Войти
Проект-Технарь
Устройство авто.
Данный раздел посвещён вопросам устройства и экстплуатации авто
Здесь Вы сможете найти статьи по устройству, ремонту,
обсуживанию, также деталям и узлам авто.
Также можно найти классификацию нетрадиционных ДВС, их устройство и работу.
Наши контакты:
+7(903) 982 12 16, admin@studiplom.ru
Меню


Система скидок

Фильтрация горюче смазочных материалов

На заре автомобилестроения двигатели постоянно выходили из строя. Пробег без ремонта в сотню-другую километров считался достижением. Причина подобного положения вещей заключалась не столько в слабости конструкции, а скорее в отсутствии системы очистки топлива, воздуха и масла. Пыль, частицы распада, попадали в двигатель и увеличивали степень образивного износа.. Ситуация изменилась в 20-х годах прошлого века, когда начали использовать фильтрующие элементы. Первым был масляный фильтр Purolator (Pure Oil Later - чистое масло на выходе). Межремонтный пробег стал исчисляться тысячами километров. Несмотря на то, что автомобилестроение шагнуло далеко вперед, от качества масляного фильтра по-прежнему зависит ресурс и надежность работы двигателя.

Маслянный фильтр

Загрязнение масла в работающем двигателе происходит непрерывно. Его интенсивность зависит от многих факторов: конструкция двигателя, качество топлива, режимы эксплуатации и многое другое. Загрязняющие примеси принято делить на две основные группы - органические и неорганические. Органические с основном состоят из продуктов неполного сгорания топлива, соединений серы, а также продуктов термического разложения, окисления, полимеризации масла и топлива. Неорганические же примеси - это пыль, частицы износа, технологические загрязнения и обломки отработавших зольных присадок.
Загрязнение масла в дизелях имеет свои особенности - в отличие от бензиновых и газовых двигателей здесь значительно выше содержание сажи. Ее присутствие подавляет противоизносные свойства масляных присадок и усиливает выпадение отложений.
Вместе с тем было бы неправильно предполагать, что в процессе эксплуатации само масло претерпевает значительные химические изменения, ухудшающие его свойства. Фактически происходит увеличение содержания в масле инородных веществ, которые вызывают его старение и необходимость замены. Вот тут-то и должен сыграть свою роль правильно подобранный масляный фильтр.
Главной задачей фильтра является защита и очистка масляного контура от примесей и продуктов распада. Моторное масло, помимо смазки еще охлаждает и очищает поверхности двигателя от продуктов износа и неполного сгорания топлива. Определенный объем пыли попадает в цилиндры и через воздушный фильтр в зависимости от условий эксплуатации и состояния воздушного фильтра. Масло, захватывает все загрязнения, выносит их в поддон двигателя, где и проходит через фильтрующий элемент. Если очистки не будет, то загрязнения, превратившись в абразив, за короткий срок убьют двигатель. При холодном пуске, пиковых уровнях давления при частых попытках пуска, а также при длительной езде на высоких скоростях масляный фильтр обеспечивает смазку за счет собственного резервуара и системы клапанов двигателя. Перепускной клапан при повышенных нагрузках направляет масляный поток, минуя бумажный фильтрующий элемент. А противодренажный клапан предотвращает вытекание масла в картер двигателя.

