Podstawową funkcją an filtr oleju jest w sposób ciągły usuwają szkodliwe zanieczyszczenia z oleju silnikowego krążącego w układzie smarowania — wychwytywanie kurzu, cząstek metalu, osadów węgla, sadzy i innych zanieczyszczeń, zanim dotrą do krytycznych elementów silnika. Utrzymując olej w czystości, filtr zapobiega zużyciu ściernemu łożysk, tłoków i ścianek cylindrów; zmniejsza korozję i gromadzenie się osadu; i zapewnia, że ruchome części silnika otrzymują stałe, wysokiej jakości smarowanie we wszystkich warunkach pracy. Bez sprawnego filtra oleju nawet świeży olej staje się w krótkim czasie nośnikiem szkodliwych cząstek.
Dlaczego olej silnikowy ulega zanieczyszczeniu podczas normalnej pracy
Zrozumienie, przed czym chroni filtr oleju, pomaga wyjaśnić, dlaczego jest on niezbędny. Olej silnikowy nie tylko pozostaje czysty podczas krążenia — podczas każdego cyklu pracy zbiera zanieczyszczenia z wielu źródeł.
- Metalowe cząstki ścierne: Za każdym razem, gdy dwie metalowe powierzchnie stykają się ze sobą – pierścienie tłokowe o ścianki cylindra, czopy łożysk o powierzchnie wału korbowego – ścierane są mikroskopijne fragmenty metalu. Cząsteczki te są zawieszone w oleju i jeśli nie zostaną usunięte, działają jak materiał ścierny, który wykładniczo przyspiesza zużycie
- Produkty uboczne spalania: Niecałkowite spalanie powoduje powstawanie cząstek sadzy i węgla, które przedostają się przez pierścienie tłokowe do skrzyni korbowej – jest to proces zwany przedmuchem. Te cząsteczki zawierające węgiel przedostają się do oleju i, jeśli nie zostaną odfiltrowane, przyczyniają się do tworzenia osadu
- Zewnętrzny kurz i brud: Cząsteczki unoszące się w powietrzu dostają się do silnika przez wlot powietrza i obok niedoskonałych uszczelek. Nawet przy założonym filtrze powietrza drobne cząstki kurzu z czasem dostają się do oleju
- Produkty utleniania i degradacji: Sam olej silnikowy ulega degradacji chemicznej w wysokich temperaturach, tworząc związki kwasowe, lakier i nierozpuszczalne produkty utleniania, które zanieczyszczają środek smarny, jeśli nie są filtrowane
- Zanieczyszczenie płynu chłodzącego i paliwa: Niewielkie rozcieńczenie oleju przez chłodziwo lub paliwo – w wyniku zużycia uszczelek lub niepełnego spalania – powoduje wprowadzenie wody i niespalonego paliwa, które pogarszają lepkość oleju i sprzyjają rozwojowi bakterii i korozji
Badania przeprowadzone przez producentów silników wykazały, że cząstki o wielkości z zakresu 10 do 40 mikrometrów są najbardziej szkodliwe dla łożysk silnika i elementów mechanizmu rozrządu — dokładnie w tym zakresie rozmiarów, w jakim media filtrujące olej są zaprojektowane do najskuteczniejszego wychwytywania.
Pięć podstawowych funkcji filtra oleju
Usuwanie zanieczyszczeń i ochrona silnika
Element filtrujący — zazwyczaj plisowana celuloza, włókno syntetyczne lub ich kombinacja — fizycznie wychwytuje cząstki, gdy olej jest przez niego przepychany pod ciśnieniem pompy olejowej. Jakość pełna filtr olejus wychwytywać cząstki aż do 25–40 mikrometrów w standardowej konfiguracji, podczas gdy wysokowydajne filtry z materiałów syntetycznych wychwytują cząstki tak małe jak 15–20 mikrometrów z wysoką wydajnością. Każde zanieczyszczenie uwięzione w materiale filtrującym to cząstka, która nie dotrze do precyzyjnie obrobionych luzów łożysk wału korbowego (zwykle 0,025–0,075 mm ) w miejscach, gdzie mogłoby to spowodować bezpośrednie uszkodzenie ścierne.
