Chức năng chính của một lọc dầu là để liên tục loại bỏ các chất gây ô nhiễm có hại khỏi dầu động cơ khi nó lưu thông qua hệ thống bôi trơn — giữ lại bụi, hạt kim loại, cặn carbon, bồ hóng và các mảnh vụn khác trước khi chúng có thể tiếp cận các bộ phận quan trọng của động cơ. Bằng cách giữ cho dầu sạch, bộ lọc sẽ ngăn chặn sự mài mòn trên ổ trục, pít-tông và thành xi-lanh; giảm sự ăn mòn và tích tụ bùn; và đảm bảo rằng các bộ phận động cơ chuyển động nhận được chất bôi trơn ổn định, chất lượng cao trong mọi điều kiện vận hành. Nếu không có bộ lọc dầu hoạt động, ngay cả dầu mới cũng trở thành vật mang các hạt gây hại trong một thời gian ngắn hoạt động.
Tại sao dầu động cơ bị nhiễm bẩn trong quá trình vận hành bình thường
Hiểu được tác dụng bảo vệ của bộ lọc dầu giúp giải thích tại sao nó lại cần thiết. Dầu động cơ không chỉ đơn giản là giữ sạch khi nó lưu thông - nó còn loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ nhiều nguồn trong mỗi chu kỳ vận hành.
- Các hạt mài mòn kim loại: Mỗi khi hai bề mặt kim loại di chuyển với nhau - vòng piston áp vào thành xi lanh, ổ trục tiếp xúc với bề mặt trục khuỷu - các mảnh kim loại cực nhỏ sẽ bị mài mòn. Những hạt này lơ lửng trong dầu và nếu không được loại bỏ sẽ hoạt động như chất mài mòn làm tăng tốc độ mài mòn theo cấp số nhân.
- Sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy: Quá trình đốt cháy không hoàn toàn tạo ra bồ hóng và các hạt carbon thổi qua các vòng piston vào cacte - một quá trình được gọi là thổi bay. Các hạt cacbon này được đưa vào dầu và góp phần hình thành bùn nếu không được lọc ra.
- Bụi bẩn bên ngoài: Các hạt trong không khí xâm nhập vào động cơ thông qua cửa hút gió và đi qua các vòng đệm không hoàn hảo. Ngay cả khi có bộ lọc không khí, các hạt bụi mịn vẫn bám vào dầu theo thời gian
- Sản phẩm oxy hóa và phân hủy: Dầu động cơ tự phân hủy về mặt hóa học ở nhiệt độ cao, tạo thành các hợp chất axit, vecni và các sản phẩm oxy hóa không hòa tan làm ô nhiễm môi trường bôi trơn nếu không được lọc.
- Ô nhiễm chất làm mát và nhiên liệu: Sự pha loãng nhỏ chất làm mát hoặc nhiên liệu của dầu - do phớt bị mòn hoặc quá trình đốt cháy không hoàn toàn - đưa nước và nhiên liệu chưa cháy hết vào làm giảm độ nhớt của dầu và thúc đẩy sự phát triển và ăn mòn của vi khuẩn
Nghiên cứu của các nhà sản xuất động cơ đã chỉ ra rằng các hạt trong phạm vi kích thước 10 đến 40 micromet là những thứ gây hại nhiều nhất cho ổ trục động cơ và các bộ phận truyền động van - chính xác là phạm vi kích thước mà vật liệu lọc dầu được thiết kế để thu giữ hiệu quả nhất.
Năm chức năng cốt lõi của bộ lọc dầu
Loại bỏ chất gây ô nhiễm và bảo vệ động cơ
Phần tử lọc - thường là cellulose xếp nếp, sợi tổng hợp hoặc kết hợp cả hai - bẫy các hạt vật lý khi dầu bị ép qua nó dưới áp suất từ bơm dầu. Chất lượng toàn diện lọc dầus bắt các hạt xuống 25–40 micromet trong cấu hình tiêu chuẩn, trong khi các bộ lọc phương tiện tổng hợp hiệu suất cao thu được các hạt nhỏ như 15–20 micromet với hiệu quả cao. Mọi chất gây ô nhiễm bị mắc kẹt trong vật liệu lọc là một hạt sẽ không đạt được độ hở được gia công chính xác của ổ trục trục khuỷu (thường là 0,025–0,075mm ) nơi nó có thể gây ra hư hỏng mài mòn trực tiếp.