Фильтрующий элемент

Все современные масляные фильтры по конструкции одинаковы. Различаются технологией изготовления и материалами. Основной деталью масляного фильтра является фильтрующий элемент, который изготавливается из специальной бумаги. Практически все мировые автогиганты, а также отечественные автозаводы доверяют фильтрам, сделанным из бумаги всего двух фирм: транснациональной компании Hollingsworth Vose и итальянской «Ahlstrom». По уровню качества с этими компаниями не может соперничать ни один из отечественных производителей, а из зарубежных – только японские. Технологии производства современной фильтровальной бумаги настолько наукоемки и специфичны, что требуют инвестиций в сотни миллионов долларов и десятки лет опыта работы в данной сфере. Вряд ли возможно обеспечить соответствующее качество фильтровальной бумаги, построив завод где-нибудь в российском чистом поле на основе отечественных, пусть даже самых передовых отечественных разработок. Затраты сопоставимы со строительством конвейерного производства автомобилей. Подобная «монополия» качества не случайна – фильтровальная бумага должна обладать целым рядом характеристик: широким температурным диапазоном работы, определенной тонкостью очистки, полнотой отсева, высокой прочностью, пылеудерживающей способностью, стойкостью к старению в агрессивной среде горячего масла и кончено же, высокой степенью очистки. Слишком рыхлая бумага от небольших компаний не очищает должным образом масло, и, в конце концов, ведет к ускоренному износу двигателя. «Левая» бумага к тому же не обладает и требуемой стойкостью к агрессивной среде и не обеспечивает стабильную работу на протяжении заявленного ресурса, т.е. 5000 километров может фильтровать нормально, а потом грязь сквозь порывы устремляется в двигатель. Поэтому позиция большинства автопроизводителей вполне понятна: фильтры из бумаги либо «Hollingsworth & Vose», либо «Ahlstrom» . Другие просто не проходят испытаний.

Конструкция фильтра

Существуют три основных типа конструкции фильтров: разборные, неразборные и модульные.

Классический, так сказать, хрестоматийный неразборный полнопоточный фильтр состоит из металлического корпуса, фильтрующего элемента и двух клапанов: перепускного (его называют иногда предохранительным или обводным) и обратного (другие его названия - антидренажный, противосливной).
Перепускной клапан обеспечивает подачу масла в двигатель в тех случаях, когда его не пропускает фильтрующий элемент. Так бывает, если элемент загрязнен, а также при резком повышении оборотов или загустевании масла на холоде. Назначение обратного клапана - удерживать масло в фильтре при неработающем двигателе с тем, чтобы обеспечить быстрый подъем давления в системе при пуске мотора.
Традиционно антидренажный клапан фильтра изготавливают в виде резинового кольца переменного сечения, упругие свойства которого теряются с течением времени. При этом масло из фильтра после остановки двигателя сливается, а это плохо: при последующем пуске давления в системе смазки не будет до тех пор, пока фильтр вновь не заполнится маслом. Такое запаздывание ведет к повышенному износу деталей двигателя.
Некоторые российские и зарубежные фирмы- изготовители фильтров применяют антидренажный клапан, изготовленный в виде тонкого резинового диска. Его плотное прилегание к поверхности крышки обеспечивается витой или штампованной металлической пружиной. Такая конструкция характеризуется повышенной долговечностью.Другое перспективное решение - размещение перепускного клапана в верхней части фильтра рядом со впускными отверстиями, что обеспечивает поступление в двигатель более чистого масла при открытии клапана. Конструкция такого рода используется на некоторых изделиях фирмы Purolator.
Производитель, применяя обычные материалы и технологии, все время старается выбрать оптимальный баланс характеристик: прочности, пылеемкости, тонкости отсева и уровня сопротивления. Чем выше степень очистки масла, тем меньше должна быть тонкость отсева. Однако уменьшение отсева влечет за собой рост сопротивления фильтрующего элемента и, как следствие, - повышение износа. Кардинальным образом решают эту проблему нанотехнологии. Многослойный фильтрующий элемент, который содержит наноструктуры, позволяет удерживать мельчайшие частицы без увеличения сопротивления. Помимо этого возрастает пылеемкость и стойкость фильтра. Более того, идет не просто задержка продуктов износа и минеральных частиц, а процесс их окисления и расщепления. Оказывается положительное влияние на структуру и качества самого масла. В результате получается «умный», интеллектуальный фильтр, который обладает огромным ресурсом и способен работать очень долго без снижения характеристик, для которого пробег 100.000 километров не фантастика. Конечно, пробега в 100 000 км в течение нескольких лет вряд ли кто из российских предприятий достигнет, а вот в производство фильтров из новых материалов, состоящих из композиций целлюлозы и полиэфира, применения различных пропиток и добавок является весьма перспективным направлением. Новые материалы позволяют достичь ресурса от 30 до 50 тыс. км пробега, что соответствует нормам для многих новых европейских легковых автомобилей. Это непростая задача, учитывая тот факт, что большинство из отечественных компаний стремятся удешевить производство и применяют, как правило, одну и ту же так называемую стандартную бумагу, пусть даже произведенную под той же маркой «Hollingsworth & Vose». А ведь под каждый тип двигателя следует использовать определенный сорт бумаги с индивидуальными характеристиками. В результате ресурс фильтров достигает пробега в 15. 000-20.000 км

