Современные фильтры для тяжелой техники (Часть 3)
Фильтры масляные и топливные

Фильтрация масла

В данной главе мы поговорим в основном о фильтрах моторного масла, но фильтры трансмиссионного масла практически от них не отличаются.

Источником загрязнения масла в ДВС могут являться:

• плохая очистка заправляемого моторного масла;
• загрязнения, попадающие в двигатель из разных источников: минеральная пыль, проникающая с воздухом через фильтр и неплотности или зазоры в воздуховодах, продукты сгорания топлива, конденсирующаяся влага, несгоревшее топливо, продукты износа деталей и т. д.

При недостаточной фильтрации или несвоевременной замене масла и фильтра происходит повышенный износ деталей шатунно-поршневой группы двигателя, а также деградация свойств самого масла из-за ухудшения его структуры, в том числе присадок. На графике показана типичная кривая износа поршневых колец дизельного двигателя в зависимости от размера содержащихся в масле абразивных частиц, и видно, что наиболее интенсивный износ наблюдается от воздействия частиц размером от 8 до 60 мкм. Однако для современных двигателей требуется улавливать частицы меньше указанных величин, вплоть до 1 мкм, особенно если их содержание в масле высокое.

Современные фильтры для очистки моторного масла должны обеспечивать:

• эффективность улавливания минеральных и органических частиц (номинальная тонкость фильтрации) до 10 мкм;
• срок службы до замены, соответствующий сроку замены моторного масла.

Фильтры могут быть:

• неразъемные одноступенчатые (типа SPIN-ON, то есть «накручивающиеся» на штуцер) с корпусом из металла или пластмассы;
• неразъемные комбинированные (типа SPIN-ON), причем в одном корпусе могут размещаться две ступени или ступени могут быть выполнены в виде отдельных фильтров – полнопоточного и частично-поточного;
• модульной конструкции с использованием сменных экологичных фильтрующих элементов, такие инновационные разработки имеются у фирм Hengst, Mann + Hummel, MAHLE (Германия) и др.

Известны на рынке фильтры под брендом 4F компании Meteor, а также продукция холдинга Trost Auto Service Technik SE.

Мы обратились к специалистам концерна «Цитрон», который производит наибольший ассортимент фильтров для грузовых автомобилей среди российских производителей, с просьбой прокомментировать ситуацию с масляными фильтрами. По словам технических специалистов концерна, предложений масляных и топливных фильтров от российских производителей не так много, поэтому концерн «Цитрон» стремится удовлетворить потребность в недорогих качественных аналогах для всех марок грузовых автомобилей и спецтехники из разных стран. Масляные фильтры TSN производятся из современных смешанных (целлюлоза с синтетикой) фильровальных материалов, с клапанами – обратного хода и байпасным – и без них, как предусмотрено конструкцией системы. Есть и сменные фильтроэлементы для очистки масла.

Фильтры под собственным брендом продают все ведущие компании – производители автомобилей и дорожно-строительной техники, например Volvo. Фильтры заказываются у специализированных компаний по спецификациям, разработанным производителем техники, и отвечают самым строгим стандартам качества. Единственным недостатком для потребителя является то, что эти фирменные комплектующие обычно находятся в верхнем ценовом сегменте.

Основные преимущества модульных конструкций заключаются в том, что они выполняют сразу несколько функций: фильтрацию масла, охлаждение масла, регулирование потоков масла термостатом, защиту от повышения давления с помощью редукционного клапана; содержат датчики температуры и давления, маслоохладители, масляный насос. Габаритные размеры модульной конструкции меньше, чем в случае компоновки всех упомянутых компонентов по отдельности, устраняется необходимость установки многочисленных шлангов между узлами. Обычно в модуле предусмотрено устройство для откачивания масла из сменного фильтрующего элемента при его замене, предотвращающее пролив масла.

На некоторых дизельных двигателях для очистки моторного масла используются центрифуги. В зарубежной практике центрифуги применяют в основном на судах, в стационарных условиях при обкатке машин. Как правило, их применяют в качестве частично-поточной ступени очистки. На протяжении многих лет на отечественных тракторах использовались полнопоточные центрифуги с гидравлическим приводом от масляного насоса.

Основным преимуществом центрифуг является отсутствие необходимости заменять фильтрующие элементы, а также возможность отделения частиц размером более 5 мкм. Однако по сравнению с фильтрами со сменными элементами они имеют следующие недостатки:

• сложность разборки-сборки, а также очистки от отложений, особенно если учесть, что отработанное масло канцерогенно;
• возможность ухудшения эффективности и даже отказа в работе из-за снижения частоты вращения (должна быть более 6000 мин^-1);
• затраты энергии на привод за счет создания масляным насосом давления до 600 кПа.

В связи с этим центрифуги не нашли широкого применения, особенно на современной мобильной технике.

Очистка топлива

Процессы очистки (фильтрации) в машине моторного и трансмиссионного масел, гидравлической и охлаждающей жидкостей принципиально отличаются от очистки топлива и воздуха. Если моторное и трансмиссионное масла работают в машине в замкнутых системах и в процессе работы постепенно очищаются фильтрами (и в то же время постепенно загрязняются продуктами, образующимися при работе машины), то воздух и топливо постоянно расходуются и замещаются новыми порциями. Поэтому загрязненность фильтруемого топлива и воздуха может резко изменяться в сторону увеличения или уменьшения. Среди загрязнений, присутствующих в топливе, могут быть твердые частицы пыли, ржавчина, вода, масло, нагар, смолы и проч.

