فیلتر روغن و اهمیت آن در موتورهای احتراق داخلی

Submitted by admin on چ., ۰۹/۰۶/۲۰۱۷ - ۱۲:۰۵
فیلتر روغن و اهمیت آن در موتورهای احتراق داخلی

امروزه موتورهای احتراق داخلی قسمت عمده نیاز به نیرومحرکه را برای خدمات حمل ونقل در اختیار بشر قرار می دهند . این موتورها با طراحی مختلف در دو دسته اصلی دو زمانه و چهار زمانه با تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی مکانیکی نیروی لازم برای به حرکت درآوردن قسمت های متحرک را فراهم می کنند . اغلب قطعات این موتورها از جنس فلزات بوده و با فاصله های بسیار کم از همدیگر در حال کار کردن می باشند . این اجزا مانند یاتاقان ها ، بلبرینگ ها ، رینگ های پیستون ، بادامک ها و اسبک ها می بایست بر روی هم لغزیده و بدون تغییرات در ساختار و ابعاد واشکالشان به فعالیت خود ادامه دهند تا موتور از کار نیفتد .

نیروی اصطکاک بین قطعات متحرک موتور به همراه حرارت ناشی از انفجار باعث بالا رفتن دما در موتور ، انبساط قطعات و از تنظیم خارج شدن تلورانس های تنظیمی قطعات که منجر به بالا رفتن فشارو اصطکاک و در نهایت به از کار افتادگی موتور خواهد شد . مهندسین مکانیک برای جلوگیری از این کار از بدو تولد موتورهای احتراق داخلی روغنکاری را جزء لاینفک وجود این موتورها قرار داده و با این کار به طول عمر قطعات موتور و امکان کار کردن آن در طولانی مدت کمک نمودند .

به صورت واقع بینانه ، ضرورت و اهمیت روغنکاری در موتورهای احتراق داخلی ، به اندازه خون وجریان خون در بدن انسان می باشد .

روغن وروغنکاری با ایفای دو وظیفه روانکاری و خنک کاری موتور ، حیات آنرا امکان پذیر می سازند . روغن موتور مناسب دارای خواص زیادی می باشد (می توانید آنرا در مقاله روغن موتور مناسب را بشناسیم مطالعه نمایید ) که پس از گذر از قسمتهای مختلف موتور کثیف می شود . این آلودگی ها از راه های مختلف به درون موتور خودرو راه پیدا می کنند . عمده این آلودگی ها حاصل از باقی مانده های انفجار در قسمت بالای پیستون ، آلودگی های گذر کرده از فیلتر هوا و وارد شده به درون موتور ، جرم ها و کثافات باقی مانده از روغن های قبلی در موتور ، پوسیدگی ها و زنگ زدگی های موجود در مسیر روغنکاری در موتورهای کهنه و براده های فلزات حاصل از سایشهای داخلی موتور می باشد .

این ذرات در ابعاد مختلف نقش قاتل موتور را بازی خواهند کرد . چرا که هر کدام از این ذرات در فشارهای بالای کارکرد موتور می توانند مانند یک سنگ الماس کوچک بر روی سطوح در تماس با روغن و تحت فشار براده برداری کرده و خراش های ریز بوجود آورند . در اثر مرور زمان این خراش های ریز بزرگ شده و آثار مخرب خود را در موتور آشکار خواهند نمود . به طور مثال در صورتیکه روغن موتور حاوی اینگونه ذرات به زیر یاتاقان میل لنگ برسد و در آن نقطه تحت فشار ناشی از انفجار بین یاتاقان ها بلغزد با ایجاد خراش در زیر یاتاقان سطح صاف بین یاتاقان ها را به مرور از بین برده و محلی برای فرار نوار مولکولی بسیار نازک روغن یا همان فیلم روغن زیر یاتاقان بوجود آمده و فیلم روغن در آن قسمت پاره خواهد شد . فیلم روغن در این ناحیه وظیفه سنگین لغزاندن دو سطح یاتاقانها را بر روی هم برعهده دارد ، با پاره شدن این لایه نازک در اثر فشار مولکولهای روغن از زیر یاتاقان اصطلاحا" فرار خواهند کرد و نتیجه آن لغزش دو سطح فلزی بسیار سخت بر روی هم خواهد بود که باعث بالا رفتن وحشتناک دما در آن نقطه خواهد شد . با بالا رفتن دما در آن محل تغییر شکل بسیار جزئی حاصل و بار دیگر خراش بزرگتر و فیلم روغن راحتتر پاره خواهد شد و مجددا" در اثر اصطکاک بالا حرارت بالاتر خواهد رفت ، تا جاییکه یاتاقان ها سرخ و تغییر شکل بزرگ اتفاق افتاده و یاتاقان ها به هم چسبیده و اصطلاحا" موتور یاتاقان می زند . بله همان ذره کوچک با موتور شما چنین کرد . اتفاق مشابه در هر قسمت لغزنده موتور می تواند بیفتد .