Как выбрать фильтр

Во-первых, на качество корпуса фильтра. Он должен быть прочным, способным выдержать перепады давления и противостоять коррозии, чтобы в процессе эксплуатации не произошла утечка масла. Такие же качества должны быть свойственны и уплотнителю. Так что перед тем как приобрести масляный фильтр желательно не только ознакомиться с тем, что написано на упаковке, но и внимательно осмотреть само изделие – нет ли коррозии, плотно ли все подогнано и т.п. Значительна и роль клапанов, но их качество визуально не определишь. Стоит также обратить внимание на марку производителя. Компании производящие качественные фильтры, указывают страну происхождения, точный адрес, контактные телефоны. Всевозможные «German quality», «Made for EUROPE», ссылка лишь на торговых представителей из европейских стран, когда в действительности продукция произведена в Китае, является не более чем попыткой введения потребителя в заблуждение. Есть и другая похожая схема отмывания страны происхождения товара: некая компания регистрируют новый «брэнд», например, во Франции или Германии. Она покупает партию китайского ширпотреба, а потом продает ее в Россию, нанося привлекательную «европеизированную» маркировку. Дополнительными гарантиями качества также являются сведения о сертификации, сертифицирующей организацией и применяемой на предприятии системы менеджмента качества. Технологические процессы всех ведущих мировых производителей соответствует международному стандарту качества ISO-9001. А из органов по сертификации автомобильных изделий отлично себя зарекомендовал «НАМИ-Фонд», работающий совместно с Центральным научно-исследовательский автомобильным и автомоторным институтом (НАМИ). В России большинство конвейерных сборщиков автомобилей доверяют испытание и сертификацию поставляемых автокомпонентов именно этому научно-техническому центру.