Duy trì độ nhớt và chất lượng bôi trơn của dầu
Các hạt lơ lửng làm thay đổi đặc tính lưu biến của dầu động cơ — tăng độ nhớt hiệu quả theo những cách khó dự đoán và khó có thể điều chỉnh bằng các chất điều chỉnh độ nhớt. Bằng cách liên tục loại bỏ các hạt này, bộ lọc dầu giúp dầu duy trì cấp độ nhớt và đặc tính dòng chảy được thiết kế trong suốt thời gian sử dụng. Độ nhớt nhất quán có nghĩa là độ dày màng dầu nhất quán trên bề mặt ổ trục - cơ chế cơ bản giúp dầu ngăn chặn sự tiếp xúc giữa kim loại với kim loại.
Giảm tỷ lệ mài mòn động cơ
Mối quan hệ giữa độ sạch của dầu và tốc độ mài mòn của động cơ đã được ghi chép rõ ràng. Các nghiên cứu về ma sát học (khoa học về ma sát, bôi trơn và mài mòn) luôn chứng minh rằng giảm 50% nồng độ hạt trong dầu bôi trơn có thể giảm tỷ lệ mài mòn vòng bi từ 30–50% . Bộ lọc dầu là cơ chế chính để duy trì nồng độ hạt dưới ngưỡng xảy ra mài mòn nhanh. Động cơ hoạt động với bộ lọc bị hỏng hoặc không có bộ lọc cho thấy tỷ lệ mòn ổ trục, vòng piston và thành xi-lanh cao hơn đáng kể trên mọi số liệu đo được.
Ngăn chặn sự hình thành bùn và tích tụ cặn
Bùn động cơ - một lớp cặn dày, giống như nhựa đường tích tụ trong các đường dẫn dầu, đường dẫn dầu và trên các bề mặt bên trong - được hình thành khi các sản phẩm oxy hóa dầu, sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy và nước kết hợp ở nhiệt độ cao. Một khi cặn bùn hạn chế dòng chảy của dầu trong các đường dẫn và phòng trưng bày nhỏ, các bộ phận quan trọng như bộ truyền động điều khiển van biến thiên, vòi phun dầu và vòng bi tăng áp sẽ bị thiếu dầu bôi trơn. Bộ lọc dầu loại bỏ các tiền chất không hòa tan tạo thành bùn trước khi chúng có thể tích tụ, làm chậm đáng kể tốc độ lắng đọng bùn và giữ cho đường dẫn dầu thông suốt.
Hỗ trợ hiệu suất động cơ ổn định và tiết kiệm nhiên liệu
Động cơ chạy bằng dầu sạch, được bôi trơn đúng cách sẽ hoạt động với ma sát bên trong thấp hơn động cơ chạy bằng dầu bị ô nhiễm. Ma sát thấp hơn có nghĩa là lãng phí ít năng lượng hơn để vượt qua lực cản cơ học - trực tiếp mang lại hiệu quả sử dụng nhiên liệu tốt hơn và công suất đầu ra ổn định hơn. Thử nghiệm của nhà sản xuất động cơ đã chứng minh rằng việc duy trì độ sạch của dầu trong phạm vi thông số kỹ thuật có thể góp phần cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu của động cơ. 1–3% so với việc chạy cùng một động cơ với dầu đã bị xuống cấp, bị ô nhiễm.
Cách thức hoạt động của bộ lọc dầu: Các bộ phận và cơ chế bên trong
Một spin-on hiện đại lọc dầu chứa một số thành phần ngoài chính phương tiện lọc, mỗi thành phần phục vụ một chức năng bảo vệ cụ thể.
