Filtry oleju

Wydłużanie okresów między wymianami oleju i coraz powszechniejsze wprowadzanie olejów syntetycznych pogorszyły warunki pracy filtrów oleju silnikowego. Co ciekawe, producenci silników nie podają jednoznacznych wytycznych odnośnie dokładności filtracji oleju.

W oleju silnikowym znajdują się zanieczyszczenia różnej wielkości 8-60 mikrometrów, ale te najmniejsze, o średnicy poniżej 1 mikrometra uważane są za najgroźniejsze. Tak skutecznie polerują one gładź cylindrową, że nie przylegają do niej cząstki oleju i dochodzi wówczas do przerwania tzw. filmu olejowego. Te małe cząsteczki to sadza, której nie zatrzymuje żaden filtr pełnego przepływu. Z tego powodu w pojazdach użytkowych stosuje się dwa rodzaje filtrów oleju – pełnego przepływu i bocznikowy.

Filtry pełnego przepływu mogą być wymieniane w całości - mają wkład filtracyjny zamknięty w blaszanej lub plastikowej obudowie przykręcanej do bloku cylindrowego. Istnieją też filtry z wkładem wymiennym, których obudowa jest na stałe przytwierdzona do bloku cylindrowego, a po otwarciu pokrywy wymienia się tylko wkład filtrujący. Filtr bocznikowy jest z reguły umieszczony w miejscu najwyższego ciśnienia oleju, a więc przed filtrem pełnego przepływu. Przez filtr bocznikowy przepływa ok. 5-10% łącznej objętości oleju i zatrzymywane są najdrobniejsze zanieczyszczenia o średnicy poniżej 1 mikrometra, a więc głównie sadza. Olej z filtra bocznikowego kierowany jest do miski olejowej.

Filtry bocznikowe mogą być dwojakiego rodzaju – z wkładem filtracyjnym lub tzw. separatory odśrodkowe, w których pod wypływem ciśnienia oleju wirnik obraca się z prędkością ok. 10 tys. obr./min., a dzięki sile odśrodkowej zanieczyszczenia odkładają się na ściankach filtra. Między wymianami oleju filtr bocznikowy zatrzymuje ok. 500 g zanieczyszczeń.

W pojazdach nowej generacji stosuje się tzw. moduły filtracyjne składające się z pełnoprzepływowego i bocznikowego filtra oleju silnikowego, filtra paliwa i chłodnicy oleju. Prekursorem w konstrukcji modułów filtracyjnych jest firma Hengst. Dzięki zastosowaniu jednej obudowy wyeliminowano przewody łączące poszczególne typy filtrów, co obniżyło koszty produkcji, oraz pozwoliło szybko podgrzać lub schłodzić olej (w zależności od aktualnej potrzeby), co jest korzystne dla utrzymania optymalnej temperatury pracy jednostki napędowej. W module ułatwiony jest też dostęp do poszczególnych filtrów, co skraca czas obsługi serwisowej.

Media filtracyjne

Mechaniczna separacja zanieczyszczeń polega na tym, że cząsteczki zanieczyszczeń przemieszczające się wraz z olejem przywierają do włókien medium filtracyjnego. Małe cząstki zanieczyszczeń poruszają się w oleju we wszystkich kierunkach i jeśli nie natrafią na włókno, nie zostaną zatrzymane. Medium filtracyjne może być wykonane ze specjalnego, wielowarstwowego papieru (często wzmacnianego włóknami syntetycznymi) lub z materiałów kompozytowych. Materiał kompozytowy składa się z wielu warstw celulozy, włókniny i mediów całkowicie syntetycznych. Dobór poszczególnych warstw ma istotne znaczenie dla jakości filtracji, a więc zdolności zatrzymywania cząstek o założonej średnicy i ilości zgromadzonych w nim zanieczyszczeń. Dla przykładu, standardowe medium filtracyjne zatrzymuje cząstki o wielkości 9 mikrometrów, a kompozytowe – 4 mikrometrów. Z badań wynika, że syntetyczne oleje silnikowe działają bardziej agresywnie na niektóre media filtracyjne niż olej mineralny. Stąd producenci filtrów coraz chętniej stosują w mediach filtracyjnych materiały syntetyczne. Ponieważ okres wymiany filtrów oleju stale się wydłuża, medium filtracyjne powinno gromadzić jak najwięcej zanieczyszczeń, zachowując przy tym zdolności filtracyjne. W nowoczesnych filtrach medium filtracyjne ma strukturę porowatą (tzw. filtry wgłębne). Filtry te cechują się powolnym wzrostem oporów przepływu (różnica ciśnień przed filtrem i za filtrem), mimo znacznego zapełnienia medium filtracyjnego. Oczywiście im więcej medium filtracyjnego uda nam się zmieścić w obudowie, tym lepiej. Z tego punktu widzenia istotna jest ilość i rodzaj plis medium filtracyjnego. Plisy nie mogą się ze sobą sklejać mimo oddziaływującego na nie dość wysokiego ciśnienia oleju. Sposób plisowania medium filtracyjnego i wzmocnienie wierzchołków plis jest tajemnicą producenta filtrów. Po całkowitym zapełnieniu porów medium filtracyjnego przez zanieczyszczenia, opór przepływu gwałtownie wzrasta i filtr trzeba wymienić. Jeśli w porę tego nie zrobimy, otwiera się zawór przelewowy i olej nie jest filtrowany.

