فیلتراسیون جریان فرعی (بای پس/ثانویه) روغن موتور

آیا فیلتر روغن خودروی شما مطابق انتظارتان کار می‌کند؟ آیا از میزان کارایی یا بازدهی فیلتر خود خبر دارید؟ اغلب افراد اطلاعی از این موضوع ندارند و از فهمیدن آن هم بسیار تعجب می‌کنند.

برخی از بهترین فیلترهای روغن موتور جریان اصلی یا کامل(Full-Flow)  موجود در بازار، 50 درصد ذرات با اندازه 10 میکرون و بزرگ‌تر را جذب می‌کنند. یعنی همان نسبت بتای 2 که در فیلتراسیون روغن جریان اولیه خوب محسوب می‌شود. در مقایسه اما در فیلترهای هیدرولیک صنعتی، نسبت بتای 1000 خوب محسوب می‌شود. این اختلاف کارایی از کجا ناشی می‌شود؟

عوامل موثر در ایجاد این اختلاف عبارت‌اند از:

1. اندازه فیزیکی

فیلترهای روغن موتور خودرو  اغلب در مقایسه با قطعات صنعتی به دلیل اندازه فیزیکی محدودیت دارند. پیامد این اندازه کوچک‌تر، مساحت سطح کمتر مدیای فیلتر برای عبور روغن است.

65 درصد متخصصان روغن (روان‌کاری) از سیستم فیلتراسیون بای‌پس استفاده می‌کنند.

2. اختلاف فشار

اختلاف فشار از تغییر فشار میان جریان خروجی و ورودی فیلتر ناشی می‌شود. اگر اختلاف فشار خیلی زیاد شود، با باز شدن یک سوپاپ، روغن امکان دور زدن فیلتر را پیدا می‌کند. تمام فیلترهای روغن موتور یا پایه‌های آن‌ها مجهز به یک سوپاپ  اطمینان هستند. وجود این سوپاپ ضروری است تا با مسدود شدن فیلتر بر اثر آلودگی‌ها و ذرات معلق، موتور دچار کمبود روغن نشود.

3. نسبت بتا (Beta Rate)

فیلترهای روغن براساس شاخص‌های متعددی سنجیده می‌شوند که بارز‌ترین آن‌ها شاخص بتاست. این نسبت از تقسیم تعداد ذرات بزرگ‌تر از یک اندازه معین در سمت ورودی بر تعداد ذرات با همان اندازه در سمت خروجی فیلتر به دست می‌آید. هر فیلتر برای اندازه‌ ذرات متفاوت (2، 5، 10، 50، 100 میکرون) نسبت‌ بتاهای متفاوتی دارد.

مثلا، نسبت بتای 10 (برای ذرات بزرگ‌تر از 5 میکرون) یعنی به ازای 10 ذره در سمت ورودی فیلتر، یک ذره در خروجی فیلتر وجود دارد. به عبارت دیگر، به ازای هر 10 ذره‌ای که وارد می‌شود تنها یک ذره از فیلتر عبور می‌کند. یا اگر نسبت بتا بزرگ‌تر از 100 باشد (برای ذرات بزرگ‌تر از 5 میکرون) یعنی به ازای هر 100 ذره بزرگ‌تر از 5 میکرون که وارد فیلتر می‌شود، تنها یک ذره از آن مخارج می‌شود.

نسبت بتا همچنین برای محاسبه بازده جذب (Capture Efficiency) به‌کار می‌رود که نشانگر عملکرد فیلتر (به‌شکل میانگین) در طول عمر مفید آن است:

((Beta – 1)/Beta) x 100

مطابق فرمول، فیلتر با نسبت بتای 10، 90 درصد ذرات بزرگ‌تر از 5 میکرون را جذب می‌کند.

4. نرخ جریان (Flow Rate)

در ساختار اغلب موتورها، روغن باید پیش از ورود به اجزای موتور از فیلتر عبور کند. بنابراین، فیلتر باید بتواند 100 درصدِ نرخ جریانِ مورد نیاز قطعات متحرک موتور را تأمین کند.

5. اندازه منافذ مدیا (pore size)

اندازه منافذ مدیا از عوامل تعیین کننده میزان کارایی و اندازه ذرات گذرنده از فیلتر است که فیلتر قادر به حذف آن‌هاست.