ذرات آلاینده موتور می توانند در ابعاد بسیار بزرگ تا بسیار کوچک باشند . قطعات بزرگ عمدتا" در اثر خرابی موتور و یا کنده شدن قسمت بزرگی از رسوبات داخل موتور مثل رسوبات پشت سوپاپ ، رسوبات درون کارتل به سیستم روغنکاری وارد می شوند که عمدتا" در موتور سالم اتفاق نمی افتد ولی آنچه که موتورهای سالم راتخریب می نماید ذراتی به ابعاد ۵ تا ۵۰ میکرون می باشند .

تعاریف مربوط به فیلتر روغن :

ظرفیت فیلتر : مقدار آلاینده هایی که یک فیلتر می تواند در خود نگه دارد بدون آنکه آنرا مجددا" به جریان روغن پس دهد ظرفیت فیلتر روغن گفته شده و معمولا" با واحد گرم بیان می گردد .

راندمان فیلتر : به درصدی از آلاینده های روغن که درون فیلتر به دام می افتند ، راندمان فیلتر اطلاق می گردد .

راندمان یک راهه : به راندمانی از فیلتر که تنها با یک بار عبور روغن آلوده از آن بدست می آید اطلاق می گردد .

دبی گذری از فیلتر : مقدار روغنی که می تواند بدون استفاده از سوپاپ اطمینان فیلتر با گذر از صافی فیلتر ، به صورت پالایش شده از فیلتر عبور کند .

انواع مواد بکار رفته در ساخت فیلتر و مزایای آنها :

اکثر فیلترهای ارزان قیمت از جنس کاغذ و مقوا ساخته شده اند . فیلترهای کاغذی معمولا" قابلیت جذب ذراتی به بزرگی ۴۰ میکرون به بالا را دارند . در عکس زیر نمای ۵۰ برابر بزرگ نمایی شده یک فیلتر کاغذی را می بینید ، اگر یک ذره ۳۰ میکرونی را در این ابعاد رویت نمایید در حدود یک o می باشد .

عکس مقاله

فیلترهای پیشرفته و مرغوب تر از ترکیب الیاف کاغذ و سلولز و یا الیاف کاغذ و سلولز و فایبر گلاس ساخته می شوند . این فیلترها قابلیت جذب ذراتی به کوچکی ۵ تا ۱۰ میکرون رانیز دارند . این فیلتر معمولا" دا رای سطح تماس بیشتری هستند که باعث می شود ظرفیت فیلتر بالا برود .

در یک موتور احتراق داخلی پیشرفته مانند آنچه در موتورسیکلت های جدید و یا ماشین های جدید بکار می رود ، اکثر تلورانس های لقی ها ۰۰۱/۰ اینچ یا ۲۵ میکرون در نظر گرفته می شود . پس در جاییکه فیلم روغن تشکیل شده در بین قطعات متحرک موتور ۲۵ میکرون ضخامت دارد ، یک آلودگی ۲۵ میکرونی می تواند در صورت قرار گرفتن در بین این فاصله بر روی هر دو سطح خراش ایجاد نماید که به هیچ عنوان مطلوب نمی باشد . بعضی از متخصصین می گویند حتی ذرات ۱ تا ۵ میکرونی هم می توانند برای موتور مشکل ساز شوند ولی آنها چندان چشمگیر و موثر نخواهند بود .

