Так ли страшен перепускной клапан масляного фильтра, как его малюют?
Выбираю масло фильтр, заметил такую характеристику как давления перепускного клапана. вот и стало интересно. Возьму наверно JS ASAKASHI Артикул C010J
В последнее время можно все чаще услышать заявления о том, что современные масляные фильтры «на самом деле ничего не фильтруют». Мол, существующие фильтры – это фильтры тонкой очистки, по совместительству выполняющие теперь и функцию фильтра грубой очистки, который раньше был в автомобиле отдельно, и работал постоянно.
Теперь же перепускной клапан, призванный препятствовать масляному голоданию при пуске и высоком давлении масла, при определенных условиях пропускает нефильтрованное масло в двигатель, из-за чего де критически приближается время капремонта. Давайте разберемся, так ли это.
Действительно, сегодня автомобильный двигатель с максимальным давлением 6–10 бар не имеет фильтра грубой очистки, а в фильтре тонкой очистки имеется перепускной клапан, который открывается при давлении до 2 бар, в зависимости от модели. Когда клапан открывается, масло не фильтруется. Когда же открывается перепускной клапан?
Во-первых, перепускной клапан открывается при холодном пуске двигателя, пока мотор не прогрелся, перепускной клапан остается открытым от 5 до 30 мин в зависимости от температуры окружающей среды, вязкости масла и конструкции самого фильтра – чем туже пружина перепускного клапана, тем быстрее он закроется. Во-вторых, клапан открывается при резком увеличении давления в системе смазки, например, при обгоне, пуске прогретого двигателя. И конечно – он открывается и остается большую часть времени или постоянно открытым во время работы двигателя при засорении фильтрующей шторы.
Из этого можно сделать вывод, что современные фильтры не выполняют свою функцию, и такая система значимо приближает капремонт двигателя? Конечно же, нет! Распространители подобных домыслов сознательно забывают об одном факте, а именно, что система смазки двигателя является замкнутой. Извне в нее практически ничего не попадает. Задача масляного фильтра – устранение частиц нагара, микроскопической металлической «стружки» и т.п.
Нельзя говорить, что если перепускной клапан открыт, то «в двигатель попадают частицы любого размера». Они в него не попадают, а просто не удаляются из него. В течение некоторого времени. Это неприятно, но лучше, чем масляное голодание. Когда вязкость масла снизится при прогреве, и движение будет осуществляться в нормальном, расчетном для данного автомобиля режиме, перепускной клапан закроется и отловит загрязнения.
Давайте немного посчитаем. Весь объем масла проходит через фильтр примерно за минуту. Точнее, весь номинальный объем залитого масла, то есть некоторые частички за это время проходят два или три раза, а другие – ни разу. Большая часть масла, которую можно считать практически полным реальным объемом, проходит через фильтр минут за 5-10. Как раз на такое время и должен открываться перепускной клапан. Если больше – либо пружина слабая, либо масло неправильное, либо фильтр уже грязный, но никто кроме автовладельца, купившего некачественную продукцию или не соблюдающего регламент замены с учетом условий эксплуатации, в этом не виноват.
То есть, открытие перепускного клапана приведет к тому, что образовавшаяся (или отделившаяся от стенки картера или другой части двигателя) частичка попадет на фильтрующий элемент максимум на 15 минут позднее, то есть в среднем – на 7 минут. Происходить это будет на протяжении всего срока службы мотора, то есть в среднем для всех частиц, то не будь фильтра – каждая осталась бы в объеме рабочего масла в среднем на протяжении половины моторесурса.
Пробег в 250 тыс. км при средней скорости в 50 км/ч (что в реальнойсти городских пробок скорее идеальная, чем реальная цифра) – 5 000 часов, или 300 000 минут, т.е. половина моторесурса – 150 000 минут. Тогда 7, или ладно – 10 или даже 30 минут открытия перепускного клапана – это все равно менее пятой доли процента от того времени, которое частица могла бы вредить двигателю, не будь фильтра вообще. А теперь скажите – из-за 0,002 % снижения ресурса двигателя стоит поднимать такую бучу вокруг перепускного клапана?
