機油濾清器的配套技術(shù)詳解

      濾清器的技術(shù)配套技術(shù)具有小范圍內(nèi)邊緣學科的性質(zhì)，因而易被忽視。在實際中往往可以看到這樣的現(xiàn)象：安裝在主機上設(shè)計精良的濾清器不能zui大限度地發(fā)揮應(yīng)有的作用。而主機用戶又不滿意所選濾清器的性能。這便是濾清器配套不當?shù)膯栴}。本文試圖從配套角度對機油濾清器的選型、設(shè)計、安裝與使用等方面作一些討論，涉及的題目有以下十一項：

1.通過機油濾清器的流量。
2.內(nèi)燃機的使用條件。
3.潤滑油的品質(zhì)。
4.內(nèi)燃機操作者的使用水平。
5.機油濾清在地內(nèi)燃機上的安裝位置。
6.機油濾清器同機油散熱器的聯(lián)接。
7.旁通閥開啟壓力的確定。
8.保養(yǎng)指示器的應(yīng)用。
9.復合式機油濾清器的結(jié)構(gòu)。
10.大流量機油濾清器。
11.調(diào)壓閥問題。

    機油濾清器位于內(nèi)燃機潤滑系統(tǒng)中。上游是機油泵。下游是主油道。隨著近代內(nèi)燃機向高速高輸出方向發(fā)展，潤滑系統(tǒng)容量擴大，油溫提高。并普遍采用機油散熱器和活塞噴油冷卻等裝置而使結(jié)構(gòu)復雜化。同時，潤滑油品質(zhì)提高，添加劑種類增多，對濾清器的過濾作用提出了新的要求。所有這些都給機油濾清器的配套技術(shù)賦予了新的內(nèi)容。

1.通過機油濾清器的流量
確定機油濾清器的配套流量有如下四個根據(jù)：
A．用戶要求的濾清器流量數(shù)據(jù)。
B．配套內(nèi)燃機的類型、功率和強化程度。
C．機油泵流量。
D．主油道流量。
從內(nèi)燃機功率計算主油道流量時所采用的經(jīng)驗公式如下：
Q=（7-1υ）L/hphr（汽油機）
Q=（10-20）L/hphr（柴油機）

輕負荷使用條件取低值。重負荷使用條件取高值。特重負荷帶中增壓的可再增大10-30%。

如果用戶提供機油泵設(shè)計流量或新機油泵實測流量，則濾清器流量可取機油泵流量值的50-60%。因為機油泵設(shè)計者已考慮到機油泵在使用過程中會逐漸磨損，流量會逐漸減少。為滿足主機的需要，他必須增大設(shè)計流量。

也有用戶向濾清器設(shè)計者提供內(nèi)燃機主油道的設(shè)計流量。在這種情況下，濾清器的流量值應(yīng)定在主油道設(shè)計流量的1.5-2.0倍。這是因為隨著內(nèi)燃機能的正常磨損，主油道流量會相應(yīng)增大以維持正常機油壓力。

至于分流濾清器的流量，可取全流濾清器流量的5～10%，或以每10分鐘左右能將主機油底殼內(nèi)全部機油過濾一遍為度。

2.內(nèi)燃機的使用條件

     內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)工況是多種多樣的。從市內(nèi)轎車到農(nóng)用貨車。從室內(nèi)發(fā)電動力到油田工程機械。使用條件差異巨大。就負荷的大小來說，有輕負荷，中等負荷，重負荷和特重負荷。就負荷作用的時間長短來講。有連續(xù)負荷和間歇負荷。這些不同工況影響到潤滑系統(tǒng)中油溫和油壓的變化，亦即濾清器的工作條件。同時也決定著過濾材質(zhì)的特性和過濾面積的大小。

    連續(xù)重負荷運轉(zhuǎn)的柴油機，代表zui荷刻的使用條件。機油濾清器不僅需耐受長時間的高溫（120～150℃），而且要經(jīng)受多到百萬次的壓力肪沖波的沖擊。所以濾清器的結(jié)構(gòu)和過濾材料應(yīng)具備足夠的機械強度。密封件和濾芯粘接劑必須能抵坑高溫機油的攻擊。

