Filtr oleju to niewielki element o prostej konstrukcji, ale samochód nie przejechałby bez niego większej odległości. Odgrywa on bowiem kluczową rolę w układzie smarowania silników spalinowych, niezależnie od ich rodzaju. Stałe utrzymywanie środka smarnego w czystości jest zadaniem niezbędnym do prawidłowej pracy silników tłokowych. Wraz z rozwojem silników pojawiły się liczne i bardzo zróżnicowane konstrukcje filtrów oleju, choć obecnie istnieje tylko kilka rozpowszechnionych typów. W tym artykule omówione zostaną po krótce główne rodzaje filtrów olejowych.

Jakie są oczekiwania wobec filtrów oleju?

Podczas pracy silnika spalinowego jego metalowe części ocierają się o siebie, wytwarzając ogromne ilości ciepła. Działając bez środka smarnego elementy te oczywiście bardzo szybko uległyby uszkodzeniu. To właśnie dzięki olejowi silniki pozostają sprawne przez dłuższy czas. Niemniej ich części w dalszym ciągu ulegają stopniowemu zużyciu, pozostawiając w środku smarnym różne odpady takie jak cząsteczki metalu i sadzy, pyły, tlenki metali, koks olejowy, niespalone paliwo, a nawet woda. Spore nagromadzenie tych substancji sprawia, że olej przestaje pełnić swoją funkcję smarującą. Wszystkie te czynniki wpływają na właściwości smarne oleju. Ponadto zanieczyszczenie ma nie tylko konsekwencje fizyczne, ale także chemiczne. Chodzi tu o procesy utleniania, za sprawą których środek smarny się starzeje. Wszystkie wymienione powyżej zjawiska są niepożądane, dlatego należy podjąć wysiłki w celu ich eliminacji. Można to zrobić najskuteczniej za pomocą urządzenia filtrującego. Chociaż pomiędzy producentami samochodów nie ma zgody w tym względzie, obecne założenia są takie, że rozmiar stałych zanieczyszczeń w oleju nie powinien przekraczać 5 mikrometrów, ponieważ, jeśli średnica cząstek ściernych jest mniejsza niż najmniejsza szczelina między współpracującymi częściami, wówczas może swobodnie przemieszczać się między nimi. Na zużycie wpływa nie tylko wielkość zanieczyszczeń, ale także ich stężenie. Dlatego też, oprócz wielkości granicznej filtrowanych cząstek, ważna jest również wydajność filtrowania. Wielkość ta jest stosunkiem masy przefiltrowanych zanieczyszczeń do masy zanieczyszczeń w oleju przed filtracją.

Wymagania stawiane obecnie filtrom oleju są następujące:

• Wysoka wydajność filtrowania
• Filtracja możliwie najmniejszych cząstek
• Wysokie natężenie przepływu
• Niski opór przepływu
• Niewielki rozmiar i masa
• Niska cena produkcji
• Łatwość konserwacji

Rodzaje statycznych filtrów oleju w silnikach spalinowych

Filtry oleju z metalowymi wkładami

Grupa ta może być dalej podzielona ze względu na konstrukcję wkładu na filtry z wkładem metalowym, filtry szczelinowe i filtry z drutu metalowego. Jednym z charakterystycznych parametrów filtra z wkładem metalowym jest liczba otworów na centymetr kwadratowy. Metalowy wkład jest elementem przypominającym sito i znajduje się w misce olejowej przed pompą oleju. Ta konstrukcja posiada zwykle tzw. filtr wstępny, a gęstość otworów na centymetr kwadratowy mieści się w zakresie od 100 do 200. Ważne jest, aby wspomniany filtr wstępny był zainstalowany w taki sposób, aby nie wchłaniać brudu osiadłego na dnie miski olejowej. Istnieją sita o znacznie gęstszej perforacji, np. od 400 do 20 000 otworów na centymetr kwadratowy, które stosowane są zarówno w filtracji zgrubnej, jak i precyzyjnej. Wersje te filtrują nawet cząstki o wielkości 20 mikrometrów. Mają jednak tę wadę, że bardzo szybko się zatykają, co wiąże się z koniecznością wzmożonej konserwacji. Filtry szczelinowe także nadają się do filtracji zgrubnej i precyzyjnej, ale stosowane są coraz rzadziej w przemyśle z uwagi na pulsacyjne uwalnianie do obiegu znacznych ilości zanieczyszczeń zgromadzonych w szczelinach.

