Spin-on Filters - это интересно.

Так фильтровали моторное масло: от железных сеток до сменных картриджей

На заре автомобилестроения двигатели выпускались без картера, поэтому в ходу была капельная смазка или пресс-масленки. Даже первые конструкции с блок-картером «Де Дион-Бутон» 1896 года смазывались «по старинке». Но вскоре состоялся переход на агрегаты с масляной ванной, в которых смазка осуществлялась уже разбрызгиванием: щеки коленвала зацепляли масло и создавали внутри картера масляный туман, который уже смазывал все детали двигателя. А как же масло очищали от продуктов сгорания и прочих примесей? А никак. Каждые 600-800 км порция масла заменялась новой: старое сливалось, заливалось свежее, и машина ездила дальше. Увеличить срок эксплуатации масла догадались только спустя несколько десятилетий.

Поскольку моторы начала ХХ века не отличались точностью — как изготовления, так и рабочего процесса, масло загрязнялось быстро — и продуктами сгорания, и продуктами износа двигателя. Единственный метод фильтрации масла, который фактически применялся в первых конструкциях моторов, — гравитационный, известный по принципу «грязь оседает». Все загрязнения просто опускались на дно картера, а поскольку масляных насосов у основной массы серийных моторов до середины 20-х годов не было, то сверху масло было чище, чем внизу. Подобная схема смазки и примитивная система гравитационной фильтрации применялись на недорогих двигателях до 30-х годов. Достаточно вспомнить, что моторы на Ford T и Ford A довольствовались смазкой разбрызгиванием без всяких фильтров, да и рядная шестерка Chevrolet тех лет обходилась без масляного насоса.

Преимущества смазки подшипников под давлением были вполне очевидны еще со времен паровых машин. Один из пионеров двигателестроения, компания De Dion-Bouton («Де Дион-Бутон») оказалась и одной из первых в использовании закрытого блок-картера. К 1903 году она в своем 1-цилиндровом моторе перешла на использование принудительной системы смазки с шестеренчатым насосом, но пока без давления — смазка просто подавалась непосредственно к подшипникам коленвала и шатуна.

De Dion-Bouton начала ХХ века

В 1905 году в моторах Delaunay-Belleville («Делоне-Бельвиль») стала использоваться система принудительной смазки под давлением, правда, насос был поршневой. Превосходство такой системы позволило вытеснить системы капельной смазки в мощных 4-тактных двигателях уже к середине 20-х годов. Еще одним важным преимуществом было то, что масло можно было пропустить через фильтры, а это заметно увеличивало срок его службы.

Первопроходцы

Традиционно одним из первопроходцев в использовании фильтров в автомобилях считается Эрнест Свитленд (Ernest Sweetland), с именем которого связаны американские патенты на систему механической фильтрации масла и торговая марка Purolator. В 1924 году на машинах Chrysler Six установили новинку — масляный фильтр, который позволял увеличить интервал замены масла до 8000 миль (против 800-2000 миль в моторах без фильтров). Фильтровальный элемент изначально был тканевый, но по мере развития ткань вытеснили прессованные материалы на основе целлюлозы. Фильтр был неполно проточный, система дроссельных отверстий пропускала большую часть масла в обход системы. К 1939 году почти все массовые американские двигатели имели принудительную систему смазки со сменным фильтром, и многие использовали продукцию и патенты Purolator. А годом ранее Свитленд запатентовал и выпустил сменную картонную вставку для масляного фильтра, что снижало стоимость обслуживания до минимума.

В Европе развитие масляной фильтрации шло другим путем, точнее путями. Многообразие технических решений и отсутствие унификации в этой сфере были обусловлены наличием как минимум двух больших конкурирующих школ двигателестроения во время Первой мировой войны, большой востребованностью авиамоторов и ориентацией компаний на национальные решения.

Необходимость в фильтрации масла была понятна конструкторам еще на заре XX века, но каждый решал ее по-своему. Почти во всех двигателях с принудительной смазкой использовался «особо грубый» фильтр масла в виде сеточки маслоприемника. Еще до Первой мировой войны компании Lancia и Berliet применяли механическую фильтрацию с тканевыми и целлюлозными фильтрами, а Renault — центробежный фильтр с приводом от коленвала.

Немецкие производители к 20-м годам в основном перешли на схему с пластинчатым фильтром грубой очистки с неполно проточным фильтром тонкой очистки со сменным фильтрующим элементом. К 30-м годам оформились основные схемы фильтрации масла в автомобилях, обеспечивающие требуемое качество: механическая фильтрация, при которой поток масла проходит последовательно через фильтры грубой и тонкой очистки, выполненные из пластин, ткани и целлюлозы, и центробежная, при которой масло подается в центрифугу, где тяжелые частицы загрязнений отделяются от капель чистого масла.