    對于變負荷的使用條件，如果江負荷運轉(zhuǎn)時間所占的比例很小，像輕型汽車。濾清器的負荷可定在按發(fā)動機zui高轉(zhuǎn)速的zui大負荷的50～60%處。這樣就不會使濾清器的尺寸過于龐大。 

    有的內(nèi)燃機雖然也是全負荷連續(xù)運轉(zhuǎn)，但環(huán)境條件較好，使用管理水平較高。像機房內(nèi)發(fā)電設(shè)備和大型船舶動力。則可采用性能較為而結(jié)構(gòu)不妨復雜一些或維護保養(yǎng)工作難度大一些的機油濾清器。或者在安裝空間允許時，也可加大過濾面積使保養(yǎng)周期延長，節(jié)約管理費用。

     還有一些使用條件特殊的內(nèi)燃機，像聯(lián)合收割機的動力。每年僅連續(xù)使用十幾天。但在這十幾天中，不允許發(fā)生停車事故。為這種機械配套的機油濾清器就要有的短期可靠性。能在收割機作業(yè)期內(nèi)堅持到底，寧可在其他性能指標上作一些犧牲。其濾芯更換的操作也應(yīng)十分簡便，幾分鐘內(nèi)解決問題。

     以上是內(nèi)燃機使用條件的幾個典型例子。濾清器配套設(shè)計者必須對主機的具體使用工況作仔細全面的考查與分析。選擇zui符合使用條件的結(jié)構(gòu)。排隊出濾清器各項性能在所面臨的特況濾清器能夠適應(yīng)無論何種使用條件。即使想方設(shè)法做出來，或是價格驚人昂貴，或是結(jié)構(gòu)異常復雜，或是體積重量過大過重，難以被用戶接受。

3.潤滑油的品質(zhì)

     多年來的經(jīng)驗證明，不考慮內(nèi)燃機潤滑油的品質(zhì)，即使是很優(yōu)良的機油濾清器也會在使用失敗。誠然，高品質(zhì)潤滑油已在一部分內(nèi)燃機上獲得應(yīng)用。像API的SD、SE、SFCC、CD級潤滑油，用戶已不陌生。這些油品具有良好的抗氧化安定性和縣浮擴散性。微孔濾紙濾芯在這類油中的使用效果很好，但也應(yīng)看到在農(nóng)村和邊遠地區(qū)仍有不少用戶使用品質(zhì)不高甚至低劣的油料。油中雜質(zhì)多，抗氧化能力差，無清洗作用，容易在使用過程中產(chǎn)生成團膠性物和瀝青質(zhì)，導致濾芯堵塞。縮短濾清器使用或保養(yǎng)壽命，對微孔濾紙做的濾芯尤為不利。針對這種情況，濾清器設(shè)計者就要采取一些措施：或在紙濾芯之前增加一個金屬網(wǎng)預濾芯，或采用復合材料的濾芯，或在潤滑系統(tǒng)中并聯(lián)一個離心式濾清器。

    但應(yīng)當向用戶指出，采用上述措施后的濾清系統(tǒng)，要增大保養(yǎng)和務(wù)件費用。如果詳細分析采用不同等級潤滑油的全面技術(shù)經(jīng)濟效果，其結(jié)論必定是有利于高品質(zhì)潤滑油。

4.內(nèi)燃機操作者的技術(shù)水平

    機油濾清器是一種需經(jīng)常維護或更換的部件，周期約為5,000～10,000公里，或150～250小時。因此內(nèi)燃機使用管理的技術(shù)水平會影響到選擇何種結(jié)構(gòu)濾清器的決策。下面以三種濾清器的使用保養(yǎng)方法來說明這個問題。

    旋裝式濾清器的更換zui為簡便。用手或工具擰下一個舊的再用手擰上一個新的便告完成。沒有其他需拆裝的零件。即使是對機油濾清器結(jié)構(gòu)很不熟悉的人也能做好這項更換工作。這是旋裝濾清器得能迅速推廣的優(yōu)點之一。不過使用旋裝濾清器的一個前提是濾清器備件應(yīng)充分并可隨時隨地購到。

