O FILTRACJI

W silnikach spalinowych konieczne do zapewnienia długoletniej i bezawaryjnej pracy jest stosowanie systemów oczyszczania płynów eksploatacyjnych (powietrze, olej, paliwo). Silnik pozbawiony układu filtracji ma znacznie ograniczoną żywotność. Cząsteczki zanieczyszczeń obecne w oleju, paliwie, powietrzu mogą powodować uszkodzenia zaworów, powierzchni cylindrów, tłoków, pierścieni tłokowych oraz łożysk. Efektem jest przedwczesne zużycie pracujących części, a w najgorszym przypadku zatarcie silnika.
Najważniejszym elementem systemu filtracyjnego jest wymienny filtr lub wkład filtra. Zadaniem każdego filtra jest usuwanie cząstek zanieczyszczeń z płynów eksploatacyjnych, stawiając jednocześnie jak najmniejszy opór tym ośrodkom.

Zanieczyszczenia płynów eksploatacyjnych

W powietrzu, nawet jeśli wydaje się czyste, znajduje się wiele zanieczyszczeń. Pozornie czyste powietrze zawiera kurz, drobiny kwarcu itp. Ilość zanieczyszczeń pobieranych znad asfaltowej nawierzchni nie jest stała. Największe stężenie występuje do wysokości ok. 0,5 m i maleje wraz z wysokością. Zależnie od rodzaju, stanu i miejsca w 1m3 powietrza znajduje się 0,5-20 mg pyłu. Można sądzić, że to niewielka ilość, jednak jeśli przyjmiemy, że samochód z silnikiem 1,6 l ma zapotrzebowanie powietrza ok. 150 – 200 m3/h, to przy niewielkim zapyleniu rzędu 5 mg/m3, zassa ok. 10g pyłu w ciągu 10 godzin pracy. Drobiny kwarcu, które dostają się do silnika powodują drastyczny spadek jego żywotności.
Ostre krawędzie cząstek kwarcu o wielkości 50-250 um niszczą pierścienie tłokowe, mają negatywny wpływ również na ścianki cylindrów, przylgnie zaworowe i zawory. Niszcząc pierścienie tłokowe i ścianki cylindrów pył może dostać się pod tłok i zanieczyścić olej, działający potem jako pasta ścierna. Po zastosowaniu odpowiedniego filtra powietrza do komory spalania dostaje się w tym czasie zamiast 10 g ok. 0,05 g pyłu o cząstkach wielkości kilkunastu mikronów, które są w większości usuwane ze spalinami. Równie istotny jest wrażliwy na zanieczyszczenia system oczyszczania oleju. Olej oprócz funkcji smarowniczych (zmniejszanie tarcia i zużycia) spełnia także funkcję chłodzącą i uszczelniającą oraz utrzymuje w czystości wewnętrzne układy silnika, zabezpiecza je przed korozją.

Na zanieczyszczenia występujące w systemie smarowania silnika składają się pozostające w silniku nowym lub remontowanym cząsteczki pyłu, opiłków brudu itp., produkty zużycia trących się elementów silnika, zanieczyszczenia oleju oraz produkty utleniania oleju. W celu przechwycenia zanieczyszczeń i utrzymania oleju w czystości stosuje się wymienne filtry i wkłady filtrów oleju.
Precyzyjnego oczyszczania wymagają układy paliwowe. Niska jakość i zanieczyszczenia występujące w benzynie i oleju napędowym przyczyniają się do spadku parametrów i uszkodzeń silnika. Oprócz zanieczyszczeń przedostających się do systemu wraz z paliwem są zanieczyszczenia obecne w zbiorniku paliwa.
Wymienne filtry paliwa przechwytują cząsteczki zanieczyszczeń, które mogą powodować zatkanie się rozpylacza paliwa. Niedrożny układ wtrysku paliwa powoduje drastyczny wzrost ciśnienia i może doprowadzić do zniszczenia całego układu.

