Filtry paliwa stosowane w Common Rail (zanieczyszczenia, opiłki, woda w paliwie) Bosch, Delphi

1. Dlaczego stosujemy filtry paliwa i jak to jest ważne dla układu Common Rail

W układach Common Rail stosuje się różne rodzaje filtrów paliwa, które mają na celu oczyszczenie paliwa z zanieczyszczeń i zapewnienie właściwego działania całego systemu wtrysku. Obecnie stosowane układy wtryskowe silników wysokoprężnych i benzynowych są bardzo wrażliwe na jakiekolwiek zanieczyszczenia znajdujące się w paliwie. Uszkodzenia mogą powstać przede wszystkim na skutek erozji wywołanej przez cząstki stałe oraz oddziaływaniem wody. Trwałość układu wtryskowego zapewnia zachowanie ściśle określonej czystości paliwa.

2. Filtracja cząstek stałych metalicznych (opiłki z pompy wtryskowej, wysokiego ciśnienia Delphi, Bosch, Denso, Siemens)

Jednym z podstawowych zadań należących do filtru paliwa jest zatrzymywanie cząstek stałych zawartych w paliwie. W ten sposób ochrania wrażliwe elementy przed uszkodzeniem. Rodzaj układu wtryskowego określa wymaganą dokładność filtracji. Oprócz zatrzymywania cząstek stałych, filtr paliwa musi też mieć odpowiednią objętość w celu ich magazynowania. Nie może dojść do sytuacji tego typu, że filtr zostanie zapełniony zanim nadejdzie czas jego wymiany. Stąd też, producenci uczulają na stosowanie dobrej jakości filtrów i tylko takich, jakie są zalecane do danego silnika, gdyż zamontowanie nieodpowiedniego filtra może się wiązać z poważnym uszkodzeniem układu wtryskowego. Olej napędowy jest bardziej zanieczyszczony niż benzyna, a dodać należy, że jest wtryskiwany pod znacznie wyższym ciśnieniem, dlatego tak ważne jest by był dobrze oczyszczony. Filtry paliwa w silnikach ZS są tak samo wymiennie jak w silnikach ZI. Wymagania dotyczące dokładności filtracji znacząco wzrosły w ciągu ostatnich lat, głównie ze względu na obecność układów wtryskowych CR drugiej generacji a także pompowtryskiwaczy w pojazdach osobowych. Nowe układy wtryskowe wymagają dokładności filtracji paliwa na poziomie od 65% do 98.6%. Oprócz lepszego zatrzymywania cząstek stałych (opiłki w paliwie) przez nowe filtry, wymaga się jednocześnie duża pojemność do magazynowania tych cząstek stałych.

3. Dodatkowe sposoby filtrowania paliwa - Separacja wody w Common Rail

Drugim bardzo ważnym zadaniem filtra paliwa jest separacja wody w postaci związanej i nie związanej (skroplonej) od paliwa w celu zapobiegnięcia korozji układu wtryskowego. Najnowsze filtry oleju napędowego są w stanie separować wodę z dokładnością do 93%, co jest bardzo istotne dla żywotności rozdzielaczowych pomp wtryskowych a także wtryskiwaczy.

4. Prawidłowy filtr paliwa do danego silnika CR

Filtr paliwa jest dobierany na podstawi silnika, układu wtryskowego a także do warunków pracy silnika. Najczęściej takie informacje znajdziemy w instrukcji obsługi pojazdu.

5. Gdzie znajduje się filtr paliwa dokładnego oczyszczania, filtrowania paliwa (główny)

Filtr oleju napędowego jest umieszczony zazwyczaj w komorze silnikowej, w obwodzie niskiego ciśnienia między elektryczną pompą zasilającą a pompą wysokiego ciśnienia. Bardzo powszechne są przykręcane filtry oleju napędowego umieszczone na przewodzie paliwa lub wymienne niemetalowe wkłady filtrujące umieszczone w obudowie. W tego typu filtrach wymianie podlega tylko wkład filtrujący.

Wkład filtrujący:

6. Filtr wstępnego oczyszczania pompy zasilającej Common Rail

Wysokie wymagania powodują konieczność stosowania dodatkowego filtra wstępnego oczyszczania umieszczonego po stronie zasysania lub tłoczenia paliwa o dokładności oczyszczania odpowiednio dostosowanej do filtra głównego. Filtry tego typu są jednak głównie montowane w pojazdach użytkowych w krajach, w których olej napędowy jest szczególnie zanieczyszczony.

