Skuteczne oczyszczanie oleju wymaga wiedzy o rodzaju i pochodzeniu znajdujących się w nim zanieczyszczeń. Część z nich dostaje się do niego wraz z powietrzem. Są to zanieczyszczenia stale, które przedostały się przez filtr powietrza. Drobinki te przenoszone są z powietrzem do cylindrów, gdzie częściowo przylegają do jego ścianek, a częściowo są wydmuchiwane ze spalinami na zewnątrz silnika.

Zabrudzenia mechaniczne
Przyklejanie się drobinek do ścianek cylindra jest efektem rozprowadzania po nim oleju silnikowego w trakcie pracy. Cząsteczki wraz z olejem ściekają do miski olejowej i przedostają się do ogólnej objętości oleju. W trakcie zasysania powietrza oraz usuwania spalin z cylindra przemieszczające się drobinki osiadają nie tylko na ściankach cylindra. Mogą one zostać przetransportowane w okolice przylgni zaworowych, prowadnic oraz turbosprężarki, gdzie dalej mogą się przyczynić do zużywania tych elementów.
Kolejnym rodzajem zabrudzeń mechanicznych oleju są nagary stale wypłukiwane w trakcie pracy. Nagary powstają przy spalaniu paliwa oraz resztek oleju znajdujących się na ściankach cylindra. W przypadku większego zużycia silnika olej dostaje się do cylindra dwoma drogami. Pierwsza z nich to zwiększony luz między tłokiem a tuleją. Podczas suwu tłoka w dół pierścień olejowy zgarnia olej ze ścianki cylindra. Olej ten spływa do skrzyni korbowej, ale częściowo też pozostaje w rowku pierścieniowym. W momencie spalania paliwa olej ten jest spalany przez strumień gorących gazów przedostających się przez nieszczelne pierścienie. Powoduje to narost nagarów w rowkach pierścieniowych i przedostawanie się ich do oleju, gdzie są częściowo rozpuszczane dzięki właściwościom myjącym oleju.
Druga droga, to niesprawne uszczelniacze lub prowadnice zaworowe. W takim przypadku ilość przedostającego się do cylindra oleju jest na tyle duża, że nie zostanie on spalony w całości, powodując - oprócz powstawania nagarów w komorze spalania - dodatkowe zanieczyszczenie elementów znajdujących się poza nią (turbosprężarki, kolektora, katalizatora).

Niezbędna filtracja
Olej w trakcie pracy nie zużywa się tylko przez zabrudzenie drobinkami powstałymi przez zużywanie się współpracujących elementów. Olej zawiera także zanieczyszczenia pozostałe po pro­cesie produkcji i montażu silnika oraz jego części, ścier metalowy (cząsteczki powstałe przez ścieranie), a także sadze powstałą w wy­niku niecałkowitego spalania paliwa. Do tego dochodzi woda (kondensaty) i kwasy z procesu spalania oraz niespalone paliwo (powodujące rozcieńczanie oleju). Wszystko to wraz z produktami rozpadu oleju, np. produktami utleniania oleju i produkta­mi powstającymi z reakcji dodatków, tworzy złożoną, wielofazową płynną mieszankę. Jeśli olej silnikowy nie jest prawidłowo filtro­wany lub wymieniany w odpowiednim czasie, twarde cząstki powodujące zużycie w końcu dostaną się do panewek silnika, powodując ich stopniowe zużywanie.

Parametry krytyczne
Odporność na zużycie w wyniku oddziaływania poszczególnych cząstek lub grup cząstek zależy także od samego silnika, np. od tolerancji i wiel­kości szczelin łożysk. W ostatnich latach osiąg­nięto w tym zakresie znaczną poprawę. Metody produkcji zostały udoskonalone, jednocześnie zmniejszyły się tolerancje obróbki, a co za tym idzie - także wielkość szczeliny smarowania. Z tego względu za krytyczne uznawane są cząs­tki o średnicy od ok. l μm przede wszystkim gdy ich stężenie jest wyższe. Szczególnie duże zużycie powodują pojedyncze cząstki o średnicy od 8 do 60 μm. Ścieranie metalu w silniku mierzy się za pomocą metali oznaczonych wskaźnikami izotopowymi, dzięki czemu można wykazać różną odporność na zużycie w zależności od wielkości cząstek. Duże drobiny (powyżej 60 μm) są także bardzo niebezpieczne. W trakcie pracy silnika są one rozdrabniane i tym samym osiągają wielkość krytyczną rozmiarów.
Zależność miedzy tarciem lub zużyciem a wielkością cząstek zawartych w oleju przedstawia ilustracja 1. Przy du­żym stężeniu w oleju małe cząstki mogą powo­dować zużycie i ścieranie w takim samym stop­niu jak duże.Filtr oleju, który podobnie jak filtr powietrza jest filtrem wgłębnym, stanowi skuteczną zaporę dla cząstek stałych. Ilustracja 2 przedstawia przykłady popularnych wkładów filtracyjnych, stosowanych w układach z pełnym przepływem oleju. Jednak nawet wkład filtra­cyjny oleju o dużej zdolności separacji nie jest w stanie wydłużyć czasu między kolejnymi wymianami oleju lub opóźnić procesów reakcji chemicznej.
Oddzielenie cząstek znacznie ogra­nicza zużycie silnika i tworzenie się osadu. Prob­lem może pojawić się wtedy, gdy do oleju wpro­wadzana jest bardzo duża ilość sadzy, co ma miejsce w wielu nowoczesnych silnikach wyso­koprężnych. Ilustracja 3 obrazuje tendencje do wydłużania czasu miedzy kolejnymi wymianami filtra na przykładzie filtra oleju w silnikach benzyno­wych samochodów osobowych w Europie.