Utrzymanie lepkości oleju i jakości smarowania
Zawieszone cząstki zmieniają właściwości reologiczne oleju silnikowego, zwiększając efektywną lepkość w sposób trudny do przewidzenia i odporny na korektę za pomocą modyfikatorów lepkości. Poprzez ciągłe usuwanie tych cząstek filtr oleju pomaga olejowi zachować zaprojektowany poziom lepkości i charakterystykę przepływu przez cały okres jego użytkowania. Stała lepkość oznacza stałą grubość filmu olejowego na powierzchniach łożysk – jest to podstawowy mechanizm, dzięki któremu olej zapobiega kontaktowi metalu z metalem.
Zmniejszenie stopnia zużycia silnika
Zależność pomiędzy czystością oleju a stopniem zużycia silnika jest dobrze udokumentowana. Badania z trybologii (nauki o tarciu, smarowaniu i zużyciu) konsekwentnie to wykazują zmniejszenie stężenia cząstek w oleju smarowym o 50% może zmniejszyć tempo zużycia łożysk o 30–50% . Filtr oleju jest głównym mechanizmem utrzymującym stężenie cząstek poniżej progu, przy którym następuje przyspieszone zużycie. Silniki pracujące ze zużytymi filtrami lub ich brakiem wykazują wymiernie wyższe wskaźniki zużycia łożysk, pierścieni tłokowych i ścianek cylindrów we wszystkich mierzonych parametrach.
Zapobieganie tworzeniu się osadów i osadów
Szlam silnikowy — gęsty, przypominający smołę osad gromadzący się w kanałach olejowych, chodnikach i na powierzchniach wewnętrznych — powstaje, gdy produkty utleniania oleju, produkty uboczne spalania i woda łączą się w wysokiej temperaturze. Kiedy osady szlamowe ograniczają przepływ oleju w małych kanałach i chodnikach, krytyczne podzespoły, takie jak siłowniki zmiennych faz rozrządu, dysze olejowe i łożyska turbosprężarki, tracą smarowanie. Filtr oleju usuwa nierozpuszczalne prekursory powstawania osadu, zanim będą mogły się zgromadzić, znacznie spowalniając tempo osadzania się osadu i utrzymując kanały olejowe w czystości.
Wspieranie stałej wydajności silnika i oszczędności paliwa
Silnik zasilany czystym, odpowiednio nasmarowanym olejem charakteryzuje się niższym tarciem wewnętrznym niż silnik zasilany zanieczyszczonym olejem. Niższe tarcie oznacza mniej energii marnowanej na pokonywanie oporów mechanicznych, co przekłada się bezpośrednio na mniejsze zużycie paliwa i bardziej stałą moc wyjściową. Testy producentów silników wykazały, że utrzymanie czystości oleju zgodnie ze specyfikacją może przyczynić się do poprawy zużycia paliwa 1–3% w porównaniu z pracą tego samego silnika na zdegradowanym, zanieczyszczonym oleju.
Jak działa filtr oleju: elementy wewnętrzne i mechanizmy
Nowoczesny spin-on filtr oleju zawiera kilka elementów poza samym materiałem filtrującym, z których każdy pełni określoną funkcję ochronną.