همانطور که پیداست فیلترهای کاغذی عادی نمی توانند جلوی ذرات کوچکتر از ۴۰ میکرون را بگیرند ، لذا استفاده از فیلترهای سینتتیک که از الیاف کاغذ و سلولز و فایبرگلاس ساخته شده به کمک موتورهای احتراق داخلی آمده اند . عکس زیر یک بزرگنمایی ۵۰ برابر از یک نمونه از این فیلترها می باشد . با این حال یک فیلتر با قابلیت جذب %۱۰۰ آلاینده ها ساخته نشده است چرا که در این صورت می بایست سوراخهای کاملا" یک دست و مساوی داشته باشند که در حال حاضر از لحاظ اقتصادی برای تولید انبوه توجیه ندارد ، یا اینکه می بایست الیاف را فشرده تر ساخت که آن هم فشار معکوس زیادی بر سر راه روغن عبوری بوجود خواهد آورد . معمولا" فیلتر سازان ادعاهای گوناگونی در مورد راندمان و ظرفیت فیلترهای خود دارند ، به طور مثال می گویند که فیلترهای ما تا ۷ میکرون را در دام خود نگه می دارند ۱۵ درصد یا ۸۰ درصد ؟

در واقع به آنچه که ما نیاز داریم درصد ذرات می باشد که با عبور یکباره از فیلتر از جریان جدا می گردد ، به طور مثال یک فیلتر عادی کاغذی %۸/۹۷ ذرات ۳۰ میکرونی و %۲/۸۵ ذرات ۲۰ میکرونی را در خود نگه می دارد . در حالیکه یک فیلتر تاف گارد فرام %۸/۹۹ ذرات ۳۰ میکرونی و %۲/۹۹ ذرات ۲۰ میکرونی را در خود نگه می دارد . در واقع فیلترهای برتر با بکارگیری الیاف سلولز و فایبرگلاس به نحو چشمگیری سوراخهای بیم الیاف کاغذ را پر می نمایند .

کلیه فیلترهای مرغوب در حال حاضر برای به دام انداختن ذرات ۷ تا ۱۰ میکرونی در تلاش هستند . به همین دلیل است که شما برای یک فیلتر خوب می بایست هزینه ای تا ۳ برابر یک فیلتر کاغذی عادی پرداخت نمایید .

همچنین فیلترهای جدید بنا به دارا بودن ظرفیت بالاتر مناسب برای بکار بردن برای روغن های سینتتیک می باشند چرا که روغن های سینتتیک مدت بیشتری (در حدود ۱۵۰۰۰ کیلومتر) درون موتور می توانند روغنکاری نمایند در حالیکه فیلترهای کاغذی نهایتا" تا ۶۰۰۰ کیلومتر می توانند قبل از پر شدن کار نمایند .

انواع سیستمهای روغنکاری موتور خودروهای درون سوز

دو سیستم اصلی برای روغنکاری موتورها وجود دارد :

۱) تصفیه بخشی از جریان یا جریان فرعی By Pass or Part Flow System

در این روش بخشی از جریان روغن خروجی از پمپ (حدود %۱۰) از فیلتر روغن می گذرد . در واقع این مقدار جریان از اضافه روغنی که به کارتر روغن باز می گردد گرفته می شود و یا از راهگاه ورودی به رگلاتور فشار روغن مسیر روغنکاری گرفته می شود .در این سیستم روغن تصفیه شده به کارتر باز می گردد و مستقیما" به قسمتهای موردنیاز برای روغنکاری نمی رود . در زیر دو شکل شماتیک روغنکاری جریان فرعی را می بینید :