| thành phần | chức năng | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|---|
| Phương tiện lọc (phần tử xếp nếp) | Bẫy các hạt khi dầu đi qua | Chức năng lọc sơ cấp - hiệu quả thu giữ hạt quyết định mức độ bảo vệ |
| Van chống trào ngược | Ngăn chặn dầu chảy ngược từ bộ lọc khi động cơ tắt | Đảm bảo áp suất dầu tăng ngay khi khởi động - ngăn vòng bi chạy khô khi khởi động nguội |
| Van bypass (cứu trợ) | Mở khi bộ lọc bị tắc hoặc dầu rất lạnh và đặc | Cho phép dầu chưa lọc đi qua bộ phận thay vì làm động cơ thiếu dầu bôi trơn hoàn toàn |
| Ống trung tâm | Hỗ trợ cấu trúc cho phương tiện lọc; kênh thoát dầu | Duy trì hình dạng phương tiện dưới áp lực; dẫn dầu đã lọc trở lại động cơ |
| Con dấu / miếng đệm bên ngoài | Tạo gioăng kín dầu giữa bộ lọc và lốc máy | Ngăn chặn rò rỉ dầu dưới áp suất vận hành; phải được thay thế mỗi lần thay bộ lọc |
Van Bypass: Một tính năng an toàn quan trọng
Van bypass đáng được quan tâm đặc biệt vì nó thể hiện sự cân bằng quan trọng trong thiết kế. Khi phương tiện lọc bị tắc nghiêm trọng hoặc khi dầu đặc, rất lạnh được bơm khi khởi động trước khi nó nóng lên và loãng đi, độ sụt áp trên bộ lọc có thể vượt quá ngưỡng mở của van rẽ nhánh - thường là 0,6 đến 1,0 bar (9–15 psi) . Tại thời điểm này, van mở ra và cho phép dầu chảy trực tiếp vào động cơ mà không đi qua vật liệu lọc.
Điều này có nghĩa là động cơ nhận được dầu chưa được lọc thay vì không có dầu - một sự thỏa hiệp cần thiết để ngăn chặn sự cố động cơ thảm khốc do thiếu dầu. Tuy nhiên, nó nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thay bộ lọc dầu theo định kỳ khuyến nghị của nhà sản xuất: bộ lọc hoạt động ở chế độ bỏ qua không có tác dụng bảo vệ khỏi ô nhiễm.
Các loại bộ lọc dầu và sự khác biệt của chúng
Một số lọc dầu thiết kế được sử dụng trên các loại xe và ứng dụng khác nhau, mỗi loại có nguyên tắc vận hành và đặc tính hiệu suất riêng biệt.
- Bộ lọc toàn dòng (chính): Thiết kế tiêu chuẩn được sử dụng trong hầu hết các loại xe chở khách. Tất cả dầu động cơ đều đi qua bộ lọc này trên mọi mạch - nó phải cân bằng khả năng giữ bụi bẩn cao với hạn chế dòng chảy thấp để tránh các vấn đề giảm áp suất. Bộ lọc toàn dòng thu được khối lượng lớn hạt nhưng có thể cho phép các hạt dưới 20μm tốt nhất đi qua
- Bộ lọc bỏ qua: Một bộ lọc bổ sung được kết nối song song với mạch dầu chính, qua đó chỉ một phần nhỏ (thường là 10–15%) dòng dầu được dẫn qua. Bởi vì chỉ có một dòng chảy nhỏ đi qua nên các bộ lọc bỏ qua có thể sử dụng phương tiện lọc rất tốt - thu giữ các hạt nhỏ như 2–5 micromet - không tạo ra hạn chế có vấn đề trong mạch bôi trơn chính. Được sử dụng trong động cơ diesel hạng nặng và các ứng dụng kéo dài khoảng thời gian xả nước
- Bộ lọc kết hợp (toàn bộ/bỏ qua): Tích hợp cả lọc toàn dòng và lọc bỏ qua trong một vỏ duy nhất - cung cấp cả lọc hạt khối lượng lớn và lọc đánh bóng siêu mịn trong một thiết bị
- Bộ lọc hộp mực (kiểu phần tử): Một bộ phận lọc có thể thay thế được đặt trong một hộp cố định gắn vào khối động cơ. Nhà ở vẫn còn trên xe; chỉ có giấy hoặc phần tử tổng hợp được thay thế trong khoảng thời gian bảo dưỡng. Thân thiện với môi trường hơn các bộ lọc spin-on vì ít chất thải kim loại được tạo ra trong mỗi khoảng thời gian bảo trì
- Bộ lọc từ/máy dò chip: Chứa nam châm vĩnh cửu thu hút và giữ lại các hạt kim loại màu từ dầu - được sử dụng như một chất bổ sung cho phương tiện lọc trong các ứng dụng hàng không, hàng hải và hiệu suất cao trong đó việc phát hiện sớm sự mài mòn kim loại bất thường là rất quan trọng
Hậu quả của việc bộ lọc dầu bị bỏ quên hoặc hỏng hóc
Hậu quả của việc vận hành động cơ với bộ lọc dầu bị tắc, hỏng hoặc không có sẽ ngày càng tăng dần và tích lũy - bắt đầu bằng việc mài mòn nhanh và cuối cùng dẫn đến hư hỏng động cơ nghiêm trọng nếu không được giải quyết.