| Komponent | Funkcja | Dlaczego to ma znaczenie |
|---|---|---|
| Media filtracyjne (element plisowany) | Zatrzymuje cząstki przechodzące przez olej | Podstawowa funkcja filtracji — skuteczność wychwytywania cząstek określa poziom ochrony |
| Zawór przeciwzwrotny | Zapobiega ponownemu spływaniu oleju z filtra, gdy silnik jest wyłączony | Zapewnia wzrost ciśnienia oleju natychmiast po uruchomieniu — zapobiega pracy łożysk na sucho podczas zimnego rozruchu |
| Zawór obejściowy (nadmiarowy). | Otwiera się, gdy filtr jest zatkany lub olej jest bardzo zimny i gęsty | Pozwala niefiltrowanemu olejowi ominąć ten element, zamiast całkowicie pozbawiać silnik smarowania |
| Rura środkowa | Wsparcie strukturalne dla mediów filtracyjnych; kanał wylotowy oleju | Utrzymuje geometrię mediów pod ciśnieniem; kieruje przefiltrowany olej z powrotem do silnika |
| Uszczelka zewnętrzna/uszczelka | Tworzy olejoszczelne uszczelnienie pomiędzy filtrem a blokiem silnika | Zapobiega wyciekom oleju pod ciśnieniem roboczym; należy wymieniać przy każdej wymianie filtra |
Zawór obejściowy: kluczowa funkcja bezpieczeństwa
Zawór obejściowy zasługuje na szczególną uwagę, ponieważ stanowi ważny kompromis konstrukcyjny. Gdy materiał filtrujący zostanie poważnie zatkany lub gdy podczas rozruchu pompowany będzie bardzo zimny, gęsty olej, zanim się nagrzeje i rozrzedzi, spadek ciśnienia na filtrze może przekroczyć próg otwarcia zaworu obejściowego – zwykle 0,6 do 1,0 bara (9–15 psi) . W tym momencie zawór otwiera się i umożliwia przepływ oleju bezpośrednio do silnika bez przechodzenia przez materiał filtrujący.
Oznacza to, że silnik otrzymuje olej niefiltrowany, a nie żaden – jest to niezbędny kompromis, który zapobiega katastrofalnej awarii silnika spowodowanej niedoborem oleju. Podkreśla jednak znaczenie wymiany filtra oleju w odstępach zalecanych przez producenta: filtr pracujący w trybie obejściowym nie zapewnia ochrony przed zanieczyszczeniami.
Rodzaje filtrów oleju i ich różnice
Kilka filtr oleju projekty są stosowane w różnych typach pojazdów i zastosowaniach, każdy z odmiennymi zasadami działania i charakterystyką działania.
- Filtr pełnoprzepływowy (główny): Standardowa konstrukcja stosowana praktycznie we wszystkich pojazdach osobowych. Cały olej silnikowy przechodzi przez ten filtr w każdym obwodzie — musi on równoważyć wysoką zdolność zatrzymywania zanieczyszczeń z niskim ograniczeniem przepływu, aby uniknąć problemów ze spadkiem ciśnienia. Filtry pełnoprzepływowe wychwytują duże ilości cząstek, ale mogą przepuszczać najdrobniejsze cząstki o średnicy poniżej 20 μm
- Filtr obejściowy: Filtr dodatkowy podłączony równolegle do głównego obiegu oleju, przez który przepuszczana jest tylko niewielka część (zwykle 10–15%) przepływu oleju. Ponieważ przepływa tylko niewielki przepływ, w filtrach bocznikowych można zastosować bardzo drobne media filtracyjne – wychwytujące cząstki tak małe jak 2–5 mikrometrów — bez tworzenia problematycznych zwężeń w głównym obwodzie smarowania. Stosowany w wysokoobciążonych silnikach wysokoprężnych i zastosowaniach z wydłużonymi okresami między wymianami
- Filtr kombinowany (pełnoprzepływowy/obejściowy): Integruje filtrację pełnoprzepływową i filtrację obejściową w jednej obudowie — zapewniając zarówno wychwytywanie cząstek o dużej objętości, jak i ultradokładną filtrację polerującą w jednym urządzeniu
- Filtr kasetowy (elementowy): Wymienny element filtrujący umieszczony w stałym pojemniku przymocowanym do bloku silnika. Obudowa pozostaje w pojeździe; w okresach serwisowych wymienia się jedynie element papierowy lub syntetyczny. Bardziej przyjazne dla środowiska niż filtry typu spin-on, ponieważ podczas jednego okresu serwisowego powstaje mniej odpadów metalowych
- Filtr magnetyczny/detektor wiórów: Zawiera magnesy trwałe, które przyciągają i zatrzymują cząstki metali żelaznych z oleju — stosowane jako uzupełnienie mediów filtracyjnych w lotnictwie, marynarce i zastosowaniach o wysokiej wydajności, gdzie krytyczne jest wczesne wykrycie nietypowego zużycia metalu
Konsekwencje zaniedbanego lub uszkodzonego filtra oleju
Konsekwencje eksploatacji silnika z zatkanym, uszkodzonym lub nieobecnym filtrem oleju są postępujące i kumulują się – zaczynając od przyspieszonego zużycia, a ostatecznie prowadząc do poważnego uszkodzenia silnika, jeśli nie zostanie zaradzine.