     與旋裝濾清器成鮮明對比是離心式濾清器。它的過濾效果*，沒有需要更換的零部件，幾乎可以同發(fā)動機等壽命。但它有一個高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子（5,000～8,000r/min）。有精加工后重新裝配。這樣的工作必須要具備相當高的技術(shù)水平才能做好，否則離心式濾清器的*性會全部或部份地喪失。

介乎上述兩種結(jié)構(gòu)之間的是可換濾芯濾清器。因為需要更換濾芯部件，因此濾芯的供應(yīng)必須有保證。同時，保養(yǎng)更換濾芯時還需拆裝和更換一些零件。因而要求使用人員對濾清器的結(jié)構(gòu)和其中零部件的作用要有一定程度的了解。不然一個密封圈或一個彈簧或一個小托盤的錯裝或漏裝就會使濾清器失效。

     濾清器結(jié)構(gòu)型式繁多。使用者水平差異很大。設(shè)計者和制造者認為是完善優(yōu)良的濾清器并不都能在實際使用中得到用戶的贊賞。其中原因之一便是使用者水平與濾清器的使用要求不相適應(yīng)。

5.機油濾清器在內(nèi)燃機上的安裝位置

     濾清器設(shè)計者需了解濾清器在主機睥安裝位置，以便在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上作相應(yīng)處理。濾清器的安裝方式大致有正放、橫置和倒立三種。離心式濾清器必須正立安裝，轉(zhuǎn)子軸中心線與鉛垂線之間的夾角不能大于20℃。其他形式濾清器沒有這個限制。倒立安裝的濾清器應(yīng)裝有單向閥或止回閥，以防止發(fā)動機停車后潤滑油從濾清器中排空。一旦排空，發(fā)動機再次起動時將發(fā)生短時間缺油現(xiàn)象。輕則加大發(fā)動機的磨損程度，重則會使主機卡死。

     濾清器設(shè)計者還應(yīng)了解安裝位置周圍有無其它部件和附件或是否相干涉。所以濾清器總成圖上應(yīng)示出濾清器在更換或保養(yǎng)時所需要的空間尺寸，以便主機設(shè)計人員作出適當布置。濾清器在保養(yǎng)時，不可避免地會有油液下滴。因此濾清器應(yīng)避免安裝在電機電器和橡塑制件的上方。離心式和倒立安裝的其他型式濾清器在拆卸或保養(yǎng)時需向上取走殼體及零件，因此要避開主機排氣管道以防燙傷事故發(fā)生。

6.機油濾清器同機油散熱器的聯(lián)接 

      近代高速內(nèi)燃機愈來愈多地采用機油散熱器來控制潤滑油溫度。于是就有濾清器和散熱器的聯(lián)接方式問題。方式之一是把濾清器安裝在散熱器之前。好處是讓過濾后的潔凈油進散熱器，散熱元件的通道不會被油中雜質(zhì)堵塞。另有一個好處是當主機正常運轉(zhuǎn)時讓溫度高一些的油先通過濾清器，由于油溫高粘度小過濾作用可以更好些。方式之二是把濾清器放在水冷式散熱器之后。優(yōu)點冷車起動時散熱器可以進熱水（當冷卻系統(tǒng)被灌入熱水時）。油溫升高，機油易于通過濾清器。

     綜合上述分析，全流機油濾清器應(yīng)聯(lián)接在散熱器之后。濾清器內(nèi)油溫能夠得到控制，過濾作用較為穩(wěn)定。分流式濾清器則安裝在散熱器之前較宜。起動時即使無油通過濾清器亦無大礙。而在發(fā)云動機正常工作時濕度較高的油先通過分流濾清器可使它的過濾性能發(fā)揮得更好。對于離心式濾清器更是如此。油溫高則轉(zhuǎn)速上升，分離效果*。

