FILTRY SILNIKOWE

Filtr oleju silnikowego

Zadanie

Filtracja ww pojazdach mechanicznych zaczęła nabierać znaczenia na przełomie XIX i XX wieku wraz z rozwojem konstrukcji silników spalinowych. Narzucił on konieczność m.in. ograniczenia ilości zanieczyszczeń dostających się do silnika wraz z zasysanym powietrzem oraz oczyszczaniu oleju smarującego z szkodliwych wtrąceń.

Po przejściu przez smarowane elementy, olej silnikowy spływa do miski niosąc ze sobą zanieczyszczenia zewnętrzne oraz wytworzone podczas pracy silnika. Powtórne wprowadzenie go do obiegu spowodowałoby zwiększenie zużycia mechanicznego na skutek ściernego działania cząstek stałych. Dlatego za pompą oleju instaluje się filtr umożliwiający zatrzymanie zanieczyszczeń o rozmiarach mniejszych niż 15-20 mikrometrów (um).

Budowa

Filtry oleju, których podstawowym zadaniem w silniku spalinowym jest usuwanie stałych cząstek mineralnych i półstałych cząstek organicznych gromadzących się w oleju smarującym z powodu ciągłego zanieczyszczania podczas eksploatacji, mają dość zróżnicowane konstrukcje. Wynikają one zarówno:

Największe zastosowanie w silnikach spalinowych znalazły filtry oleju o budowie przegrodowej. Są to filtry, w których porowatą przegrodę dla przepływu oleju stanowią papiery filtracyjne, spełniające określone wymagania. Zaliczane są one do filtrów dokładnych. Nominalna dokładność oczyszczania oleju tych filtrów wynosi zwykle od 10 do 15 urn, względnie od 15 do 25 um, zależnie od rodzaju filtru oraz od charakterystyki porowej użytego papieru filtracyjnego.

W poprzednich latach produkowano często filtry z wymiennymi wkładami papierowymi. Obecnie powszechne uznanie zyskały filtry jednorazowe, puszkowe.

Filtr o budowie puszkowej składa się z wkładu filtracyjnego, umieszczonego w obudowie z cienkościennej blachy, połączonej z podstawą przez zawalcowanie. W podstawie tej jest wykonany centralny otwór wylotowy z gwintem do nakręcania na specjalną głowicę lub króciec przy silniku, a także otwory wlotowe. Filtry puszkowe mogą być wykonywane jako jednosekcyjne lub dwusekcyjne (jedna sekcja jest pełnoprzepływowa, natomiast druga jest zwykle włączona bocznikowo).

Dobór filtra oleju do danego silnika przez jego producenta stanowi m.in. o walorach konstrukcyjnych i użytkowych silnika. Każdy producent filtrów podaje w swoich katalogach zastosowanie własnych wyrobów do określonych typów silników, a także zamienniki dla filtrów innych wytwórców. Konstrukcyjny dobór filtra do silnika jest uzależniony od jego założonej trwałości (przyjmuje się trwałość filtra odpowiadającą 5 do 20 tys. krn przebiegu) oraz od typu mocy silnika. Przy znajomości tych danych oraz warunków eksploatacji silnika można założyć następujące wartości dotyczące intensywności zanieczyszczania się oleju od 0,07 do 0,4 mg/(km*kW) dla silników o zapłonie iskrowym.

Przy założeniu optymalnego doboru filtra oleju do danego typu silnika przez jego konstruktora, użytkownikowi pozostaje jedynie dbałość o utrzymanie tego filtra w sprawności technicznej oraz dokonanie w porę wymiany zużytego filtra na nowy.

Podział filtrów w zależności od rozdziału oleju przepływającego przez filtr:

Po zassaniu oleju przez pompę poprzez smok z miski olejowej, środek smarny trafia właśnie do filtra oleju. Wpływa do niego małymi otworkami, rozmieszczonymi bliżej krawędzi zewnętrznej na powierzchni stykającej się z blokiem silnika Potem trafia do papierowego elementu filtrującego. Olej tłoczony jest przez papier pod ciśnieniem, a to oznacza, że wkład filtrujący musi mieć odpowiednią wytrzymałość. Gdyby był zbyt cienki i nieodporny na działanie oleju, zostałby rozerwany i popłynąłby do układu smarowania (czyniąc przy okazji wielkie spustoszenie).