Вывод:
Наличие перепускного клапана маслячного фильтра позволяет избежать масляного голодания двигателя на максимальных оборотах и при пуске двигателя. При этом эффективность фильтрации, при условии корректной работы перепускного клапана и своевременной замены фильтра, снижается на пренебрежимо малую величину в пределах тысячных долей процента.
Территория заблуждений, или мифы о масляных фильтрах.
Есть такая передача на российском телеканале РенТВ, называется «Территория заблуждений». Так вот, общаясь в комментариях к своей предыдущей записи о размере масляных фильтров (см. Высокие технологии или экономия?), я с удивлением обнаружил, что несмотря на простейшую конструкцию масляного фильтра, на эту тему можно снять отличный сюжет для указанной передачи. Ну или, как минимум, для известных всем «Разрушителей мифов» с телеканала «Дискавери».
Предыстория вопроса, побудившая меня взяться за написание данной статьи. Приведу фрагменты двух диалогов из переписки в комментариях между мной и коллегами по drive2. Текст переписки привожу не полностью, а только чтобы выделить основную суть.
Коллега1: Про масляный фильтр:
— какое давление масла в системе и при каких оборотах двигателя?
— какое давление открытия перепускного клапана в фильтре?
— какое время (в %) масло проходит через фильтр?
— что фильтрует фильтр в масле?
Правильно ответив на вопросы, станет понятнее почему фильтр маленький 🙂
Я: Намек на то, что клапан почти всегда открыт?
Коллега1: «клапан почти всегда открыт?» Верно. В зависимости от усталости двигателя, клапан открыт от ХХ…
Я: На масляных форумах пишут, что играет роль не давление в системе, а перепад давления в фильтре.
Коллега1: Распилите фильтр, осмотрите фильтрующий элемент. Давление на 3000 об\мин от 2,4 до 5,3 кг/см! Подумайте об объёмной подаче масла на 3000 об\мин около 30 л.\мин. Посмотрите ещё раз на фильтрующий элемент 🙂 «перепад давления в фильтре» — это как?
Коллега1 (чуть позже): Как вариант: через фильтр постоянно прокачивается масло. А клапан не отсекает полностью, а перенаправляет ту часть масла, которую не может пропустить через себя, в обход его.
На этом я остановил дальнейшую дискуссию и предложил вернуться к ней в отдельной статье.
Коллега2: Вся разница только в качестве фильтрующего элемента. Размер значение тоже имеет — элементарно по конструктивным размерам. Например, для удобства обслуживания (большой фильтр может не втиснутся в узкое пространство). А вот уходить от стандартного к более большему, вообще может быть губительным для движка.
Я: С качеством все понятно. А чем может навредить двигателю фильтр большего размера, чем оригинальный? В чем основной вред?
Коллега2: Масло фильтроваться не будет вот и все. Клапан там есть. Посмотри вовнутрь фильтра.
Я: Просьба пояснить чуть подробнее, почему масло не будет фильтроваться в более крупном фильтре по сравнению со стандартным и как на это влияет клапан. Устройство фильтра я представляю, так как периодически распиливаю отработанные фильтры разных марок.
Коллега2: Распиливать фильтры и не изучить принцип работы))) забавно! Фильтра сам менял? Когда фильтр снимал с движка, трубку видел? Которая торчит из проема колодца масляного фильтра. В этой трубке отверстие — суть масляный канал. А почему нужно фильтр крутить до определенного упора и чуть назад? Для того чтобы канал открыл клапан и масло шло через фильтрующий материал. А клапан может сидеть ближе или глубже от основания фильтра. Представим ситуацию: ставишь большой фильтр и клапан глубоко… Что будет? Правильно! Масло попадет в корпус масляного фильтра, но не будет проходить через фильтрующий элемент!
На этом моменте я также остановил дальнейшую дискуссию.
Коллега3 (подключился к дискуссии): Сомнительная версия. Я тоже распилил немало фильтров. Ни на одном не видел, чтобы клапан открывался трубкой. Также впервые вижу про «до упора и чуть-чуть назад».