Filtry oleju z przegrodami

Filtry tej konstrukcji w ciągu ostatnich 3-4 dekad podbiły znaczną część rynku. Stało się tak głównie dzięki szybkiemu rozwojowi produkcji bibuły filtracyjnej, mogącej filtrować cząsteczki bardzo grube (20 mikrometrów), małe (20 mikrometrów) oraz bardzo małe (poniżej 5 mikrometrów). Filtry tego typu spotykane są praktycznie zawsze w samochodach o niewielkiej pojemności skokowej. Większe silniki korzystają z modyfikacji polegającej na zastosowaniu w filtrze dodatkowej warstwy filcu. Dużą zaletą tego rodzaju filtra jest łatwość konserwacji – są one jednorazowego użytku.

Na szczególną uwagę zasługuje sposób przepływu oleju przez filtr. Niektórzy sądzą, że kierunek przepływu oleju jest prostopadły do powierzchni bibuły filtracyjnej. Tak było w przeszłości, ale od pewnego czasu przyjęto bardziej nowoczesne rozwiązania, w których olej nie jest przepuszczany przez papierową warstwę.

Papier jest zwinięty w ciasny cylinder, a olej jest przepychany przez filtr w kierunku osiowym cylindra. W tej konstrukcji nawet wstępnie przefiltrowane zanieczyszczenia pomagają w dalszym filtrowaniu. Papierowy cylinder jest umieszczony w metalowej obudowie, olej przepływa przez otwór w środku cylindra nad wkładem filtra, a następnie olej przefiltrowany przez cylinder przechodzi z dolnej przestrzeni zbiorczej do punktów smarowania. Zakres roboczy filtra jest zadziwiająco duży, dzięki czemu nadaje się on do filtrowania dowolnego środka smarnego. W przypadku silników spalinowych jest stosowany jako filtr obwodu wtórnego. Ze względu na swoją konstrukcję ma długą żywotność, może wytrzymać bez awarii do 20-30 000 kilometrów.

Aktywne filtry oleju

Istnieją typy filtrów, które mogą odfiltrować z układu nie tylko zanieczyszczenia mechaniczne, ale także tlenki organiczne i wodę rozpuszczoną w oleju. Wkłady takich filtrów wykonane są z naturalnych lub syntetycznych związków aktywnych. Selekcja nie odbywa się mechanicznie, ale poprzez adsorpcję lub reakcję.

Magnetyczne filtry oleju

Kiedy zostały wprowadzone po raz pierwszy, używane były wyłącznie w okresie docierania. Pod koniec zeszłego tysiąclecia były używane w stosunkowo dużych ilościach, ponieważ okazały się niezwykle skuteczne. Wynika to z ich zdolności do pochłaniania cząstek żelaza. Głównymi komponentami takiego filtra są magnesy trwałe umieszczone w oddzielnej obudowie lub w śrubie spustowej oleju. Zwykle stosuje się je w złożonych filtrach jako jeden z etapów filtracji.

Aktywny filtr oleju

Odśrodkowy filtr oleju był wcześniej używany do oczyszczania oleju napędowego, ale od lat 50-tych był również z powodzeniem stosowany jako filtr oleju silnikowego. Jego nazwa mówi sama za siebie: jest to zasadniczo wirówka, w której dysze wirnika obracają się pod wpływem siły przepływającego oleju. Jego dużą zaletą jest to, że jest tani w utrzymaniu, skutecznie usuwa wodę z oleju i praktycznie nie zapycha się. Ze względu na swoje działanie usuwa z oleju przede wszystkim zanieczyszczenia o większej gęstości, dzięki czemu może znacznie wydłużyć żywotność silnika. Jego wadą jest jednak rozmiar i waga, które skutecznie uniemożliwiają jego zastosowanie w samochodach osobowych. Obszar jego zastosowań jest zatem ograniczony do maszyn górniczych i rolniczych.