Две конкурирующие технологии фильтрации

Механическая очистка кажется самым простым решением, но материалы и технологии до 60-х годов не позволяли создать фильтры, которые обеспечили бы полно проточную фильтрацию, когда через фильтр проходит весь поток масла, требующийся двигателю. Проблему решали разными путями. Свитленд в Purolator использовал схему, при которой лишь 10-15% масла внутри фильтра проходило через систему очистки.

Европейские производители больше склонялись к схеме, в которой использовались несменный очищаемый полно проточный фильтр грубой очистки, обычно состоящий из пластин, и внешний фильтр тонкой очистки, в который, в зависимости от режима работы двигателя, поступало до 10-20% объема масла.

Надо заметить, что в то время автомобилестроение развивалось быстро и многие машины и моторы в процессе производства модернизировались как раз с целью изменения системы фильтрования. Так, мотор Ford V8 Flathead, появившийся в 1932 году, оснащался системой смазки под давлением, но изначально не имел масляного фильтра — в нем использовалась оригинальная схема фильтрации центробежного типа: в щеках коленвала были оформлены полости, в которых скапливались загрязнения. Но с 1939-го компания стала предлагать фильтр Purolator в качестве дополнительного оборудования для легковых машин и стандартного — для грузовиков.

На престижных европейских автомобилях фильтры механической очистки в массе появились даже раньше: так, Mercedes 630K 1927 года и все 8-цилиндровые варианты с подобным мотором оснащались пластинчатым фильтром грубой очистки на блоке цилиндров и внешним неполно проточным фильтром тонкой очистки со сменным фильтрующим элементом на основе целлюлозы.

Системы механической фильтрации были простыми в устройстве и обслуживании, сравнительно компактными, но, к сожалению, не очень приспособленными для больших потоков масла. Именно по этой причине использовали конструкции с двумя степенями фильтрации и неполно проточными фильтрами или применяли альтернативные методы.

На фоне систем механической фильтрации центрифуга, предложенная Renault, выглядела даже интереснее. Система была полно проточной, обеспечивала очистку всего объема масла, поступающего в мотор, и не имела сменных элементов. Нужно были лишь снимать и мыть корпус центрифуги и сливать жидкость из отстойника фильтра. В отличие от механической фильтрации, ограничений на пропускную способность у подобных фильтров нет, так что для больших моторов это очень удачное решение, правда, довольно объемное.

Работа подобных систем основана на разнице в массе между частичками масла и загрязнений. Тяжелые частицы «отжимает» к внешней стороне корпуса, и они либо налипают на стенки центрифуги, либо опускаются вниз, в отстойник. Чистое масло через отверстия в центральной части центрифуги идет обратно в двигатель. Вращение обеспечивается либо приводом от коленчатого вала, либо за счет реактивного действия струи масла.

Подобные системы были очень популярны на французских машинах и на тяжелых грузовиках во всем мире. В почти неизменном виде их можно увидеть на таких автомобилях, как ЗАЗ 968 всех модификаций, где используется система с приводом от коленвала, или ЗиЛ 130, где привод центрифуги реактивный. На грузовых моторах центробежная фильтрация позже использовалась и в сочетании с механической. Правда, в отличие от механической фильтрации, где отсеиваются частицы определенного размера, центробежная отделяет фракции по плотности, и, с одной стороны, ряд загрязнений через подобный фильтр проходит легко, например частицы сажи, а с другой — центробежный фильтр способен постепенно «вычищать» из масла даже полезные присадки, размер которых слишком мал, чтобы причинить вред мотору.

Полным потоком

Сделать масляный фильтр полно проточным удалось не сразу. В 1926 году компания Purolator выпустила первые гофрированные фильтровальные элементы, что позволило повысить качество фильтрации. В 1943-м запустила в производство первый в мире серийный полно проточный фильтр. К 1946 году подобные фильтры стали доступны и для «гражданской» продукции, постепенно вытеснив все варианты неполно проточных на новых машинах. В 1953-м полно проточный фильтр был стандартным оснащением моделей Lincoln V8, но на машинах в базовой комплектации Ford все еще предлагался старый вариант.

Почти современные

Уже в 1955 году масляный фильтр приобрел форму, хорошо известную нам и сейчас: цилиндрический корпус, накручивающийся на трубу подачи, со сливом по краям и уплотнением резиновой лентой. Так называемый фильтр Spin-on стал практически стандартом для всех автомобилестроителей в течение пары десятков лет и успешно применяется и поныне наряду со сменными картриджами. В дальнейшем совершенствование фильтров шло в основном за счет изменения фильтрующих материалов.