7.旁通閥開啟壓力的確定

     全流機油濾清器必須設(shè)有旁通閥（安全閥）。使?jié)櫥到y(tǒng)中的油流在濾芯堵塞時不致中斷。旁通閥開啟壓力差的大小能產(chǎn)生下述影響：

      對于濾芯使用壽命，旁通閥開啟壓力差大則濾芯的使用壽命長。對于濾芯強度，閥開啟壓力差大便要求濾芯強度相應(yīng)提高，因需承較大壓力差的作用。對于主油道油壓，旁通閥壓力差代表著機油泵出口處到主油道之間的壓力降。閥的壓力差定得高，這個壓力降也會增大。就有可能出現(xiàn)主油道油差偏低的毛病。

      因此從整個潤滑系統(tǒng)要求來講，旁通閥的開啟壓力差定得小一些為宜。帶來的*的缺點是濾清器使用壽命相對地短一些。需要多換幾個濾芯，但壓力差定得高了容易使?jié)櫥到y(tǒng)發(fā)生麻煩，例如主油道油壓過低或濾芯損壞等。

     車用濾清器的旁通閥開啟壓力差常在70～250kpa之間。輕型車取較小值，重型車可取較大值。

由于旁通閥在濾芯全堵情況下全開。所以在設(shè)計旁通閥的進出油孔和通道時應(yīng)該給予足夠大的尺寸。保證濾清器額定流量的80～100%能通暢地通過旁通閥。

8.保養(yǎng)指示器的應(yīng)用

      濾清器何時需要保養(yǎng)或更換言之，用戶如何知道旁通閥即將開啟或已經(jīng)開啟。這是長期以來用戶很關(guān)心的問題。保養(yǎng)指示器就是這個需要而問世的。它是一種壓力差值傳感器加上信號顯示裝置。在大型柴油機上已有應(yīng)用的。不過應(yīng)該看到當主機冷車起動時，由于油的粘度大，濾芯內(nèi)外壓力差也大。要求指示器區(qū)別冷熱車的情況就將使結(jié)構(gòu)復雜成本增加并難以在中小功率內(nèi)燃機上推廣應(yīng)用。所以至今尚未有保養(yǎng)指未器商品應(yīng)市。隨著電子技術(shù)逐步介入內(nèi)燃機控制系統(tǒng)，車用濾清器裝用保養(yǎng)指未器的現(xiàn)實可能性必將增大。作為濾清器設(shè)計者應(yīng)注意這方面的發(fā)展。

9.復合式機油濾清器的結(jié)構(gòu)

     復合式機油濾清器是指在發(fā)動機潤滑系統(tǒng)中既有全流濾清器，又有分流濾清器的過濾機制。在結(jié)構(gòu)上有四種形式：

可換式濾芯的全流濾清器和分流濾清器共同安裝在一個公共底座上。

全流和分流濾清器總成分別獨立安裝在主機的不同部位，比公共底座的形式多一點靈活性。可以根據(jù)主機的使用條件同時裝用兩個濾清器或只裝其中任何一個。

全流和分流的可換濾芯共同完善一個總成殼體內(nèi)。進油孔是共同的。出油孔各有一個，分流出油孔內(nèi)有限流孔板控制流量。

全流和分流濾芯共同在一個旋裝式外殼內(nèi)。結(jié)構(gòu)雖然復雜，但因為是整體更換總成，對用戶來說并不增加麻煩。

      采用復合式濾清可提高過濾細度使過濾作用更為完善，全流濾清器具有保證供油和濾除雜質(zhì)的雙重功能。而且保證供油是*位的。發(fā)動機潤滑系統(tǒng)寧可讓油暫時臟一些而決不能缺油或少油。因此只裝一個全流濾清器就不能保證發(fā)動機有高度清凈的潤滑油。分流濾清器的過濾細度可以達到2～5μm，它沒有旁通閥。盡管其流量只有全流濾清器流量的5～10%，但仍可以在10～15分鐘時間內(nèi)將發(fā)動機油底殼內(nèi)的全部油量過濾一遍。這就使全流濾清器進入的油比較干凈，使用壽命可以延長。而且當旁通閥開啟時流入主油道的油也是比較干凈的。 