Современные требования к показателям топливных фильтров дизельных двигателей отечественного ГОСТ 14146–88 и зарубежных стандартов ISO 4020, SAE J905 весьма близки.

В отечественных нормативных документах требования к эффективности топливных фильтров определены показателем «номинальная тонкость отсева» (т. е. размер частиц, улавливание которых фильтром должно составлять 95%):

• для карбюраторных двигателей – не более 20 мкм;
• для инжекторных (бензиновых) двигателей – 10 мкм;
• для дизельных двигателей – 5...7 мкм.

Полнота отделения воды, содержащейся в дизельном топливе, по ГОСТ 14146–88 должна составлять для фильтров разных категорий от 50 до 80% от массы всей воды. По требованиям иностранных стандартов содержание воды в дизельном топливе после ее отделения в фильтре-отстойнике не должно превышать 0,03%.

Топливные фильтры для карбюраторных двигателей – наиболее простые по конструкции, появились мини-фильтры из прозрачной пластмассы и с синтетическим фильтрующим элементом. Более сложную конструкцию, в которой применяются более сложные по составу материалы, имеют фильтры инжекторных бензиновых двигателей, которые с целью пожарной безопасности должны выдерживать давление до 20 кгс/cм² без деформации. Такие фильтры находят все более широкое применение на современных легковых автомобилях. Их производство освоено оте­чественными фирмами ОАО «БИГ», «Салют», «Невский фильтр» и др., в том числе с корпусом из высокопрочной пластмассы.

Для легких и тяжелых коммерческих автомобилей можно приобрести топливные фильтры TSN от концерна «Цитрон» – полнопоточные и тонкой очистки, в платсмасовом, стальном или алюминиевом корпусе, с крышкой-сепаратором для отделения воды и сменные фильтроэлементы для дизельного топлива. В ассортименте «Цитрона» более 500 топливных фильтров для различных автомобилей.

Наиболее сложными по конструкции являются фильтры для очистки дизельного топлива, особенно для двигателей тяжелых машин. К ним предъявляются очень высокие требования. Для тяжелых машин используются комбинации фильтров: грубой и тонкой очистки. Эти две ступени могут устанавливаться раздельно: фильтр грубой очистки в линии всасывания, например фильтр фирмы Separ (Швейцария), устанавливается до подкачивающего насоса, а тонкой очистки – в линии нагнетания.

В настоящее время разработаны комбинированные фильтры-модули (например, фирмой Fleetguard, США), у которых в одном корпусе производится и очистка топлива от механических примесей (сменными фильтрующими элементами), сепарация воды и подогрев топлива с целью устранения образования парафинов зимой.

В последнее время некоторые фирмы стали выпускать топливные фильтры в пластмассовом корпусе, например, Fram, в которых выполняются функции фильтрации, водоотделителя и подогрева топлива.

В модуле конструкции фирмы Mahle в одном корпусе осуществляется вся обработка дизельного топлива перед подачей в насос высокого давления:

• очистка в фильтрах грубой и тонкой очистки;
• сепарация (отделение) воды;
• электроподогрев топлива;
• охлаждение топлива.

В модуле имеются:

• сменные фильтроэлементы без металлических деталей – экологически утилизируемые (сжиганием);
• индикатор загрязненности фильтров;
• датчик уровня воды;
• подкачивающий насос;
• перепускной клапан для фильтра грубой очистки;
• отстойник для сбора воды и загрязнений, задержанных фильтром грубой очистки.

Также производит оригинальные запатентованные дизельные фильтры модульного типа американская Stanadyne Corportation, имеющая отделения в Европе. Ее серия Fuel Manager предназначена для грузовиков разной грузоподъемности, а также для строительных, сельскохозяйственных и других машин. Принципиальная позиция компании – все фильтрующие элементы задерживают не только твердые частицы, но и воду. Фильтры грубой очистки изготавливаются из нейлона и бумаги и имеют тонкость фильтрации от 10 до 150 мкм. Фильтры тонкой очистки производятся из специально обработанной бумаги и имеют тонкость очистки от 2 до 5 мкм.

Компания Mann + Hummel разработала новый многослойный фильтрующий материал из ультратонких синтетических волокон MILTIGRADE. Как утверждает фирма, эффективность улавливания мелкодисперсных частиц 3...5 мкм материалом MILTIGRADE составляет более 90%, частицы задерживаются внутренними слоями материала, что позволяет повысить эффективность и грязеемкость фильтра. Новый материал также лучше задерживает воду (более 93%) по сравнению с фильтрами из целлюлозы и имеет более высокую стабильность водоотделения, особенно при высоких уровнях содержания воды в топливе. Также Mann + Hummel разработаны сменные фильтрующие элементы, в конструкции которых нет металлических деталей, а фирма RB-exide (Ю. Корея) разработала оригинальные легкосъемные фильтры из бумаги с пропиткой из смол и из синтетических волокон.