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弗列加机油滤清器的作用、工作原理及分类 |
摘要：机油滤清器又称机油格。用于去除机油中的灰尘、金属颗粒、碳沉淀物和煤烟颗粒等杂质，保护发动机。机油滤清器对滤纸的要求比空气滤清器更高，主要因为机油的温度变化从0到300度不等，在剧烈的温度骤变下，机油的浓度也发生相应改变，这会影响到机油的过滤流量。优质机油滤清器的滤纸要能够在剧烈的温度变化下，过滤杂质，同时又保证足够流量。
一、机油滤清器的作用和原理
1、作用
机油滤清器设立的目的就是滤去机油中各种有害杂质，防止零件配合表面的磨损，以洁净的机油供给曲轴、连杆、凸轮轴、摇臂，气门、气门导管、增压器、活塞环等运动副，起到润滑、冷却、清洗作用，从而延长这些零部件的寿命，减少摩擦阻力，提高发动机功率，降低噪音，降低油耗，推迟发动机大修周期，延长发动机使用寿命。
机油滤清器位于发动机润滑系统中。它的上游是机油泵，下游是发动机中需要润滑的各零部件。其工作过程如图1所示
2、工作原理
工作原理图如图2所示。携带着有害杂质的机油经进油口进入滤清器内，大于纸滤芯纤维孔的杂质被经纸滤芯拦截过滤出来，并沉积在纸滤芯外表面上；相等于纸滤芯微孔的杂质在机油压力的作用下被镶嵌在纸滤芯纤维孔中；小于纸滤纤维孔的杂质随机油穿过纸滤芯，流经强磁滤芯时，其中对发动机危害最大的铁磁性杂质，无论大小均能被强磁滤芯所吸附住。
当发动机冷启动机油粘度大，纸滤芯被粘死或纸滤芯被堵塞时，经旁通阀循环回发动机的机油中的铁磁性杂质，及被机油经旁通冲入滤清器原有已被纸滤芯过滤出来的大颗粒杂质中的铁磁性杂质，流经强磁滤芯时均能被强磁滤芯所吸附住，从而避免了铁磁性杂质再次循环回发动机给发动机在成不间断的磨损。
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图1 机油滤清器工作过程 |
图2 机油滤清器工作原理图 |
二、机油滤清器的分类
1、微孔滤纸式机油滤清器
用某种树脂浸渍过的特殊滤纸，经热固化处理后挺度和强度都大大提高，能经受一定压力的作用。由于纯粹的纸滤芯在使用过程中容易被油压挤压收缩，缩短使用寿命。为了克服这一缺点，在滤芯内壁加衬网或衬骨架，而且在滤纸表面轧出波形瓦楞，极大提高滤芯使用寿命。现在的滤清器滤芯一般是一次性的，堵塞后更换新的芯子。纸滤芯通常按装在主油道中作全流过滤，但也可以按装在并联于主油道的分流支路上作分流过滤。
2、锯末滤芯式机油滤清器
锯末滤芯又叫木屑滤芯，用红白松木板锯末作原料，经筛网分选，拌以纸浆模压成形，烘干脱水，锯末滤芯的原料品种单一，工艺操作简单，过滤细度好，这是它的优点。但是，由于滤芯结构密实，阻力较大，一次使用寿命较短，只能用于分流过滤。
3、塑料滤芯式机油滤清器
采用一定粘度耐热耐腐蚀的工程塑料，经模压烧结成为多孔性具有深度过滤作用的滤芯。这种滤芯可以按一定堆积保养后继续使用，
4、金属网滤芯式机油滤清器
外形如图3所示。用每英寸100~200目的磷铜丝网或黄铜丝网作滤芯材料，滤芯形状有圆筒形和叠片形。金属网滤芯流量大，阻力小，作用可靠，易于清洗，常用作全流过滤。过滤细度视网孔规格而定。近年来由于化学工业的发展，现在已有用尼龙材料作支承滤网的骨架，用尼龙布代替金属网，这样的结构，节省了有色金属，有利于生产发展。