- Przyspieszone zużycie łożysk: Cząsteczki metalu krążące w oleju działają jak masa szlifierska na precyzyjne powierzchnie łożysk. Zwiększają się luzy łożyskowe, spada ciśnienie oleju i zaczyna się charakterystyczny dźwięk „stukania” zużytych łożysk głównych lub korbowodów – często wskazujący na uszkodzenie wymagające przebudowy silnika
- Zużycie ścian cylindra i pierścieni tłokowych: Cząsteczki ścierne raniące ścianki cylindrów powodują zwiększone przedmuchy, większe zużycie oleju, utratę kompresji i zmniejszoną moc wyjściową – wszystkie objawy silnika, który doznał trwałego uszkodzenia spowodowanego zanieczyszczeniem
- Blokada galerii i przejścia olejowego: Szlam i osady gromadzą się w wąskich kanałach olejowych, ograniczając przepływ do łożysk turbosprężarki, czopów wałków rozrządu, elementów zmiennych faz rozrządu i strumieni oleju chłodzącego tłok – elementów, których przetrwanie zależy od pełnego przepływu oleju
- Awaria turbosprężarki: Łożyska wału turbosprężarki obracają się z prędkością do 200 000 obr./min i polegają całkowicie na czystym oleju pod ciśnieniem do smarowania i chłodzenia. Zanieczyszczony lub ograniczony przepływ oleju jest główną przyczyną przedwczesnej awarii turbosprężarki – naprawa, która zwykle kosztuje kilka razy więcej niż cała historia planowych przeglądów pojazdu
- Uszkodzenia katalizatora i układu spalin: Zużycie silnika przyspieszane przez słabą filtrację oleju zwiększa zużycie oleju i przedmuchy, wprowadzając do strumienia spalin związki ropopochodne, które zatruwają katalizatory katalizatora i uszkadzają czujniki tlenu
Częstotliwość wymiany filtra oleju: kiedy i dlaczego wymieniać
An filtr oleju należy wymieniać zawsze przy każdej wymianie oleju – są to nierozłączne elementy konserwacji. Zamontowanie świeżego oleju do silnika ze zużytym filtrem natychmiast powoduje zanieczyszczenie nowego oleju cząsteczkami uwięzionymi w starym oleju i stwarza ryzyko pracy filtra w trybie obejściowym, jeśli jest już napełniony.
Standardowe okresy wymiany w przypadku większości pojazdów osobowych wynoszą co 5 000 do 10 000 km z konwencjonalnym olejem i co 10 000 do 15 000 km z olejem w pełni syntetycznym – zawsze zgodnie ze specyfikacją producenta pojazdu. Pojazdy używane w trudnych warunkach eksploatacyjnych – krótkie podróże, zapylone środowisko, holowanie lub jazda wyczynowa – zyskują na krótszych odstępach czasu, ponieważ te warunki przyspieszają degradację oleju i filtra.
Biorąc pod uwagę, że wymiana filtra oleju kosztuje niewielką część kosztów naprawy silnika, której zapobiega, jedną z nich jest regularna wymiana filtra oleju inwestycje w konserwację o najwyższej stopie zwrotu dostępne dla każdego pojazdu z silnikiem spalinowym.