W tym miejscu pojawia się kwestia filtrów — podróbek, w których występuje właśnie takie zagrożenie. Tylko filtry fabryczne lub renomowanych firm akcesoryjnych gwarantują bezpieczeństwo użytkowania. Pozostaje jeszcze kwestia fazy nagrzewania silnika, gdy zimny środek smarny z dużą trudnością przeciska się przez papierowy element filtrujący. Aby uniknąć rozerwania papieru, otwiera się zawór ciśnieniowy, przepuszczając olej bez filtrowania wprost do silnika poprzez duży, centralny otwór w wydrążonej śrubie. W tej samej, na którą wkręcony jest filtr oleju. Jest to sytuacja absolutnie wyjątkowa i krótkotrwała. Nie niesie ze sobą wielkiego zagrożenia, bowiem przy przebiegu 7000km olej filtrowany jest ponad dwadzieścia tysięcy razy.

Zdjęcia: Przykład budowy filtra do motocykla marki Suzuki różnych producentów - różnice w wielkości materiału filtrującego widać w niektórych przypadkach "gołym" okiem

 

Filtr paliwa

Z reguły osiągnięcie wyższej jakości oczyszczania paliwa jest związane ze wzrostem kosztów produkcyjnych i eksploatacyjnych wynikających najpierw z wytworzenia, a następnie z obsługi urządzeń filtrujących. Łączy się to ze złożonością konstrukcji filtrów paliwa oraz zastosowaniem materiałów o podwyższonych parametrach technicznych. Szkodliwość oddziaływania zanieczyszczeń paliwa na układ zasilania jest stosunkowo mniejsza w silniku ZI w porównaniu z silnikiem ZS. Wynika to z istoty rozwiązań konstrukcyjnych i warunków pracy ochranianych przed tymi zanieczyszczeniami podzespołów silnika, jakim jest w pierwszym przypadku gaźnik lub aparatura wtryskowa o niskim ciśnieniu, zaś w drugim wysokociśnieniowa aparatura wtryskowa.

Najczęściej w układach zasilania silników o zapłonie iskrowym stosuje się tylko siatkowe filtry zabezpieczające oraz małe papierowe filtry przewodowe. Wkład z plisowanego papieru jest zabudowany w nierozbieralnej obudowie, wykonanej z metalu lub tworzywa sztucznego. Obudowa ma odpowiednio ukształtowane końcówki, do których mocuje się elastyczne przewody paliwa. Filtr przewodowy instaluje się w silniku z reguły pomiędzy pompą zasilającą i gaźnikiem lub wtryskiwaczami. Charakteryzuje się on stosunkowo dużą trwałością, określoną przebiegiem rzędu 15÷50 tys. km. Nominalna dokładność oczyszczania paliwa jest uzależniona od rodzaju zastosowanego papieru. 

Filtr powietrza

Filtr powietrza dla wielu motocyklistów wydaje się zapewne elementem tak prostym, że opisywanie go graniczy z absurdem. Tak jest rzeczywiście, jeśli mamy na myśli prymitywne filtry powietrza z jednośladów liczących sobie kilkadziesiąt wiosen, albo tanie pojazdy Z prostymi, jednocylindrowymi silnikami dwusuwowymi. Kawałki gąbki, wetknięte w blaszaną obudowę czy splątane gęsto odcinki cienkiej żyłki zamknięte w plastikowej puszce, to jednak przykłady skrajnie prostych i najmniej skutecznych filtrów powietrza. Współczesne silniki spalinowe, zwłaszcza te najbardziej skomplikowane i najbardziej wydajne, wymagają zamontowania w układzie zasilania dużo bardziej skomplikowanych urządzeń. Współczesnym filtrom powietrza w jednostkach napędowych wysokiej mocy stawia się naprawdę wysokie wymagania. Dokładne oczyszczenie powietrza przed wprowadzeniem go do komór spalania to warunek prawidłowej pracy silnika i wysokiej trwałoś ci pracujących elementów.

Powietrze jest niezbędnym czynnikiem w procesie spalania, także w silniku spalinowym. Czterosuwowy silnik o pojemności 1000ccm w ciągu jednej minuty przy 7000obr/min zasysa prawie dwa i pół tysiąca litrów powietrza. W ciągu godzinnej pracy bez przerwy daje to wartość niemal piętnastu tysięcy litrów! To bardzo dużo, ale liczby te nabierają szczególnego znaczenia, gdy zainteresujemy się samym powietrzem. Nawet w tak zwanym czystym powietrzu występuje ok. 1 mg kurzu w 1 m3. Oczywiście jest to wartość uśredniona. W krajach o gorącym klimacie, gdzie tereny piaszczyste są czymś normalnym, będzie go więcej. W krajach o klimacie chłodnym znacznie mniej od przeciętnej. Przyjmuje się jednak, że silnik zasysa przeciętnie ok. 20 g kurzu na 1000 przejechanych kilometrów. Nie wolno dopuścić, by kurz dostał się do wnętrza jednostki napędowej. W jego skład wchodzą twarde kryształy krzemionki, które działają niczym materiał ścierny. Filtr powietrza musi je zatrzymać, zanim zaczną niszczyć powierzchnie robocze cylindrów, tłoków i pierścieni tłokowych, obniżając tym samym żywotność silnika.