Filtr pełnoprzepływowy
Pojazdy silnikowe mają filtr oleju pełnoprzepływowy (nazwany również szeregowym), który skutecznie zatrzymuje drobne i duże cząstki. Ilustracja 4 przedstawia układ smarowania z pełnoprzepływowym filtrem oleju. Pompa oleju zasysa olej z miski olejowej, który w razie potrzeby chłodzony jest w chłod­nicy oleju, a następnie przepływa przez filtr pełnoprzepływowy. Zawór regulacji ciśnienia kie­ruje nadmierny przepływ oleju z powrotem do miski olejowej. Ze względu na to, że cały olej musi przepłynąć przez filtr pełnoprzepływowy, najczęściej konieczny jest kompromis miedzy dokładnością filtracji (która przy porównywalnie skonstruowanych mediach filtracyjnych jest w zasa­dzie wprost proporcjonalna do spadku ciśnienia) a wielkością filtra.
Filtr pełnoprzepływowy można ominąć za pomocą zaworu obejściowego umieszczonego w przewodzie obejściowym. Zawór otwiera się w zależności od ciśnienia (różnicy ciśnień we wkładzie filtracyjnym) i w ten sposób gwa­rantuje zasilanie silnika w olej, które ma priorytet przed filtracją oleju. W bardzo niskich temperaturach i przy lepkim oleju konieczne może okazać się obejście filtra pełnego prze­pływu. Dlatego bardzo ważne jest, aby wkład fil­tracyjny nie był zużyty. W przeciwnym wypa­dku zawór obejściowy otwiera się nawet przy normalnej pracy silnika i pozwala na stały prze­pływ nieprzefiltrowanego oleju. Maksymalna różnica ciśnień, przy której naj­później należy dokonać wymiany filtra oleju, w zależności od specyfikacji producentów samochodów, waha się między 1,5 a 2,5 bara. Nawet w normalnym trybie pracy na medium filtracyjne oddziałują duże siły.

Filtr bocznikowy
Najmniejsze cząstki zawieszone w oleju w wąskich szczelinach smarowanych i na gła­dziach cylindrów działają jak pasta polerska. Problemy mogą wystąpić także w przypadku przepracowanych olejów, za­wierających bardzo drobne cząstki oraz pracy w niskich temperaturach. Olej jest wtedy bardzo lepki i nie zachowuje w pełni swoich właś­ciwości smarnych. Aby temu zapobiec, pojazdy z silnikiem wyso­koprężnym o dużej mocy, długich okresach miedzy wymianami oleju i dużej emisji sadzy można wyposażyć w dodatkową zaporę dla najdrobniejszych cząstek. W tym celu układ olejowy uzupełniany jest np. o bocznikowy filtr oleju. Przed filtrem oleju pełnego przepływu, a więc w miejscu, w którym ciś­nienie oleju jest najwyższe, odgałęziany jest niewielki strumień, który przepływa przez filtr bocznikowy. Strumień ten stanowi zaledwie od 5 do 10% łącznego strumienia objętości oleju.
Aby osiągnąć pożądane odfiltrowywanie cząstek sadzy o średnicy poniżej 1 μm, medium filtracyjne powinno być bardziej do­kładne, a prędkość filtracji mniejsza niż w filtrze oleju głównego przepływu. Wraz z na­rastającym obłożeniem wkładu filtracyjnego przepływu bocznego dochodzi do redukcji natężenia przepływu, podczas gdy dokładność filtracji nadal się zwiększa. W zależności od wielkości np. w pojazdach użytkowych między kolejnymi wymianami oleju element ten odseparowuje ok. 500 g sadzy i najdrobniejszych cząstek. Usu­wane są więc cząstki, które ze względu na małą wielkość przedostają się do pełnoprzepływowego filtra oleju i mogą zwiększać zużycie w punktach smarowania. Za­miast filtra bocznikowego montowany jest separator odśrodkowy. W celu oczyszczenia separatora odśrod­kowego wyjmowany jest wirnik wypełniony najdrobniejszymi cząstkami i wymieniany na nowy. Separatory odśrodkowe strumienia swobodnego są więc alternatywą do filtrów bocznikowych. Wielkość zastosowanego separatora zależy od okresów wymiany oleju lub filtra pełnego przep­ływu.

Maciej Blum

Więcej w wydaniu 7-8/2015 "autoEXPERTA"