Коллега2: Мы вчера с Петровичем этот вопрос обсуждали. Сошлись на том что он внимательно изучит и напишет развернутую статью. Я действительно несколько ошибся с функцией клапана, но тем не менее он не просто так там задуман. Что касается затяжки фильтра — это как «ЖИ — ШИ» для первоклассника. Прикручиваем фильтр до упора и на 3/4 оборота назад. В любом мануале для начинающих описано.
Если вы заметили, я намеренно не стал спорить и с пеной у рта отстаивать свою точку зрения, тем самым провоцируя так называемый «срач». Но думаю, что для многих читателей, из приведенных выше диалогов стало понятно, что существует реальная необходимость разобраться, как все-таки устроен и работает масляный фильтр, а также как его правильно устанавливать.
Чтобы не превратить статью в поток сумбурных мыслей, давайте структурируем проблему и выделим ключевые вопросы, которые нам необходимо рассмотреть. Я увидел в комментариях два серьезных заблуждения:
Заблуждение 1: Перепускной клапан в масляном фильтре открыт на любых оборотах двигателя, чуть превышающих обороты холостого хода (1500+ об./мин.), поэтому размер фильтровального элемента не столь важен, так как все равно масло большую часть времени идет в обход и не фильтруется.
Заблуждение 2: Резьбовой патрубок, расположенный на двигателе, при закручивании фильтра нажимает на некий клапан в фильтре, при этом клапан открывает масляный канал для поступления масла в двигатель. Поэтому фильтр не должен быть больше стандартного, чтобы патрубок мог достать до клапана. По этой же причине фильтр после закручивания следует открутить обратно на 3/4 оборота, иначе клапан не откроется.
Если заблуждение насчет того, что происходит внутри фильтра при работе двигателя, ничем фатальным, в принципе, не грозит, то неправильная установка фильтра, да еще вызванная заблуждением насчет его устройства, может привести к потере масла и поломке двигателя.
Поэтому сегодня мы рассмотрим следующие вопросы:
Вопрос 1: Как устроен типовой неразборный автомобильный фильтр очистки масла, какие функции выполняют отдельные элементы фильтра.
Вопрос 2: При каких условиях открывается перепускной клапан в масляном фильтре и в чем важность этого клапана.
Вопрос 3: Как правильно следует устанавливать и затягивать масляный фильтр.
Сразу предупреждаю непримиримых борцов с «диванными экспертами», что я не гидравлик, не претендую на статус эксперта по фильтрам и рассматриваю данные вопросы как обыкновенный практикующий автолюбитель, имеющий техническое образование. Свои мысли я не преподношу как «луч света в темном царстве», а лишь хочу более подробно разобраться в данном вопросе и поделиться этой информацией с такими же коллегами-автолюбителями.
Наверняка среди читателей есть люди, гораздо более профессионально владеющие этой тематикой, прошу их также высказаться, поправить меня, если я в чем-то не прав, и поучаствовать в общей дискуссии. Я же буду подходить к своим объяснениям просто, по рабоче-крестьянски, с точки зрения простой бытовой логики. Также прошу прощения у специалистов, если буду применять неправильную терминологию.
1. Устройство масляного фильтра.
Все современные неразборные масляные фильтры имеют примерно одинаковую конструкцию, которая представлена на рис. 3 ниже. Элементы фильтров разных производителей и марок авто могут немного отличаться как конструктивно, так и их расположением в корпусе фильтра, но их состав и принцип работы практически во всех случаях совершенно одинаковый.
Конструкция такого фильтра очень простая, масло поступает из двигателя в фильтр через несколько отверстий, расположенных по окружности крышки фильтра, затем проходит через фильтрующий элемент и, уже очищенное, поступает обратно в двигатель через центральное резьбовое отверстие. Также в фильтре предусмотрено два клапана — противодренажный и перепускной, мы подробно рассмотрим их работу чуть позже.
