Od czego zależy skuteczność filtracji? Jakie innowacyjne rozwiązania materiałowe są obecnie stosowane, aby ta skuteczność była jak największa, a jakim nowym wyzwaniom będą musiały sprostać filtry oleju w najbliższej przyszłości? To pytania, które zadaliśmy ekspertom.

Najważniejsze funkcje, jakie muszą spełniać wymienione filtry, to efektywność filtracji, jak największa możliwość kumulacji zanieczyszczeń, wytrzymałość na różne ciśnienia robocze i wysoka odporność na starzenie się.
Wysoka efektywność filtracji zapewnia, że w obiegu paliwa czy oleju znajdują się tylko cząstki w rozmiarach tolerowanych przez podzespoły silnika. Ważne jest, aby filtr był zaprojektowany w taki sposób, żeby przez cały swój okres żywotności był w stanie filtrować jak największą ilość zanieczyszczeń, nie powodując przy tym zatykania się medium filtrującego i omijania filtrowanych płynów przez zawór ciśnieniowy.
Ciśnienie robocze, jakiemu poddany jest filtr, może różnić się w zależności od czasu użycia, jak i warunków atmosferycznych. Odporność na to zjawisko jest jedną z najważniejszych funkcji filtra, odpowiada ono między innymi za zużycie paliwa, a także żywotność filtra. Jako przykład można podać uruchomienie zimnego silnika w niskiej temperaturze – duże zapotrzebowanie na filtrowany olej, który jest gęsty, może powodować załamywanie się wkładu filtrującego, przez co jego wydajność i żywotność jest zdecydowanie zmniejszona.
W dobie coraz większych przebiegów między wymianą filtrów bardzo duże znaczenie ma odporność filtra na starzenie się. Podczas testów sprawdza się, czy medium filtrujące, cała konstrukcja filtra, jest odporna na gorący olej (lub podgrzane paliwo), dodatki, uszlachetniacze, wodę, kwas, wszystko, co może znajdować się w filtrowanych płynach. Dodatkową funkcją w przypadku niektórych filtrów paliwa jest zintegrowany separator wody, ponieważ jej obecność w nowoczesnych systemach wtryskowych może spowodować wiele uszkodzeń.
Nowoczesne oleje silnikowe, szczególnie te przewidziane do tak zwanych przebiegów long life, dzięki swoim parametrom, niskiej lepkości w niskich temperaturach, nie powodują kłopotów z ciśnieniem roboczym oddziałującym na filtr. Jednak coraz to nowe kompozycje dodatków znacząco skracają żywotność medium filtrującego, szczególnie jeśli do obiegu dostanie się niewielka ilość wody czy paliw, co może spowodować powstanie kwasu lub innych substancji chemicznych, które mogą powodować strukturę medium filtrującego.

W przypadku filtrów paliwa największym wyzwaniem jest stworzenie nowego systemu separacji wody, który sprawdzi się w przypadku coraz bardziej powszechnych biopaliw.
Kolejnym czynnikiem, który wymusza zmiany, to rosnące wymagania producentów samochodów. Tak ostatnio popularny downsizing wymaga coraz mniejszych komponentów, coraz to nowych, lżejszych materiałów, z których są one wykonane, to wszystko ma na celu obniżenie wagi jednostki napędowej oraz maksymalne jej zmniejszenie. Od filtra wymaga się również coraz dłuższej żywotności, a także tego, żeby przez cały czas wydajność filtracji była na takim samym, wysokim poziomie. Coraz wyższe normy emisji spalin również mają wpływ na filtry, zarówno oleju, jak i paliwa. Wysokie ciśnienie wtrysku, dobra filtracja oleju, to wszystko ma pozytywny wpływ na niższe zużycie paliwa.
Niewiele zmieniło się samo zanieczyszczenie, z którym filtry muszą sobie poradzić. Zmieniło się jednak podejście i świadomość tego, jak ważną rolę w silniku odgrywa filtr. Dzięki nowym technologiom, w porównaniu ze starymi silnikami, tolerancja szczelin jest coraz mniejsza, dopasowanie praktycznie idealne, dlatego tak ważne jest, żeby uzyskać idealnie przefiltrowany olej, powietrze czy paliwo, aby zanieczyszczenia, które mogłyby się przedostać, nie uszkodziły podzespołów silnika.