W zasadzie medium filtracyjne powinno się konstruować do określonego silnika, ale tylko producenci filtrów na tzw. pierwszy montaż otrzymują pełne informacje od producenta silnika. Jednym z istotnych parametrów, mającym wpływ na jakość filtracji, jest prędkość przepływu oleju przez filtr, określona przez konstruktora silnika.

Jaki filtr wybrać?

Kupując filtr, nie mamy możliwości sprawdzenia jego jakości, ale możemy zwrócić uwagę na dokładność wykonania widocznych elementów filtra. W filtrach puszkowych pełnego przepływu zwracajmy uwagę na dokładność wykonania gwintu i jakość montażu gumowej uszczelki, która powinna zapewnić wymaganą szczelność w szerokim zakresie temperatur.

Filtry poszczególnych producentów różnią się nie tylko medium filtracyjnym, lecz także szczegółami budowy wewnętrznej. Istotne są parametry ustawienia zaworów przelewowego i zwrotnego. Zawór przelewowy umożliwia dopływ nieoczyszczonego oleju do układu smarowania z pominięciem wkładu filtrującego. Otwiera się przy określonym ciśnieniu oleju, co wskazuje na całkowite zapełnienie medium filtracyjnego. Jeśli zawór otwiera się za wcześnie, niefiltrowany olej powoduje przyspieszone zużycie elementów silnika. Czołowi producenci filtrów współpracują z producentami silników, którzy określają maksymalną różnicę ciśnienia oleju (1,5 do 2,5 bara) przed i za filtrem, uwzględniając fakt, że podczas eksploatacji pojazdu wzrasta gęstość oleju silnikowego. Dobry filtr powinien mieć również skutecznie działający zawór zwrotny na wlocie do filtra i/lub zawór zwrotny na wylocie z filtra. Zapobiegają one wypływowi oleju z filtra przy wyłączonym silniku. Dzięki temu po ponownym uruchomieniu silnika olej jest szybko dostarczany do magistrali olejowej. Nieszczelność tych zaworów powoduje, że w pierwszych sekundach rozruchu silnik nie jest smarowany.

Ponieważ zakup wszystkich filtrów w pojeździe nie przekracza 1% kosztów eksploatacji, warto kupować filtry dobrej jakości uznanych producentów i wymieniać je zgodnie z zaleceniami producenta pojazdu. Zbyt niska skuteczność filtracji powoduje podwyższenie lepkości oleju, spadek wydatku pompy oraz przyspieszone zużycie ścierne elementów silnika. Zdaniem projektantów filtrów, nawet najlepsze medium filtracyjne o dużej zdolności separacji zanieczyszczeń nie jest w stanie wydłużyć okresu między wymianami oleju. Filtr jest tylko separatorem mechanicznym i nie powstrzymuje procesu starzenia się oleju silnikowego. Z tego punktu widzenia, nadmierne wydłużanie okresów między wymianami oleju silnikowego i filtrów oleju nie jest korzystne dla silnika.