5、绕线式机油滤清器
用钢带或黄铜带轧成，表面上每隔一定距离有一凸起的形状，凸起的高度004~009毫米，把这种金属带绕在一个表面有沟槽的波纹筒上，上一条带的底面和下一条带的凸起面相接触，形成了许多间隙，这就是绕线缝隙式滤芯。
6、刮片式机油滤清器
外形如图4所示。用薄钢带冲制成三种形状的钢片、滤片、间隔片、刮片。滤片的厚度为0.1~0.2毫米，间隔片和刮片的厚度为0.06~0.08毫米。由若干片滤片和间隔片交替叠放，组成滤芯。刮片固定在另一支柱上，每一刮片插在两个滤片之间，转动滤芯时，附着于滤芯边缘的污垢就被刮片刮掉，沉降在滤清器壳体底部，可通过排污螺塞放走，滤芯的转动，可以手动、足动，也可以机械传动。
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图3 金属网滤芯式机油滤清器外形图 |
图4 刮片式机油滤清器剖面图 |
7、离心式机油滤清器
外形尺寸如图5所示。利用润滑系统本身的压力能力，由通过喷油器的油产生一个反作用力矩，驱动转子转动，转子内的油在离心力作用下，分离出固态杂质，积聚在转子内壁上，转子中心部份的油变得清洁，从喷喷油器流回油底壳。这便是离心式滤清器的作用原理，若将转子中心部分的油直接引入主油道，就成为全流离心式滤清器，而把前述的结构称为分流离心式滤清器。
8、旋转式机油滤清器
在康明斯柴油发电机组应用上，绝大部分属于旋转式机油滤清器，并且润滑系统中装用几个不同滤清能力的滤清器——集滤器和细滤器，分别和主油道并联和串联。故滤清器可分为全流式和分流式，外观尺寸如图6所示。
（1）全流式机油滤清器
全流式滤清器即粗滤器是和主油道串联在一起的，因而发动机全部机油都通过它。它能滤去机油中粒度较大（直径为0.1mm以上）的杂质，滤芯为纸质。为了防止因粗滤器堵塞而断油，在粗滤器的头部装有旁通阀，一旦粗滤器旁通阀堵塞，即可开启，让未经滤清的机油输入到主油道，以保证房地局各部位润滑。全流式滤清器必须与分流式滤清器一起使用，不可只用分流式滤清器代替全流式滤清器。
（2）分流机油滤清器
分流滤清器即细滤器，细滤器可以滤去直接的0.001mm以上的细小杂质，它和主油道并联，滤芯亦为纸质。机油经细滤器滤清后回到油低壳，由于发动机工作过程中总有一部分机油通过细滤器进行过滤，因此提高了总体滤清效果，延长了机油使用寿命。
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图5 离心式机油滤清器尺寸图 |
图6 旋转式机油滤清器设计图纸 |
三、滤清器座的结构
滤清器座有三种类型：全流式机油滤清器座；旁通式滤清器座；组合式滤清器座。其中KTA19型柴油发电机使用的全流式机油滤清器由滤清器座和滤芯组成。老式KTA38型柴油发电机用铝制滤清器座；新式KTA38型和KTA50型柴油发电机用铸铁制滤清器座。
1、全流式机油滤清器座
全部机油从冷却器流到全流式机油滤清器座，经滤芯到柴油发电机主油道。全流式机油滤清器座的组成由压力调节阀、滤清器旁通阀和活塞冷却阀。
（1）压力调节阀
保持柴油主油道中的正确的机油压力，并将主油道不需要的机油返回机油道。
（2）旁通阀
在机油滤芯中阻力过大时。旁通机油，避免滤芯堵塞时柴油发电机因缺油而损坏。