Воздушный фильтр

Концентрация пыли на наших дорогах в несколько раз выше, чем на европейских - содержание твердых частиц в воздухе колеблется от 2 до 10 мг/куб. метр. За год эксплуатации в воздушный фильтр автомобиля мощностью 100 л/с попадает от 30 до 150 грамм пыли. В случае недостаточной фильтрации пыль оказывается в камере сгорания и в масле. Результатом становится ускоренный износ поршневой группы (до 5-8 раз быстрее установленного ресурса), а также потеря мощности и повышенный расход топлива.
Современный автопром, стремясь сократить расходы на обслуживание новых моделей, требует от производителя расходных запчастей существенного увеличения ресурса - до 50.000 километров и более. Воздушный фильтр должен сохранять свои характеристики при попадании воды, быть устойчивым к воздействию масла, паров топлива, картерных газов, а также высокой (до 90 °С) температуры. Долговечность и надежность воздушного фильтра зависит от материала фильтроэлемента. Сегодня применяются несколько видов материалов – целлюлоза, целлюлоза с пропиткой, композиционные материалы (слои целлюлозы и синтетики), чистая синтетика. Чистая дешевая целлюлоза разлагается быстрее остальных. Добавка 25% полиэфира увеличивает стойкость материала в пять раз. А 100%-ная синтетика в 13 раз устойчивей к неблагоприятной среде, чем целлюлоза. Ресурс также зависит и от площади фильтроэлемента. Квадратный метр самых распространенных фильтровальных материалов (целлюлозы и композита) способен поглотить от 200 до 300 грамм пыли. Недобросовестные производители экономят на качестве и количестве фильтровальных материалов. Или заявляют ресурс из расчета европейских норм запыленности, которые существенно ниже наших, что обусловлено состоянием дорог и природно-климатическими условиями. Это явное введение потребителей в заблуждение.
Важной характеристикой воздушных фильтров является сопротивление воздушному потоку, поступающему в двигатель. Чем выше степень очистки воздуха, тем меньше должна быть пористость бумаги или нетканого материла. Для исправной работы двигателя фильтр должен пропускать не более 1% частиц пыли. Однако, чем меньше поры фильтроэлемента, тем быстрее они забиваются. Ездить на «забитом» воздушном фильтре, все равно, что заниматься членовредительством. Во-первых, вследствие переобогащения рабочей смеси повышается расход топлива и ухудшаются динамические свойства двигателя. Во-вторых, фильтровальный элемент может порваться в любое мгновение, поскольку доступные для прохождения воздуха участки элемента испытывают в несколько раз большую нагрузку, чем обычно. Там где тонко обязательно порвется! И тогда вся пыль устремится прямиком в двигатель. Очевидно, что достичь оптимального сочетания важнейших характеристик фильтровального элемента – пылеемкости, стойкости, пористости и сопротивляемости потоку, весьма непросто. Поэтому при приобретении воздушного фильтра стоит обращать внимание на информацию о фильтровальном материале. Желательно, чтобы он был производен одной из известных фирм. Производителей по-настоящему качественных фильтровальных материалов можно пересчитать по пальцам одной руки. Самый крупный — транснациональная компания «Hollingsworth&Vose», являющаяся поставщиком материалов и запасных частей таких автогигантов как Форд и Дженерал Моторс, «Caterpillar», а также их дочерних предприятий. Именно эта компания одна из немногих сумела создать синтетические фильтровальные элементы, позволяющие достичь ресурса в 100 000 километров, как для воздушных фильтров, так и для масляных.
Некачественный воздушный фильтр чем-то напоминает бомбу замедленного действия. Печальные последствия вы обнаружите только спустя некоторое время после его установки. К примеру, если фильтр не плотно прилегает к корпусу или фильтроэлемент изготовлен из материала с большим размером пор, то степень фильтрации вместо требуемых 99% может составить 60-70% и стать смертельным для двигателя. Этим особенно грешат фильтры неизвестных производителей, выполненные из дешевых нетканых материалов. Также как и некачественные опасны и «реанимированные» фильтры. Многие умельцы приспособились прочищать, продувать и промывать воздушники. Но пусть вас не вводит в заблуждение безупречный чистый вид – ресурс фильтра ограничен физическими свойствами фильтроэлемента. Кроме этого, следует учесть, что эксплуатация автомобиля в сложных условиях требует более частой замены фильтра. Определить, что «время пришло» можно по нескольким косвенным признакам, таким как повышенный расход топлива, потеря мощности, затрудненный пуск двигателя, увеличение содержания СО2 в выхлопе и т.д. Но до этого лучше не доводить и менять фильтр вовремя.

Топливный фильтры

Топливные фильтры очищают топливо от посторонних примесей, таких как пыль, ржавчина, вода и осадки в топливных баках.

Система фильтрации топлива современного автомобиля состоит из двух-трех, реже четырех степеней очистки. Первые степени – это фильтры грубой очистки топлива, которые устанавливаются в топливном баке или сразу после него. Их задача- задерживать относительно крупные частицы загрязнений – свыше 60 мкм, которые можно разглядеть человеческим глазом. Но самую опасную часть загрязнений составляют частицы от 15 до 50 мкм. Именно с этими загрязнениями и должны справляться фильтры тонкой очистки топлива. Фильтры тонкой очистки бывают разборные и неразборные. Конструкция топливного фильтра зависит от типа двигателя, для которого он предназначен.

