), длительный срок хранения при высокой влажности и низких температурах без потери характеристик.
А фильтрующие элементы из таких материалов обеспечивают более тонкую очистку масла. Текстурированные нити, уложенные определенным образом, образуют фильтровальную среду со множеством маленьких «карманчиков», собирающих посторонние примеси – именно это обеспечивает большую грязеемкость и завидный ресурс изделия. А врожденная прочность синтетических нитей гарантирует высокую надежность фильтрующих элементов – ведь порваться или раскиснуть, как это бывает с бумажными шторами, они просто не могут.
Идеальная пара
Но в полной мере преимущества масляных фильтров из синтетических нитей проявляется в тандеме, а именно – в комбинированной системе очистки моторного масла.
Полнопоточный фильтрующий элемент здесь изготовлен из нетканого материала, уложенного звездой и армированного сеткой-обечайкой. Сетка придает шторе дополнительную прочность и полностью исключает «парусность» при движении масла. Сама же штора улавливает крупные загрязняющие частицы и большую часть мелких, надежно хороня их в «карманчиках», описанных выше. Что значит надежно? А то, что при открытии перепускного клапана при холодном пуске грязь не смоется в магистраль, как это бывает при бумажной шторе.
А частичнопоточный фильтр тонкой очистки представляет собой бобину из нити, намотанной по спирали, о чем мы тоже говорили. И здесь, пожалуй, начинается самое интересное. Намотать нить можно по-разному: менять угол с осью цилиндра, варьировать плотность намотки, играть с толщиной бобины. В результате мы получаем фильтровальную среду с анизотропными (переменными в различных направлениях) свойствами.
Так, особой укладкой нити можно заставить мелкие загрязнения двигаться не по радиусу цилиндра, а по спирали. Образно говоря, разнокалиберная грязь на длинной спиральной «дороге» неизбежно затормозится и останется в шторе навсегда.
Но пора нам раскрыть «имена, пароли, явки». Производитель этой идеально сбалансированной фильтровальной пары – АО «Завод фильтров “Седан”» из Набережных Челнов. А каталожные номера изделий таковы:
• полнопоточный элемент со шторой, уложенной звездой, – МЭФ19.1012040;
• частичнопоточный элемент со шторой намоточного типа, – 7405.1017040–02.
Почему они сбалансированы? Никакого секрета: эти элементы работают в паре и испытывались тоже в паре. По результатам испытаний, в том числе и во ФГУП «НАМИ», проводились доработки – и тоже в паре! Поэтому категорически не рекомендуется комбинировать эти фильтрующие элементы с изделиями других производителей – качество фильтрации непременно ухудшится.
Активное участие АО «Завод фильтров “Седан”» в программах импортозамещения для промышленности определило подход к разрабатываемым изделиям. Полнопоточный элемент на основе нетканого армированного материала повторяет конструкцию гидравлических фильтров для тяжелых условий эксплуатации. Стоять на месте нельзя – межсервисные интервалы непрерывно увеличиваются, требования к двигателям ужесточаются. Но предприятие действует на опережение. Этого требует ритм жизни и философия TQM (Total Quality Management), взятая на вооружение руководством компании одновременно с новыми технологиями производства.