Для иллюстрации, ниже представлены фото масляных фильтров, распиленных с целью изучения их внутренностей. Я и сам вскрываю отработанные фильтры, но для этой записи многие фото фильтров были взяты с сайта oilchoice.ru, с разрешения администратора сайта GubkinS . На данном сайте представлен не один десяток распиленных фильтров, с качественными фотографиями, поэтому я и решил их оттуда позаимствовать. Чтобы наилучшим образом проиллюстрировать тот или иной элемент фильтра, я отобрал фотографии разных фильтров, а не какого-то одного.
Вскрыв масляный фильтр, мы видим, что корпус фильтра состоит из тонкостенного металлического стакана, который сверху закрыт завальцованной толстостенной металлической крышкой. По периметру крышки расположено несколько отверстий, по которым неочищенное масло поступает в фильтр. Центральное резьбовое отверстие служит для выхода очищенного масла из фильтра и одновременно для крепления фильтра к двигателю. Фильтр прикручивается к резьбовому патрубку, расположенному на двигателе. С наружной стороны крышки установлено резиновое уплотнительное кольцо прямоугольного, круглого или полукруглого профиля, которое обеспечивает герметичность соединения фильтра с двигателем (фото 4).
Основной объем фильтра занимает фильтровальная катушка. В большинстве случаев, катушка представляет из себя внутреннюю обойму из перфорированного металлического листа с отверстиями для прохода масла, вокруг которой располагается фильтровальный материал (фото 5). Как правило, катушка имеет верхнюю и нижнюю металлические крышки, хотя встречаются конструкции и без крышек.
В качестве фильтровального материала часто используют фильтровальную бумагу, но иногда используется и нетканый волокнистый материал. Фильтровальная бумага, для увеличения площади фильтрации, укладывается гофрами. Гофры обычно ровные, но некоторые фирмы, для увеличения площади фильтрования, еще дополнительно укладывают бумагу шевроном, как, например, в фильтрах Purflux.
Чтобы катушка не болталась внутри фильтра, снизу ее обычно поджимает пружина. Пружины применяются как спиральные, так и пластинчатые. Иногда пружина отсутствует, а ее роль выполняет упругий противодренажный клапан.
Также в конструкции большинства масляных фильтров предусмотрены два клапана.
Входные отверстия для масла в крышке фильтра закрыты изнутри противодренажным клапаном. Этот клапан видно при наружном осмотре фильтра. Обычно он представляет собой эластичное кольцо из обычной или силиконовой резины, хотя встречаются и более сложные конструкции с использованием пружин.
Вне зависимости от конструкции, противодренажный клапан выполняет две основные функции.
Во-первых, если фильтр расположен не строго вертикально отверстиями вверх, этот клапан не позволяет маслу стекать из фильтра в поддон двигателя, когда двигатель остановлен. Благодаря этому, двигатель не испытывает масляного голодания из-за пустого фильтра во время пуска после длительной остановки.
При подаче масла снаружи, под воздействием потока масла, клапан отгибается и пропускает масло внутрь, но обратно он масло пропускать не должен, даже если фильтр расположен отверстиями вниз.
Вторая функция противодренажного клапана — не допускать перетока масла из полости с грязным маслом (с наружной стороны фильтровальной катушки) в полость с очищенным маслом (внутрь центральной обоймы). Т.е. клапан герметизирует изнутри крышку фильтра и изолирует центральное выходное отверстие от расположенных по периферии входных отверстий.
Таким образом, чтобы дренажный клапан был герметичным и сохранял эту герметичность в широком диапазоне температур, важен материал клапана, его температурные свойства и эластичность, а также насколько аккуратно он изготовлен. По собственным наблюдениям, лучше всего работают при различных температурах клапаны из силиконовой резины, им нипочем ни мороз, ни горячее масло. Наиболее аккуратно изготовлены клапаны в фильтрах известных фирм. Дешевые фильтры редко могут похвастаться и тем, и другим, клапаны в них обычно изготовлены неказисто и из обычной резины. Поэтому если хотим сэкономить, то лучше это делать в теплое время года, так как на морозе резиновый клапан дубеет. Встречаются вообще фильтры без клапанов, их лучше избегать.