Фильтры тонкой очистки для карбюраторных ДВС

Размер частиц, представляющих наибольшую абразивную опасность для карбюраторных моторов, составляет 20 – 40 мкм. Фильтры тонкой очистки топлива для карбюраторных двигателей бывают разборные и неразборные. Первые, использующиеся в настоящее время все меньше, имеют керамический или сетчатый латунный элемент, используемый многократно. Вторые - неразборные, "одноразовые", имеют бумажный, тканный или полимерный фильтрующий элемент. Технические условия предусматривают для подобных фильтров тонкость отсева не менее 15 мкм, но большинство современных фильтров задерживают и более мелкие частицы. Для карбюраторных двигателей считается достаточным, если фильтр тонкой очистки в начале работы задерживает не менее 60% загрязнения. Для бумажных фильтрующих элементов бумага применяется та же, что и для масляных фильтров. Некоторые недобросовестные фирмы производители используют в топливных фильтрах бумагу, предназначенную для воздушных фильтров. Под воздействием бензина она раскисает, и такой фильтр служит, как правило, раза в два-три меньше, чем ему положено. Кроме того, такая бумага не может обеспечить требуемое качество очистки топлива.

Фильтры для инжектора

Инжекторные двигатели более требовательны к чистоте бензина - топливный фильтр для системы впрыска должен улавливать частицы размером 10-15 мкм. Другая особенность инжекторных двигателей - относительно высокое давление в системе питания. Естественно, что установленный после электробензонасоса фильтр должен выдерживать его с запасом. Поэтому корпус топливного фильтра для систем впрыска делается из стали, алюминиевого сплава с применением сварки (либо особого рода завальцовки торцевой части) или же особо прочной пластмассы. Что касается размеров элемента, то они зависят от рабочего объема двигателя. Фильтрующая штора выполняется из бумаги, которая уложена «звездой» или в виде «спирали». Спиральная укладка позволяет разместить в 1.6-1.8 раз больше фильтровального материала и увеличить ресурс. Кроме этого, увеличивается и время контакта топлива с фильтрующим элементом, а значит, обеспечивается более высокая степень номинальной очистки топлива. В фильтрах со спирально-складчатой укладкой может применяется не гладкая, а крепированная бумага, которая способна задерживать большее количество механических примесей.
Некоторые водители, прельстившись красивым металлическим корпусом и большим объемом впрысковых топливных фильтров, пытаются ставить их на карбюраторные двигатели. Затея эта бесперспективная, так как слабому диафрагменному насосу не удастся справиться с фильтром, рассчитанным на работу с электрическим бензонасосом высокого давления. Поэтому предельное сопротивление фильтра достигается очень быстро, подача бензина прекращается.

Топливные фильтры для дизельных ДВС

Дизель тоже весьма требователен к чистоте топлива. Размеры абразивных частиц, приемлемые для карбюраторного двигателя, для него просто недопустимы. Одна из причин такой чувствительности - прецизионные детали топливной аппаратуры. Очистка топлива в дизельном двигателе производится в несколько этапов: предварительная в топливном баке, грубая в фильтрах грубой очистки и окончательная в фильтрах тонкой очистки. Фильтры тонкой очистки могут иметь сменные элементы или же заменяться в сборе с корпусом подобно своим масляным «коллегам».
«Дизельные» фильтры значительно отличаются от бензиновых. Во-первых, они должны быть надежным барьером, пресекающий доступ воды в рабочий объем – ведь ее доля в дизельном топливе составляет около 0,2 %. Вторая особенность топливного фильтра для дизельных двигателей обусловлена свойствами дизельного топлива, меняющего свои свойства при понижении температуры. Парафины при низких температурах кристаллизуются и способны забить фильтр, а также вывести из строя всю топливную систему. Для борьбы с этим явлением выпускают фильтрующие элементы с подогревом, например, со шторой, изготовленной из токопроводящей бумаги. В зарубежные конструкции дизельных фильтров иногда включают датчики наличия воды, системы водоотделения, краники для слива отстоя.

Схема расположения фильтров в дизелях, как правило, такая:

Когда следует менять фильтр? За рубежом изделие со спирально-складчатой шторой меняется через 70 тыс. км. Для наших условий, с учетом загрязнения топлива, рекомендуются следующие цифры: фильтр со спирально-складчатой укладкой следует менять через 40 тыс. км, а фильтр со шторой, уложенной «звездой» - через 24 тыс. км.