7. Osadnik wody znajdziemy w każdym filtrze paliwa CR

By mogło następować oddzielanie się wody od elementu filtracyjnego, musi występować napięcie powierzchniowe wody i paliwa. Oddzielona woda gromadzi się w osadniku wody w dolnej części obudowy filtra. Do nadzorowania obecności wody stosuje się czujniki przewodzenia. By usunąć wodę, należy odkręcić śrubę bądź nacisnąć przycisk. Obecnie trwają pracę na automatycznym usuwaniem wody z obudowy filtra.

8. Jakie materiały filtracyjne znajdziemy w naszych filtrach paliwa systemów Common Rail?

Podwyższone wymagania dotyczące filtrów oleju napędowego przez nowej generacji układy wtryskowe wymagało zastosowania nowych, specjalnych materiałów filtracyjnych, które składają się z wielu syntetycznych warstw i celulozy. Te materiały pozwalają na dokładne oczyszczanie i gwarantują maksymalną zdolność gromadzenia zanieczyszczeń poprzez zdolność do magazynowania ich wewnątrz wkładu. Filtry najnowszej generacji muszą być zdolne do pracy z biopaliwami. Udział wolnej wody w biopaliwie jest większy, co może doprowadzić do wymieszania z paliwem a w efekcie tworzenia emulsji. Te filtry więc, muszą jeszcze lepiej separować wodę. Ponadto, biopaliwo może zawierać większe cząstki zanieczyszczeń, co skutkować może częstszą wymianą filtra oleju napędowego. Obudowa filtra, uszczelnienia itd. muszą być zabezpieczone przed działaniem biopaliwa. Dlatego zaczęto stosować nowej generacji uszczelnienia z cynku i miedzi.

9. Dodatkowe zadania dla filtra paliwa w nowoczesnych silnikach diesla Common Rail

Nowej generacji filtry paliwa, oprócz funkcji podstawowych, pozwalają także na realizację funkcji dodatkowych, takich jak:
- podgrzewanie paliwa (elektryczne lub cieczą chłodzącą albo przez recyrkulację paliwa), zapobiegające w warunkach zimowych zatykaniu się porów filtrów z kryształami parafiny,
- sygnalizacja zanieczyszczenia filtra która poprzez pomiar różnicy ciśnienia przed i za filtrem, odpowiednio sygnalizuje czas wymiany,
- napełnianie i odpowietrzanie układu zasilania paliwem po wymianie filtra – za pomocą ręcznej pompy umieszczonej najczęściej w pokrywie filtra.

10. Czystość, zanieczyszczenia opiłki, filtracja oleju napędowego silnika diesla

Właściwości oleju napędowego

Olej napędowy, w porównaniu do benzyny, jest znacznie bardziej zanieczyszczony, ponieważ zawiera zemulgowaną wodę, wolną wodę oraz parafinę, będącą powodem zatykania się filtrów paliwa w niskich temperaturach otoczenia. W związku z tym, że olej napędowy jest bardziej zanieczyszczony a ciśnienie jego wtrysku jest znacząco wyższe w porównaniu do benzyny, zabezpiecza się układy wtryskowe poprzez dokładną filtrację oraz zapobieganie zatkania się filtra paliwa.

Niepożądane składniki oleju napędowego

Zanieczyszczenia - Dzięki przeprowadzonym badaniom wkładów filtrujących, w oleju napędowym wykryto takie składniki, jak: rdza, woda, substancje organiczne, mieszaniny włókien oraz składniki mineralne (pył, piasek). Zanieczyszczenia te mogą się pojawiać w paliwie na skutek nieodpowiedniego jego przechowywania. Na przykład w zbiorniku może nastąpić oderwanie się kawałka rdzy. Wpływ na zanieczyszczenie paliwa ma również sposób, w jaki eksploatowany jest samochód (droga utwardzona, jazda w terenie, droga nie utwardzona). Wysokie zagrożenie uszkodzenia układu wtryskowego może nastąpić w przypadku przedostania się twardego ciała obcego do krytycznego miejsca układu wtryskowego. Substancje organiczne powodują starzenie się lub tworzenie parafiny w wyniku stosowania letniego oleju napędowego w trakcie sezonu zimowego. Efektem takiego postępowania jest zazwyczaj szybkie zatkanie filtrów paliwa.