شکل

۲) تصفیه کامل جریان Full Flow System

در این روش کل روغن خروجی از پمپ روغن می بایست قبل از رسیدن به نقاط مورد نیاز برای روغنکاری یکبار از فیلتر بگذرند . لذا این فیلتر می بایست مقاومت کمی را بر سر راه جریان عبوری روغن بوجود آورد، همچنین باید بتواند کلیه ذرات مضر برای موتور و قطعات آن را از جریان جدا نماید . البته در ساختار فیلترهای این سیستم برای اطمینان از رسیدن روغن کافی برای روغنکاری حیاتی موتور درون فیلتر یک سوپاپ اطمینان قرار می دهند تا در صورت کیپ شدن و افت فشار روغن در خروجی فیلتر اجازه عبور روغن بدون گذر از فیلتر را فراهم نماید . معمولا" این سوپاپ در فشار بین ۸Psi تا ۱۲ Psi در مصارف عادی و ۲۲ Psi در هنگام مسابقه عمل می نمایند . تولیدکنندگان موتور بر این باورند که رسیدن روغن کثیف به موتور بهتر از نرسیدن روغن به یاتاقانها می باشد و به همین دلیل این سوپاپ اطمینان را تعبیه کرده اند . در زیر شماتیک سیستم تصفیه کامل جریان را ملاحظه فرمایید :

شکل

در خودروهای سنگین جدید با موتور دیزل از ترکیب دو سیستم فوق استفاده می کنند ، در این سیستم میزان تصفیه روغن به شکل چشمگیری بالا رفته و طول عمر فیلتر و روغن موتور بسیار بالا می رود . درزیر یک شماتیک از آنرا ملاحظه فرمایید :

Farm-Europe-oil fiter

انواع فیلترهای روغن :

۱ - فیلترهای پیچ شدنی یا : Spin on

این فیلترها در اکثر خودروها و موتورهای احتراق داخلی مورد مصرف می باشند .این نوع فیلتر با پیچ شدن بر روی قسمت تعبیه شده در موتور به سیستم روغنکاری متصل و روغن با عبور از آن تصفیه می گردد . این فیلترها مجهز به سوپاپ اطمینان و سوپاپ ضد خالی شدن می باشند .

انتخاب فیلتر درست با دبی مناسب ، سطح تصفیه مناسب موتور ، فشار سوپاپ اطمینان خوب و سوپاپ ضد تخلیه کارا برای سلامت ماندن موتور مورد استفاده ضروری می باشد . در ظاهر بسیاری از فیلترها قابل استفاده در موتورهای مختلف می باشند ولی می بایست حتما" در انتخاب فیلتر دقت گردد .

شرکت Fram مخترع فیلترهای Spin on در سال ۱۹۳۵ درایالات متحده می باشد . این نوع فیلتر با کارآیی مناسب ، سهولت تعویض و تمیز بودن نحوه کار آن بسیار مورد استفاده قرار می گیرد .

عکس یک فیلتر

۲ – فیلترهای کارتریجی Cartridge filter :

این نوع فیلتر کاملا" از لحاظ ساختاری مشابه فیلتر Spin on می باشد با این تفات که قاب روی المنت فیلتر قابل باز شدن بوده و فقط قسمت تصفیه کننده یا همان المنت با واشرهای آببندی آن تعویض می گردد . این نوع فیلتر برای پایین آوردن هزینه نگهداری خودرو و موتور آن طراحی و ساخته شده و در بسیاری از خودروهای اروپایی مورد مصرف می باشد .