Materiały filtracyjne

Przegroda filtracyjna najczęściej wykonana jest z materiału opartego na celulozie (papier) z różnymi dodatkami, które wpływają na właściwości i w związku z tym na zastosowanie danego materiału jako przegrody filtracyjnej.
Odpowiedni dobór komponentów materiału filtracyjnego zasadniczo wpływa na parametry filtracji. W zależności od tego, co będzie filtrowane, jak długo, w jakich warunkach oraz z jaką dokładnością należy dobrać odpowiedni materiał filtracyjny.
Dobierając kombinację różnych włókien celulozy oraz nasycając je odpowiednimi substancjami, najczęściej żywicami, możemy regulować właściwościami filtracyjnymi danego medium i dobrać optymalny materiał o parametrach spełniających wymagania dla danego filtra.
Oprócz parametrów czysto filtracyjnych jak przepuszczalność, spadek ciśnienia, porowatość czy skuteczność filtracji bardzo ważnym elementem jest odporność na czynniki zewnętrze (wilgoć, temperatura, substancje chemiczne, odporność ogniowa), którą możemy regulować nasączając papiery filtracyjne substancjami chemicznymi (np. żywice, olej) wpływającymi na te właściwości.
Wszystkie powyższe elementy doboru mają na celu zapewnienie, by medium filtracyjne spełniało wszystkie parametry, które założyliśmy, że będą najodpowiedniejsze do danego filtra oraz, że filtr będzie spełniał najwyższe wymagania, które stawia współczesny rynek.

Standardowe materiały filtracyjne stosowane w filtrach przegrodowych podlegają kilku zasadom:

  • im materiał filtracyjny ma większą powierzchnię, grubość i przepuszczalność tym większa jest chłonność (pojemność)
  • czym gęstszy materiał tym większa jest jego skuteczność
  • im mniejsze opory tym większa przepuszczalność
  • mała gęstość daje dużą pojemność i na odwrót
  • im większa skuteczność tym mniejsza pojemność

Teoretycznie idealne medium filtracyjne to takie, które cechowałoby się 100% skutecznością usuwania wszelkiego typu zanieczyszczeń i jednocześnie charakteryzowałoby się nieskończoną chłonnością i trwałością.

Jest to niemożliwe do osiągnięcia, jednak dąży się do stosowania rozwiązań, które w jak najwyższym stopniu mogą spełnić powyższe warunki. Projektując filtry i wkłady filtrów staramy się zapewnić jak największą skuteczność oraz największą z możliwych pojemność filtra, przy jednoczesnym zachowaniu dużej przepustowości i niskiego oporu przepływu.

Podstawowe definicje występujące w systemach oczyszczania

  • Filtr – jest to urządzenie służące do oddzielania ciał stałych od cieczy i gazów za pomocą jednej lub kilku przegród porowatych, zatrzymujących ciała stałe, a przepuszczających ciecze i gazy.
  • Filtracja – metoda oddzielania substancji stałych od cieczy i gazów poprzez mechaniczne zatrzymywanie jednej z substancji. Ciecz lub gaz uwolniony w procesie filtrowania częściowo lub całkowicie od cząstek stałych nazywamy filtratem.
  • Skuteczność (efektywność) oczyszczania – to zdolność do wychwytywania cząsteczek zanieczyszczeń, o określonych rozmiarach. Jest to stosunek masy cząstek znieczyszczeń które są przechwytywane przez filtr do masy wszystkich cząstek dostarczonych do filtra. Parametr skuteczności wyrażamy w % ( max 100%).
  • Chłonność – również zwana pojemnością jest to zdolność do pochłonięcia określonej ilości zanieczyszczeń, nie powodując przy tym spadku ciśnienia płynu eksploatacyjnego ponad maksymalną dopuszczalną wartość.
  • Przepustowość – jest to ilość płynu eksploatacyjnego, która przechodzi przez daną powierzchnię filtra w jednostce czasu, czyli – zdolność do przepuszczania płynu eksploatacyjnego.
  • Opór przepływu – płyn eksploatacyjny przechodząc przez filtr napotyka na opór który stawia materiał filtracyjny. Parametr ten jest określany jako różnica ciśnienia przed i za filtrem.

WYKAZ ZAPOTRZEBOWANIA POWIETRZA DLA SILNIKÓW SPALINOWYCH

PLIKI DO POBRANIA


  WZORY NA OBLICZNIE NATĘŻENIA PRZEPŁYWU POWIETRZA

  ZAPOTRZEBOWANIE POWIETRZA I SPALANIE W SILNIKACH SPALINOWYCH