Filtry i wkłady oleju mają ogromny wpływ na trwałość i niezawodność funkcjonowania silnika, należą też do najczęściej wymienianych spośród wszystkich rodzajów filtrów stosowanych w samochodach. Ich zadanie to skuteczna ochrona wszystkich obiegowo smarowanych elementów silników w samochodach osobowych, ciężarowych, motocyklach, a także w maszynach rolniczych, budowlanych i górniczych.
Spełnienie tej ochrony polega na zatrzymaniu wszystkich zanieczyszczeń wytworzonych w wyniku ścierania się współpracujących elementów oraz procesów chemicznych związanych z pracą silnika, jak również dostarczonych z paliwem i powietrzem, które nieusunięte ze spalinami, a spłukane przez olej dostają się do układu smarowania.
Dlatego jednym z najważniejszych parametrów filtra oleju jest skuteczność/sprawność filtracji.
Najkrótsza definicja tego parametru oznacza jego zdolność do wychwytywania i zatrzymywania zanieczyszczeń o określonych wymiarach. Inaczej mówiąc, to iloraz masy cząstek zanieczyszczeń zatrzymanych przez filtr do masy wszystkich cząstek, które dostarczone zostały do filtra. Parametr ten wyrażany jest w procentach, a największa jego wartość może wynosić 100%.
Skuteczność filtracji można też odnieść do konkretnego wymiaru zanieczyszczeń lub do określonego zakresu wymiarowego.
Współczesny przemysł materiałów filtracyjnych pozwoliłby na osiągnięcie 100% skuteczności filtracji, ale wiąże się to ze znacznym podniesieniem kosztów filtra, dlatego potrzebny jest pewien kompromis polegający na usuwaniu tylko tych zanieczyszczeń, które w znaczący sposób powodują zużycie elementów silnika. Przyjmuje się, że są to zanieczyszczenia o wymiarach zbliżonych do zakładanych przez konstruktora silnika luzów i szczelin pomiędzy współpracującymi elementami.
Właściwie zaprojektowane i wykonane filtry muszą sprostać rosnącym wymaganiom związanym z pracą silnika. Dlatego do ich produkcji w PZL Sędziszów używamy najlepszych materiałów gwarantujących trwałość i niezawodność, a najważniejsza część filtra, tzw. przegroda filtracyjna, wykonywana jest z papieru filtracyjnego najnowszej generacji, tzw. long life. Papier ten składa się z dwóch lub nawet trzech warstw o tzw. strukturze kierunkowej, pochłaniającej stopniowo zanieczyszczenia o zmniejszających się wymiarach. Specjalna obróbka termiczna czyni go odpornym na wilgoć i wodę, która często dostaje się do oleju, jak i kwasy powstałe w wyniku reakcji chemicznych. Papier ten odporny jest na agresywne składniki dodawane przez producentów syntetycznych olejów oraz wysokie temperatury oleju sięgające 150 stopni dla współczesnych, wysilonych silników wyposażonych w turbosprężarki niezależnie od rodzaju paliwa.
Przegroda filtracyjna wykonana jest przeważnie w kształcie gwiazdy (to tzw. plisowanie papieru) dla zwiększenia powierzchni filtracyjnej. W czasie plisowania papieru wykonuje się specjalne przetłoczenia zabezpieczające plisy przed ewentualnym ich stykaniem się oraz zapewniające równomierny dystans między nimi, a to z kolei znacznie wpływa na żywotność filtra.
Od filtra oleju wymaga się długotrwałej prawidłowej pracy, a wymiany dokonuje się wraz z wymianą oleju, co obecnie wynosi dla samochodów ciężarowych w transporcie międzynarodowym ok. 120 tys. km. W starszych typach samochodów za filtrację oleju odpowiadał jeden filtr szeregowy, tzw. spin-on, przez który przepływała każdorazowo cała objętość oleju, później dodawano drugi niezależny filtr oleju, tzw. bocznikowy, filtrujący znacznie dokładniej, ale tylko ok. 5% oleju, który natychmiast wraca do miski olejowej, nie biorąc udziału w smarowaniu silnika.
Spotykane są też takie rozwiązania, gdzie obydwa filtry (szeregowy i bocznikowy) znajdują się w jednej obudowie.