شکل

سه سوپاپ حیاتی در سیستم روغنکاری موتور :

۱ . رگلاتور فشار روغن پمپ روغن Oil Pump Pressure Regulator Valve این رگلاتور معمولا" درون پمپ روغن برای تنظیم فشار درون سیستم روغنکاری تعبیه می گردد . معمولا" کمپانی ها این فشار را بین ۴۰ تا ۶۰ Psi تنظیم می نمایند . این رگلاتور که اغلب با ساختار مانند فنر و ساچمه مانند شکل زیر ، ساخته شده و فنر وظیفه تنظیم نمودن فشار ورد کردن فشار روغن اضافی را با جابجا کردن ساچمه دارد . در صورتیکه این رگلاتور به درستی عمل ننماید فشار در مسیر روغن بیش از حد بالا رفته و از نشانه های آن باد کردگی فیلتر روغن خواهد بود . این قطعه در هر دو سیستم روغنکاری جزء لاینفک به حساب می آید .

۲ . سوپاپ اطمینان By Pass Valve :

این سوپاپ درون فیلترهای روغن تعبیه می شود و برای مواقعی که روغن به میزان کافی از المنت فیلتر عبور نمی کند اجازه عبور روغن تصفیه نشده را برای جلوگیری از خشک شدن قطعات مورد روغنکاری فراهم می نماید . این حالت اغلب یا در صورت کثیف شدن بیش از حد المنت فیلتر و کیپ شدن آن بوجود می آید و یا در هنگام سرد بودن موتور و روغن در فصل سرد سال که عبور روغن به صورت بسیار غلیظ و کند از فیلتر صورت می گیرد . تولید کنندگان موتور نرسیدن روغن را بسیار خطرناکتر از رسیدن روغن تصفیه نشده برای موتور می دانند و به همین دلیل این سوپاپ را در فیلتر قرار داده اند .

۳ . سوپاپ ضد تخلیه روغن Anti Drain Valve

این سوپاپ نقش بسیار و ظریف و حیاتی در بعضی موتورها بازی می کند . این سوپاپ به دو مقصود طراحی و تعبیه گشته است . در بعضی از موتورها نحوه قرارگیری فیلتر طوری می باشد که قسمت رزوه دار رو به پایین و یا بالاتر از سطح کارتل بوده و با زاویه ای که فیلتر قرار می گیرد بعد از خاموش نمودن موتور، روغن وارد فیلتر شده می تواند از راه ورودی به درون کارتل برگشته و فیلتر از روغن خالی گردد . این موضوع دو ضرر را برای موتور ایجاد می کند :

۱ ) پس از خالی شدن فیلتر ، برای استارت مجدد چندین ثانیه زمان می برد تا فیلتر مجددا" پر و سپس روغن از آن خارج و به قسمتهای مورد نیازبرسد ، همین زمان کوتاه می تواند برای موتور بسیار خطرناک باشد . ۲ ) روغن وارد شده به محفظه فیلتر قبل از تصفیه شدن با سطح کثیف فیلتر در تماس می باشد و چنانچه این روغن به درون کارتل بازگردد ، ممکن است مقداری از آن آلودگیها را به خود سیستم روغنکاری بازگردانده و موجب رسوب آن در موتور می گردد .

به همین منظور نوعی سوپاپ از جنس سیلیکون با آب بندی مناسب طراحی و درون فیلتر همانند شکل زیر قرار داده شده است تا از امکان برگشت روغن به داخل کارتل و خالی شدن فیلتر از روغن جلوگیری کرده و به طول عمر قطعات موتور بیفزاید .


 

خرابی های سیستم روغنکاری موتور و علائم آن :

روشن شدن چراغ روغن : چراغ روغن درون پنل خودرو معمولا" در اثر افت فشار جریان روغن روشن می شود . تشخیص یک سوئیچ حساس به فشار بنا به یک عدد تنظیمی فشار (که معمولا" در حدود ۵ Psi می باشد) یک مدار الکتریکی ر بازو بسته می نماید . شماتیک شکل زیر یک مدار چراغ روغن را نمایش می دهد .