Aż do lat trzydziestych ubiegłego wieku nie dbano o czystość powietrza zasysanego do wnętrza jednostki napędowej. Dopiero tuż przed II wojną światową zaczęto stosować prymitywne filtry powietrza ze stalowych wiórów zwilżanych olejem. Podczas przepływu powietrza przez stalowy labirynt cząstki stałe przyklejały się do zaolejonych powierzchni. Wystarczyło co jakiś czas wymyć filtr nasączyć olejem, by sprawnie działał. Potem pojawiły się w filtrach powietrza włókna z tworzyw sztucznych. W latach sześćdziesiątych wymyślono jednak coś znacznie skuteczniejszego: filtr suchy. Nie było to dziełem przypadku. Konstruktorzy poszukiwali coraz lepszej ochrony przed brudem dla coraz bardziej skomplikowanych i coraz bardziej zaawansowanych technologicznie silników. Elementy jednostek napędowych zaczęły przypominać bardzo precyzyjne mechanizmy, podatne na najdrobniejsze uszkodzenia. Dotyczyło to zwłaszcza silników motocyklowych. Cząsteczki kwarcu, obecne w powietrzu, stały się poważnym wrogiem. Trzeba przecież pamiętać, że w połączeniu z płynami wewnątrz silnika (paliwo, olej), tworzą one rodzaj ściernej pasty. Tworzy się ona już w układzie dolotowym i skutecznie wyciera miejsce łożyskowania przepustnicy. Po dotarciu do komory spalania niszczy gniazda zaworowe, gładzie cylindrowe, pierścienie tłokowe i tłoki. Filtr suchy wykonany jest z papierowej masy. Musi mieć ona odpowiednią gęstość, by zapewnić silnikowi odpowiednią ilość czystego powietrza. Ma to ogromne znaczenie, bowiem rodzaj filtra może wpływać wręcz na charakterystykę jednostki napędowej.

Podobnie jak pojemność obudowy, w której zabudowany jest filtr. Obudowa spełnia zresztą jeszcze inne funkcje. Powietrze jest w niej często kierowane w sposób labiryntowy i nie może dotrzeć wprost do filtra. Pozwala to na „wyłapanie” największych cząstek stałych i skierowanie ich na dno obudowy. Kolejna rola to tłumienie szumów ssania powietrza, a mogą być one naprawdę dokuczliwe. Odpowiednie zaprojektowanie obudowy pozwala znacznie zmniejszyć ogólną głośność pojazdu, co w czasach coraz ostrzejszych norm hałasu skrupulatnie wykorzystywane jest przez konstruktorów. Łatwo zauważyć na przykładzie współczesnych motocykli, że obudowy filtrów powietrza stają się coraz bardziej skomplikowanymi elementami, zajmującymi coraz więcej miejsca w jednośladach.

Komplikowanie przepływu powietrza w obudowie futra niesie ze sobą wiele korzyści dla seryjnego motocykla jeżdżącego po ulicach i drogach. Szumy są redukowane, silnik pracuje ciszej i bardziej płynnie, poszerza się zakres obrotów użytkowych. Ale w sporcie takie rozwiązania nie wchodzą w rachubę. Albo rezygnuje się z filtrów powietrza, albo są one szczątkowe. Powietrze nie napotyka utrudnień a charakterystyka silnika jest do tego dopasowana. Tak jest oczywiście wszędzie tam, gdzie kurz i piasek nie stanowi większego zagrożenia. W zawodach terenowych filtry powietrza są niezbędne. Przyjmuje się, że silnik pozbawiony filtra powietrza zużywa się dziesięciokrotnie szybciej. Na szybkie zużycie w obecności twardych cząstek wpływa szybki ruch elementów, ogromna wielokrotność suwów i wysoka temperatura. Tak więc podnoszenie trwałości silników to nie tylko kwestia lepszych materiałów i środków smarnych. To także sprawa coraz lepszych filtrów powietrza. Silnik musi oddychać „pełną piersią”, bez obawy o infekcję. A przy okazji — wymieniając filtr powietrza bądźmy naprawdę ostrożni i precyzyjni, uważajmy, by jego zawartość nawet w najmniejszej części nie dotarła do wnętrza silnika.

literatura: 
Technika Motoryzacyjna: 5/1996, 8/1996, 10/1996, 12/1996, 4/1998, 
Świat Motocykli 04/2002, 
 
Powrót do strony głównej