     上述后兩種結(jié)構(gòu)中的兩個濾芯。從濾芯的整體觀念而言也可稱之謂復合濾芯。在實際品種中尚有兩種不相分離的復合濾芯。一種是在全流濾芯的“肌體”內(nèi)嵌入一塊細濾材料。如果全流濾習是紙芯，在濾紙兩端原應(yīng)接合或上夾處嵌入一塊用深度過濾材料制成的濾塊，其圓周長度約為整個濾折頂圓周的十分之一。這樣就形成一個有兩種過濾材料的單個濾芯。現(xiàn)金部分濾芯的流量比例按各自堵塞程度自行調(diào)節(jié)。

     另一種復合濾芯是由多層過濾材料組成的結(jié)構(gòu)。例如用一層濾紙、一層高透氣度的厚層纖維和幾層金屬比網(wǎng)形成過濾層。它的通過性好，阻力低，過港督精度高和強度大。克服了濾紙的深度過濾作用不足和厚層纖維的強度不夠以及金屬網(wǎng)的過濾精茺低等缺陷。使各種過港督材料的長處相互補充，發(fā)揮綜合優(yōu)勢。

     離心式濾清器從分流式結(jié)構(gòu)開始，以后出現(xiàn)了兩處復合過濾形式。一種是稱作全流離心器，即把轉(zhuǎn)子中央部位的干凈油直接進入發(fā)動機主油道，噴咀射出的油回到油底殼。另一種是在轉(zhuǎn)子下方設(shè)一旋流腔，從機油泵來的油分成兩股，一股進轉(zhuǎn)子后回油底殼，一股進旋流臟后進入主油道。

      可見利用各種過濾材料的特點和油流的多種布置形式，濾清器設(shè)計者在滿足各種用戶的多種多樣要求方面是可以大有作為的。

10.大流量機油濾清器

      機油濾清器通常安裝在內(nèi)燃機的側(cè)面。濾清器的直徑尺寸影響到整機的寬度尺寸，尤其是車用發(fā)動機。主機寬度牽涉到車輪的輪距和轉(zhuǎn)向系的布置，因而對之限制很嚴。其他用途的內(nèi)燃機若裝用尺寸過大的濾清器也會破壞整機外形的各諧。設(shè)計一具大流量濾清器時，因過濾面積加大勢必使外殼直徑增大。要縮小橫向尺寸，較好的解決辦法是采用兩個或更多個濾清器并聯(lián)排列的方式。因為大功率發(fā)動機在安裝附件的長度方向上限制不那么嚴格，可以允許濾清器作縱向排列，多個同尺寸濾清器并聯(lián)使用對于濾清器生產(chǎn)者和使用者也有利。因為可以減少濾清器的規(guī)格品種數(shù)。 

      固定式大型內(nèi)燃機用的機油濾清器常與主機分離安裝，即獨立于主機之外。濾清器的大小不受限制。但從生產(chǎn)供應(yīng)和使用管理的角度來講，采用一個大殼體內(nèi)安裝許多個同樣尺寸的小濾芯的結(jié)構(gòu)，是較佳的選擇。

11.調(diào)壓閥問題

       調(diào)壓閥不是濾清器中的部件，它是主機潤滑系統(tǒng)中為調(diào)節(jié)主油道油壓而設(shè)置的一種泄壓裝置。調(diào)壓閥通常設(shè)置在機油泵出口處。但也有安裝在濾清器濾座上的。因而濾清器設(shè)計者有時也得考慮調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)。需特別注意的是閥的泄油通道必須有足夠大的尺寸。使油流當閥開啟時能夠暢通無阻。過高的油壓能瞬時下降。使用中已發(fā)生過不少事例，由于調(diào)壓閥泄油通道過小而使濾清器總成變形漏油或濾芯被壓扁。紙濾芯承受壓力差的能力不過0.6～0.7Mpa.而主機冷車起動時機油泵的出口壓力可高達1Mpa或更大。所以一旦調(diào)壓閥失靈或泄油不暢，濾清器就會受到嚴重損傷。