W nowych silnikach zmieniło się za sprawą ekologii podejście do filtracji oleju, mianowicie zamiast jednorazowych filtrów typy spin-on, stwarzających problemy z utylizacją, stosuje się filtry z wkładami wymiennymi, tzw. wkłady EKO bez elementów metalowych. Wkłady te są łatwo utylizowane, koszty ich produkcji znacznie mniejsze, a poprzez łatwy dostęp do wkładu szybko można sprawdzić jego stan.
Współczesna filtracja oleju silnikowego zmierza w kierunku tzw. obudowy modułowej, gdzie w jednym korpusie znajdować się będzie filtr mechaniczny oleju, tzw. wirówka oczyszczająca wstępnie olej z produktów reakcji chemicznych i większych zanieczyszczeń oraz drugi stopień – wkład typu EKO, bardzo dokładnie oczyszczający pozostałe zanieczyszczenia, wykonany z materiałów filtracyjnych zapewniających jego długotrwałe użytkowanie.
Nowością są też filtry oleju (zarówno te nakręcane, jak i z wkładami wymiennymi), w których przegroda filtracyjna wykonana jest z materiałów prasowanych w postaci granulek, tzw. filtry polimerowe. Testy filtrów tego typu wykazały, że są w stanie pracować poprawnie ponad 100 tys. km. Wzorce kilku typów wykonywane były ok. 3 lata temu w PZL Sędziszów, a same filtry testowane w Wielkiej Brytanii.
Podobnie jak w przypadku każdego rodzaju filtracji w motoryzacji skuteczność filtracji oleju zależy od wielu czynników, poczynając od samego oleju, jego typu i jakości, poprzez jakość i przepustowość materiału filtracyjnego, aż po właściwe dopasowanie filtra do danego zastosowania i wreszcie zastosowanie filtra odpowiednio wysokiej jakości.
Moim zdaniem znaczenie fundamentalne dla jakości filtracji ma właściwa jakość obsługi pojazdu, czyli wymiana oleju i filtra zgodnie z zaleceniami producenta oraz dbałość mechaników o umiejętny montaż i demontaż filtra.
Przykładem konsekwencji wadliwie dobranego filtra do konkretnego zastosowania, pomimo właściwych wymiarów zewnętrznych i gwintu, może być źle dobrany zawór przelewowy. Jeśli np. jego otwarcie zostało ustalone w konkretnym filtrze na ciśnienie 1 bar, a takie ciśnienie zostało osiągnięte w systemie już po przebiegu 2 tys. km, to okazuje się, że olej nie jest filtrowany przez 8 lub nawet 13 i więcej tys. km przy wymianie odpowiednio co 10 i 15 tys. km. Oczywiście konsekwencji braku filtracji nie da się zauważyć od razu i będzie ona odczuwalna dopiero po kilkudziesięciu tys. km przebiegu w postaci nadmiernego zużycia podzespołów silnika.
Jeśli chodzi o nowe rozwiązania konstrukcyjne, w dużej mierze zależą one od wymagań producentów pojazdów oraz samych kierowców i w tym kierunku podąża przemysł filtracyjny. Należy zaznaczyć, że wszyscy pierwszomontażowi producenci filtrów nie zajmują się już od dawna dostarczaniem jedynie samych filtrów, ale uczestniczą czynnie w procesie projektowania silników pod kątem optymalizacji filtracji i chłodzenia oleju. Firmy takie jak Sogefi dostarczają producentom kompletne moduły filtracji oleju, które należy jedynie zamontować na silniku i podłączyć odpowiednie przewody.
Istotnym aspektem jest również ochrona środowiska i czystość obsługi, czego przykładem mogą być wkłady filtracyjne bez części metalowych oraz różnego rodzaju rozwiązania umożliwiające dokładne odsączanie wkładów z oleju podczas ich wymiany, badanie jakości oleju czy zapobiegające pomyłkom przy montażu.
Sztandarową technologią stosowaną przez firmę Sogefi zarówno w filtrach na pierwszy montaż, jak i aftermarketowych (Purflux, Fram i CoopersFiaam), jest technologia plisowania w jodełkę, która umożliwia „upchnięcie” większej ilości materiału filtracyjnego w określonej przestrzeni lub też uzyskanie tej samej wydajności filtracji przy zmniejszonych wymiarach zewnętrznych filtra, co ma niebagatelne znaczenie w czasach downsizingu silników.

Zebrał: Krzysztof Dulny