Второй клапан — перепускной. Он обычно расположен с другой стороны катушки, хотя встречаются и фильтры с клапанами, расположенными с одной стороны, но это скорее редкость.
Перепускной клапан позволяет направлять масло в обход фильтровального материала напрямую в двигатель, без очистки. Открываясь, клапан пропускает масло сразу к выходу из фильтра. Поэтому его иногда еще называют байпасный, от английского слова bypass (обход). Чуть ниже мы вернемся к более подробному рассмотрению принципа работы этого клапана.
Конструктивно перепускной клапан представляет собой подпружиненную тарелку, которая перекрывает отверстие в торце катушки. От жесткости пружины зависит давление, при котором открывается клапан. Материал тарелки может быть металл, пластик, резина. Основные требования к клапану, чтобы он работал четко, без заеданий и надежно герметизировал отверстие в крышке катушки.
Обычно перепускной клапан расположен с внутренней стороны крышки катушки, но встречаются также конструкции с внешним расположением клапана, а также когда клапан встроен в пластинчатую пружину, которая поджимает катушку. На фото ниже представлены перепускные клапаны различных конструкций. Иногда встречаются фильтры, в которых производитель экономит и не устанавливает перепускной клапан.
2. Принцип работы перепускного клапана и условия, при которых он открывается.
Как уже отмечалось выше, перепускной клапан открывается только при возникновении определенных условий. Большую часть времени работы двигателя он закрыт, так как при его открытии фильтр перестает выполнять свои фильтрующие функции и просто передает в двигатель неочищенное масло, минуя фильтрующий элемент.
Работа фильтра в режиме фильтрации и работа в байпасном режиме показаны на рисунках 14 и 15 ниже.
Условные обозначения на рис 14:
1 — корпус фильтра.
2 — резиновая прокладка на крышке фильтра.
3 — противодренажный клапан.
4 — фильтровальная катушка.
5 — перепускной клапан.
Теперь вернемся к ошибочному мнению, что перепускной клапан при работе двигателя почти всегда открыт. Это заблуждение возникает из-за того, что в большинстве фильтров перепускные клапаны рассчитаны на давление открытия, редко превышающее 2.5 бар, а чаще в диапазоне 0.8-1.5 бар. Например, в масляном фильтре MANN W820, клапан рассчитан на давление открытия 1.0 бар.
При этом масляный насос при работе двигателя в штатных режимах нагнетает гораздо большее давление в масляной системе, в диапазоне 2.5-5.5 бар (цифры примерные и различаются для разных типов и марок двигателей). Исходя из этих цифр, часть автовладельцев делает вывод, что раз давление в масляной системе постоянно выше давления открытия перепускного клапана, то значит, и он большую часть времени находится в открытом состоянии. В этом и есть главное заблуждение, и давайте на простых примерах покажем, что это не так.
Чтобы понять, как будет вести себя клапан, сначала рассмотрим две граничные ситуации. Так как мы уже рассмотрели устройство масляного фильтра, то представим себе, что в нем все осталось как было, но мы удалили фильтровальный материал. То есть катушка теперь имеет лишь металлический каркас, и не оказывает никакого сопротивления потоку жидкости, гидравлическое сопротивление катушки равно нулю. Как в этом случае будет происходить движение масла? Думаю, даже далекому от техники человеку будет понятно, что жидкость (масло) будет двигаться по пути наименьшего сопротивления. То есть если катушка не оказывает никакого сопротивления потоку жидкости, то при любом, даже самом большом абсолютном давлении в системе смазки, масло пойдет через катушку, минуя перепускной клапан. Потому что для открытия клапана нужно определенное усилие (давление), а для прохода через голую катушку усилие не требуется, и в итоге масло пойдет через фильтр прямотоком. В этом случае потоки масла будут направлены через катушку, как показано на рис. 14.
Теперь давайте рассмотрим другую граничную ситуацию, полностью противоположную. Представим, что мы заменили фильтровальную бумагу на металлическую ленту. То есть заварили катушку наглухо, и теперь она совсем не пропускает масло, гидравлическое сопротивление катушки равно бесконечности. Куда в этом случае двинется поток масла? Правильно, по пути наименьшего сопротивления, то есть через перепускной клапан. В этом случае, если давление масла на входе в фильтр превысит давление открытия клапана, то масло пойдет через клапан, преодолевая сопротивление пружины клапана. В этом случае в двигатель будет поступать масло, пусть и неочищенное.