فیلتراسیون بای‌پس

ترکیب این عوامل اما مشکلاتی ایجاد می‌کند. اندازه فیزیکی معمولاً به دلیل طراحی محدود می‌شود. فیلتر نمی‌تواند خیلی بزرگ باشد زیرا سایر اجزا نیز باید زیر کاپوت جابگیرد. نرخ جریان باید به قدری باشد که تمام اجزای روغن‌کاری شده را پوشش دهد. پس منافذ نمی‌توانند خیلی کوچک باشند زیرا اختلاف فشار زیاد و شیر بای‌پس باز می‌شود و عملاً فیلتر کارایی خود را از دست می‌دهد. برای رفع این مسئله چند روش وجود دارد:

یکی از روش‌ها استفاده از فیلتراسیون بای‌پس است. سیستم‌های فیلتراسیون بای‌پس 5 تا 10 درصد جریان روغن موتور را از فیلتری با کارایی بالا گذرانده و به مخزن برمی‌گردانند.

با فیلتراسیون بای‌پس، سرعت جریان تا حد زیادی کاهش می‌یابد و در عین حفظ اختلاف فشار طبیعی، منافذ فیلتر می‌توانند اندازه بسیار کوچک خود را داشته باشند. نتیجه آن هم بازگشت روغن بسیار تمیزتر به مخزن است. ذرات ریز معلق و ذرات قطبی نامحلول که از فیلتر جریان اصلی یا کامل (اولیه) می‌گذرند با فیلتر بای‌پس حذف و از سیستم خارج می‌شوند. فیلتراسیون بای‌پس وقتی با یک فیلتر جریان اصلی ترکیب ‌شود، مزایایی چون سایش کمتر، مصرف روغن کمتر، راندمان احتراق بالاتر و ماندگاری طولانی‌تر‌ روغن را به همراه دارد.

یکی از مطالعات جنرال موتورز نشان می‌دهد با اجرای فیلتراسیون 5 میکرونی در مقایسه با فیلتراسیون استاندارد 40 میکرونی، عمر مفید موتور تا 8 برابر افزایش می‌یابد.

بدیهی است روغن تمیزتر یعنی اطمینان بیشتر به کار موتور. گرچه قدما معتقد بودند روغن کهنه نمی‌شود و فقط کثیف‌ می‌شود. اینکه روغنِ آلوده‌تر سریع‌تر از روغن تمیز «کهنه» می‌شود تا حدی درست است، اما به هر حال روغن موتور عمر محدودی دارد. بنابراین، هر چقدر هم آن را تمیز نگه دارید، بالاخره باید عوضش کنید.

با اینکه چنین سیستم‌هایی  بخش عمده‌ای از ذرات معلق، براده‌های ناشی از سایش و آلودگی‌ها را حذف می‌کنند، اما روغن و افزودنی‌های موجود در آن همچنان بر اثر فرآیند اکسید شدن و نیتراته شدن تمام می‌شوند. همین کاهش و اتمام آن‌ها تعویض روغن را ضروری می‌کند. سیستم‌ فیلتراسیون بای‌پس روند کاهشی به خود می‌گیرد اما متوقف نمی‌شود. اسیدها، ذرات حاصل از سوخت و مایع خنک‌کننده، نمونه‌ای از آلاینده‌هایی هستند که سیستم‌های فیلتراسیون بای‌پس قادر به حذف آن‌ها نیست اما عمر مفید روغن را کاهش می‌دهند.

دقت کنید که تمام سیستم‌های بای‌پس مشابه نیستند، همه از یک ماده و فناوری استفاده نمی‌کنند. پس پیش از آنکه تحت تاثیر نظرات و تبلیغات آن‌ها قرار بگیرید یادتان باشد که لزوما به لحاظ علمی ثابت نشده‌اند. همچنین مطمئن شوید تولیدکنندگان برای اثبات ادعاهای خود استانداردهای ایزو و انجمن مهندسی خودرو (SAE) را ارائه ‌دهند. اگر سیستم فیلتراسیون جانبی به درستی نصب و نگهداری شود، مزیت‌های زیادی به همراه دارد. فقط پیش از انتخاب، نیازهای خود را بشناسید و درک دقیقی از نحوه عملکرد آن به دست آورید.