（3）活塞冷却阀
控制机油只流向有滤清器座的柴油发电机一侧。活塞冷却油道有一分开的活塞冷却阀，控制机油流向与有滤清器座相对一侧的活塞冷却出道。
2、旁通式机油滤清器座
只有部分机油流到旁通式滤清器座和滤芯。
3、组合式机油滤清器座
含以上两种滤清器座，即全流式滤芯和旁通式滤芯双重组合。
四、机油滤清器的主要性能指标
机油滤清器不仅要具备排除有害杂质的能力，而且作为润滑系统中一个部件，必须满足主机运转的要求，因此，机油滤清器有它自己的工作特性。
1、额定流量
在规定粘度和压力降下，由制造厂规定的流量名义值。
2、压力降
在油液流动系统中，任意给定时刻，两个规定点之间的静压差值。
3、破损压力
总成所能承受的最大液体内压力。
4、原始阻力
新总成在额定流量时总成进出口处的压力差值。
5、内部清洁度
在制造、贮存以及运输过程中所带入滤芯内部的杂质重量。
6、流量阻力
在一定的流量下滤清器前后产生的压差，这个压力差即滤清器的阻力，也是压力损失值，它的数值应尽可能小。一般要求全流式滤清器在通过额定流量时的原始阻力不应大于0.5kg/㎝²或旁通阀开启压力值的30%。滤清器的流量阻力特性可在试验台上测定。
7、原始滤清效率
滤清器必须能滤出一定尺寸一定数量的杂质粒子。对新滤芯测定其过滤效率，称为原始过滤效率，（一般地说，在使用中由于滤芯表面上逐渐堆积起来杂质层，过滤效率愈来愈高。所以，滤芯在整个使用寿命期内的平均效率要比原始效率高）。测定原始滤清效率时，把含有一定数量一定尺寸粒子的油料，以一定流量一次通过滤清器，分析过滤后油料中杂质含量，便可计算出原始过滤效率，若用多种规格的粒子进行测试，便可得出不同的效率数据。
8、寿命
一个新滤芯从开始使用到堵塞，即滤芯前后压力差达到滤清器旁通阀开启压力的数值，或与此相应的发动机运转小时数，称为滤清器的寿命（一次使用寿命）。在试验台上测定这个特性时，需在试验油中不断加入堵塞杂质，使滤芯在实际使用条件下更快地堵塞。在试验过程中，定时记录滤清器前后压力差，当压力差达到旁通阀开启压力数值时，试验即告终止。到这时为止的小时数或已加入的试验杂质总量，即作为评价滤清器寿命的指标。在寿命试验中，还可以定时测定滤清器的滤清效率，称为累积滤清效率，代表滤清器在堵塞过程中过滤效率的变化。
理想的机油滤清器应该是流量大，阻力小，过滤效率高，寿命长。但实际上各个特性是互相制约的，如流量大时阻力便上升；过滤效率很高的常常伴随着阻力上升快，使用寿命短等缺点。
总结：
杂质和污染物对柴油机是极其有害的，不滤除机油中这些杂质和污染物，机油中的硬质粒子就会增加柴油机磨擦副的磨损和润滑管道的堵塞，酸性物质对合金轴瓦产生腐蚀性磨损，胶质会使活塞与活塞环、气门与气门导管等零件之间发生胶结，甚至使柴油机不能正常运转，使机油的使用期缩短。实验证明，柴油机油底壳中的固态杂质总量低于0.5%时，对柴油机的危害尚不大，但达到或超过0.5%时，则将大大加速柴油机零部件的磨损。为了及时清除机油中的机械杂质和胶状沉淀物，延长机油的有效使用期，在润滑系统中设置机油滤清器（全流机油滤清器或分流机油滤清器）是延长柴油机的寿命方法之一。关键在于，除了正确选择润滑机油外，还取决于选择和使用合适的机油滤清器。
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