Woda - Jak już wspomniano, olej napędowy może zawierać wodę w postaci związanej (emulsja) lub niezwiązanej (wolna). Wolna woda powstaje na skutek zmian temperatury (skraplanie). W przypadku dostania się jej do układu wtryskowego, może spowodować uszkodzenie korozyjne. Obecne elementy filtrujące optymalnie rozdzielają wodę od paliwa. Powodują one gromadzenie się cząsteczek wody w porach wkładu filtrującego po stronie zanieczyszczeń, ponieważ ciśnienie paliwa nie jest w stanie przetłoczyć ich przez kapilary. W związku z odkładaniem się wody, wzrasta ciśnienie po stronie zanieczyszczeń, co powoduje że cząsteczki wody zaczynają przenikać wraz z paliwem przez pory. Po stronie czystej woda wytrąca się w postaci kropel, dzięki większej niż paliwo gęstości opada na dno osadnika, skąd może zostać odprowadzona.

Parafina - Niekorzystnym składnikiem w oleju napędowym jest parafina, która przy temperaturze 0°C zamienia się w kryształki. Kryształki parafiny mogą skutecznie zatkać filtr paliwa, uniemożliwiając przepływ paliwa. Dlatego ważne jest, by olej napędowy był odpowiednio przygotowany do pracy w warunkach zimowych. W tym celu, jeszcze w rafinerii, dodaje się odpowiednie dodatki poprawiające rzadkopłynność oleju napędowego, które co prawda nie uniemożliwiają wydzielania się parafiny, lecz znacząco ograniczają przyrost krystaliczny. Powstające kryształki są tak małe, że mogą przedostawać się przez pory wkładu filtrującego. W normie europejskiej EN 590 zdefiniowano różne klasy odporności paliw na niskie temperatury. Nowej generacji filtry oleju napędowego, wyposażone są w elektroniczne podgrzewacze paliwa, które chronią przed zatkaniem się filtra paliwa poprzez podgrzanie oleju napędowego. Stosowane kiedyś metody „uszlachetniania” oleju napędowego poprzez dodawanie nie wielkich ilości benzyny i nafty, stało się niepotrzebne a co więcej niedopuszczalne. W wielu krajach, w sezonie zimowym, stacje benzynowe oferują zimowe oleje napędowe, które pozwalają na bezawaryjną pracę układu wtryskowego do -23°C.

Jak zachować czystość części w układzie Common Rail – analiza na mikroskopach cyfrowych

Dokładność oczyszczania

W związku z bardzo wysokimi parametrami nowych układów wtryskowych, w tym układów Common Rail, wymagana jest najwyższa precyzja obróbki mechanicznej, wynikającej z coraz to węższych tolerancji i pasowań. Zanieczyszczenia pozostałe po procesie obróbki mogą przyczynić się do szybszego zużycia układu wtryskowego a nawet do jego poważnego uszkodzenia. Wynikają stąd wysokie wymagania dotyczące dokładności oczyszczania, przy czym dopuszczalne wielkości zanieczyszczeń są coraz mniejsze. Dokładność oczyszczania części obecnie jest określana w procesie produkcyjnym za pomocą analizy obrazu mikroskopu optycznego. Analizy te dostarczają informacje o rozkładzie wielkości zanieczyszczeń. W celu umożliwienia opracowania nowych metod oczyszczania, oprócz rozkładu wielkości zanieczyszczeń i ich składu chemicznego, które można uzyskać za pomocą mikroskopu elektronowego.

Metoda analizy zanieczyszczeń (SEM)

W firmie Bosch stosuje się metodę analizy zanieczyszczeń opartą na wykorzystaniu mikroskopu elektronowego (SEM). Metoda ta pozwala na zautomatyzowaną analizę cząstek zanieczyszczeń przywartych do wyrobu. Wynikiem tej analizy jest rozkład wielkości zanieczyszczeń, ich skład chemiczny oraz obraz pojedynczych cząstek zanieczyszczeń. Na podstawie tych informacji jest możliwa identyfikacja źródeł zanieczyszczeń oraz wprowadzenie przedsięwzięć zmierzających do ich wyeliminowania, zmniejszenia ich ilości lub usprawnienia procesu mycia części. Przyjęte rozwiązania są nakierowane nie na wielokrotne mycie części, lecz na wyeliminowanie lub zmniejszenie ilości zanieczyszczeń powstałych podczas produkcji. Metoda zautomatyzowanej analizy zanieczyszczeń (SEM) umożliwia uzyskanie ważnych informacji dotyczących rodzaju zanieczyszczeń. Dokładna identyfikacja zanieczyszczeń i źródeł ich pochodzenia jest podstawą rozwoju nowych sposobów mycia części.