- Vòng bi mòn nhanh: Các hạt kim loại lưu thông trong dầu hoạt động như một hợp chất mài mòn các bề mặt chịu lực chính xác. Khe hở vòng bi tăng, áp suất dầu giảm và âm thanh "gõ" đặc trưng của vòng bi chính hoặc thanh truyền bị mòn bắt đầu - thường cho thấy hư hỏng cần phải chế tạo lại động cơ
- Độ mòn thành xi lanh và vòng piston: Các hạt mài mòn ghi vào thành xi-lanh gây ra hiện tượng thổi khí nhiều hơn, tiêu thụ dầu nhiều hơn, mất khả năng nén và giảm công suất - tất cả các triệu chứng của động cơ đã bị hư hỏng do ô nhiễm kéo dài
- Tắc nghẽn đường dẫn dầu và lối đi: Bùn và cặn tích tụ trong các đường dẫn dầu hẹp, hạn chế dòng chảy đến các ổ trục tăng áp, cổ trục cam, các bộ phận điều phối van biến thiên và các tia dầu làm mát pít-tông - các bộ phận phụ thuộc vào dòng dầu đầy đủ để tồn tại
- Lỗi turbo tăng áp: Vòng bi trục tăng áp quay với tốc độ lên tới 200.000 vòng/phút và phụ thuộc hoàn toàn vào dầu sạch, có áp suất để bôi trơn và làm mát. Dòng dầu bị ô nhiễm hoặc bị hạn chế là nguyên nhân hàng đầu khiến bộ tăng áp bị hỏng sớm - việc sửa chữa thường tốn kém gấp nhiều lần so với toàn bộ lịch sử bảo dưỡng định kỳ của xe
- Hư hỏng bộ chuyển đổi xúc tác và hệ thống phát thải: Động cơ bị mài mòn nhanh do lọc dầu kém làm tăng mức tiêu thụ dầu và hiện tượng xì hơi, đưa các hợp chất có nguồn gốc từ dầu vào dòng khí thải gây độc cho các chất xúc tác của bộ chuyển đổi xúc tác và làm hỏng cảm biến oxy.
Khoảng thời gian thay thế bộ lọc dầu: Khi nào và tại sao cần thay đổi
Một lọc dầu phải luôn được thay thế mỗi lần thay dầu - cả hai đều là những hạng mục bảo trì không thể tách rời. Việc lắp dầu mới vào động cơ có bộ lọc đã qua sử dụng sẽ ngay lập tức bắt đầu làm ô nhiễm dầu mới với các hạt bị mắc kẹt trong lớp lọc cũ và có nguy cơ khiến bộ lọc hoạt động ở chế độ bỏ qua nếu nó đã hết công suất.
Khoảng thời gian thay thế tiêu chuẩn cho hầu hết các loại xe chở khách là cứ sau 5.000 đến 10.000 km với dầu thông thường, và cứ sau 10.000 đến 15.000 km với dầu tổng hợp hoàn toàn — luôn tuân theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất xe. Xe được sử dụng trong các điều kiện bảo dưỡng khắc nghiệt — những chuyến đi ngắn, môi trường bụi bặm, kéo xe hoặc lái xe hiệu suất cao — được hưởng lợi từ khoảng thời gian sử dụng ngắn hơn vì những điều kiện này làm tăng tốc độ xuống cấp của cả dầu và bộ lọc.
Vì việc thay thế bộ lọc dầu chỉ tốn một phần nhỏ so với chi phí sửa chữa động cơ mà nó ngăn ngừa được, việc thay bộ lọc dầu thường xuyên là một trong những đầu tư bảo trì mang lại lợi nhuận cao nhất có sẵn cho bất kỳ loại xe động cơ đốt trong nào.