То есть, перепускной клапан выполняет роль «спасителя» двигателя от масляного голодания, если по каким-либо причинам фильтровальная катушка перестала пропускать масло. Если же клапан будет рассчитан на давление, превышающее возможности масляного насоса, то в этом случае масляный фильтр ни при каких условиях не будет пропускать через себя масло и превратится по сути в заглушку, которая оставит двигатель без масла. Именно поэтому важно, чтобы клапан открывался при определенном давлении, так как от его правильной работы будет зависеть, когда в двигатель будет поступать очищенное масло, а когда неочищенное, и не превратится ли фильтр в губительную для двигателя заглушку. Данная ситуация проиллюстрирована на рис. 15.
Из рассмотренных выше примеров мы увидели, что для открытия перепускного клапана важно не то, какое давление развивает масляный насос, а успевает ли фильтровальная катушка пропускать через себя масло, чтобы клапан не открылся раньше времени. То есть, клапан открывается не от абсолютного давления в системе, развиваемого масляным насосом, а от перепада давления на входе в фильтр и на выходе из него.
Если катушка по мере загрязнения начинает хуже пропускать масло, то ее гидравлическое сопротивление будет расти, соответственно возрастет и перепад давления на входе и выходе катушки, в итоге в определенный момент времени откроется перепускной клапан. Эта ситуация может также возникнуть, если масло имеет большую вязкость и не успевает достаточно быстро прокачиваться сквозь фильтровальный материал, например, при холодном пуске двигателя в мороз. В этом случае клапан открывается, и густое масло поступает в двигатель напрямую, неочищенным. Как только масло прогреется, его вязкость уменьшится и катушка начнет нормально пропускать масло, перепускной клапан закроется, так как в нем больше нет необходимости.
Аналогично, если двигатель вдруг резко наберет обороты, например, при резком нажатии на акселератор, то давление в масляной системе резко возрастет, и в этих переходных режимах фильтрующий материал может не справиться с прокачкой резко возросшего объема масла, то в этом случае также откроется перепускной клапан и тем самым обеспечит двигатель маслом.
Во всех остальных случаях клапан остается закрытым при любом абсолютном давлении в масляной системе, так как масло идет по пути наименьшего сопротивления, то есть через фильтровальный материал.
Резюмируя, перепускной клапан срабатывает лишь при ограниченном количестве условий. Он не позволяет двигателю остаться без масла, когда фильтрующий элемент забивается продуктами износа, а также когда масло густое и плохо прокачивается через фильтрующий элемент (например, в морозы), или же в переходных режимах работы двигателя (например, при резком наборе оборотов). В этих случаях перепускной клапан открывается и в двигатель поступает неочищенное масло в обход фильтровального материала. Как говорится, лучше подать в двигатель неочищенное масло, чем оставить двигатель вообще без масла. Поэтому важным параметром является перепад давления, при котором открывается перепускной клапан. Клапан не должен открываться слишком рано, чтобы фильтр выполнял свою фильтрующую функцию, и не должен открываться слишком поздно, чтобы не оставить двигатель без масла.
Есть интересная статья в сети, «Эксперимент читателя ABW.BY: масляный фильтр работает всего 2500 километров?» www.abw.by/novosti/experience/183246/, после которой я решил менять фильтры почаще. В первую очередь это касается дешевых фильтров, в которых производитель экономит на всем. Поэтому для себя я решил менять масляный фильтр каждые 5 ткм пробега, особенно при тяжелых условиях эксплуатации, и избегать дешевых фильтров с небольшим ресурсом.
Итак, мы разобрались с устройством и принципом работы масляного фильтра. Как видите, в устройстве фильтра нет ничего сложного, состоит он всего из нескольких деталей, а принцип его работы тоже очень простой.
3. Правильная установка масляного фильтра.