وقتیکه سوئیچ خودرو را باز می نمایید چراغ روغن روشن می شود ، بعد از استارت زدن پس از یک یا دو ثانیه با بالا رفتن فشار روغن دیافراگم درون سوئیچ فشار روغن باز شده و برق بدنه چراغ روغن قطع می گردد .در صورت روشن ماندن چراغ روغن می بایست موتور خودرو سریعا" خاموش و علت بررسی گردد . از عوامل روشن ماندن چراغ روغن می توان :

۱) خرابی خود سوئیچ فشار روغن

۲) سیم کشی خراب شده بین سوئیچ و چراغ و اتصال بدنه آن

۳) افت فشار پمپ روغن در اثر خرابی چرخ دنده ها یا گرفتگی ساکشن درون کارتل

۴) خرابی رگلاتور فشار روغن و باز ماندن آن

در بعضی از موتورها وضعیت قرارگیری فیلتر روغن به نحوی است که پس از خاموش نمودن موتور روغن به درون بازگشته و در هنگام استارت زدن حدود ۵ ثانیه طول می کشد که فیلتر پر و فشار در مسیر روغن برقرار و چراغ خاموش گردد . در این نوع موتورها می بایست حتما" از فیلترهای مجهز به سوپاپ ضد تخلیه روغن استفاده نمود . در غیر این صورت به مرور زمان موتور آسیب جدی خواهد دید .

شماتیکی از این نوع موتور

بادکردن فیلتر over pressurized filter : علت این پدیده از کار افتادن رگلاتور فشار روغن ویا کار کردن بسیار آرام آن می باشد .عمدتا" این ایراد با باد کردن یا ترکیدن فیلتر روغن اتفاق می افتد و همه به اشتباه به فیلتر شک می کنند . مخصوصا" اینکه چنانچه فیلتر بترکد رگلاتور بسته احتمالا" با شوک وارده باز شده و از خود نشانی به جا نمی گذارد . رگلاتور معمولا" فشاری بین ۴۰ تا ۶۰ Psi را تنظیم می نماید و چنانچه فشار روغن ۱۰۰Psi از مقدار کارکرد نرمال بالاتر برود سوپاپ اطمینان فیلتر نمی تواند فشار اضافه راتحمل و بدنه فیلتر شروع به باد کردن و در نهایت به ترکیدن آن منجر خواهد گشت .

برای جلوگیری از این نقیصه تعویض به هنگام روغن و استفاده از فیلتر روغن مناسب در موتور برای جلوگیری از رسوب گرفتگی اجزای سیستم روغنکاری پیشنهاد می شود .

همچنین استفاده از روغن موتور با ویسکوزیته مناسب ، اجازه گرم شدن موتور در روزهای سرد سال در هنگام سرد بودن روغن از عوامل تاثیرگذار به حساب می آید .

له شدن المنت داخل فیلتر Collapsed Center tube : در این حالت فیلتر از داخل و درون له می شود ، مانند آنچه در عکس می بینید .

علت این اتفاق خرابی سوپاپ اطمینان به همراه فشار زیادی روغن می باشد که به یکی از دلایل زیر اتفاق می افتد :

. ویسکوزیته بیش از حد روغن که در اثر سرما یا مشخصه خود روغن بوده

. روغن کثیف که باعث کیپ شدن فیلتر گردیده و عملکرد سوپاپ اطمینان را دچار مشکل کرده است

. تعویض دیر هنگام روغن و فیلتر وکثیف شدن رگلاتور و سوپاپ اطمینان

. کربن موجود در روغن باعث چسبندگی آنی سوپاپ اطمینان و رگلاتور گردد

. شتابگیری ناگهانی در هنگامی که یکی از شرایط بالا برقرار باشد


 

همانطور که واضح است روغنکاری موتور خودرو نقش بسیار حیاتی در طول عمر و امکان کار کردن آنرا دارد ، در این میان روغن موتور و فیلتر روغن مناسب و تعویض به هنگام آنها کلید نگهداری بهینه این سیستم می باشد . فیلتر روغن علیرغم قیمت پایین عمدتا" زیاد جدی گرفته نشده و این احمال کاری توسط مصرف کننده در طول مدت هزینه های جندین برابر هزینه تعویض و تهیه فیلتر مناسب را بر گردن می اندازد .