Polttoainesuodattimet

Liikkuvan kaluston sekä työkoneiden polttoainesuodattimet nestemäisiin polttoaineisiin eli bensiiniin sekä dieselöljyyn (polttoöljyyn) ovat vaatimuksiltaan erilaisia. Bensiini on tyypillinen kevyen kaluston sekä pienkoneiden polttoaine. Kevyen kaluston suodatusjärjestelmät ovat tyypiltään erilaisia. Tosin uudet bensiinin suoraruiskutusjärjestelmien suodatinjärjestelmät ovat aivan samantyyppisiä kuin dieselmoottoreiden vastaavat. Työkoneiden dieselmoottoreiden polttoaineen suodatusjärjestelmien päästöluokitusten vaatimukset ovat muuttaneet voimakkaasti dieselmoottoreiden ruiskutusjärjestelmien rakenteita. Samoin myös suodatinjärjestelmien rakenteet ovat kehittyneet vaatimusten kasvaessa.

Muutos koskee erityisesti ruiskutuspaineita. Mitä suurempi paine, sitä pienempi pisarakoko. Elektroniikka on tullut voimakkaasti mukaan ruiskutuksen laitteisiin sekä ohjausjärjestelmiin. Dieselmoottorin ruiskutuspaineet ovat nousseet viimeisen 30 vuoden aikana noin 200 baarin paineista nykyaikaisen matalapäästöisen dieselmoottorin n. 2000 baarin paineisiin. Aikaisemmin vanhemmissa moottoreissa ruiskutuspumppuna yleensä oli ja on edelleenkin perinteinen rivipumppu. Tyypillinen esimerkki tällaisesta rivipumpun käyttökohteesta on paikalliskoneet ja laivamoottorit, joissa kullekin moottorin sylinterille on oma ruiskutuselementti. Pumpun elementin säätämä polttoaineannos ruiskutetaan sylinteriin yhdessä syklissä puristustahdin lopussa. Vaihtoehtoisena rakenteena varsinkin isoissa työkoneissa, laivojen moottoreissa ym. on myös pumppusuutinyksikkö, jossa erillinen säädin säätää polttoaineen määrän. Pumppuyksikkö ja suutin ovat samassa rungossa nokka-akselin käyttämänä, mutta ruiskutustapahtuma on perinteinen yhden syklin kertaruiskutus.

Nykyaikaisissa common rail -järjestelmissä ja kehittyneissä pumppusuutinjärjestelmissä taas on polttoaineannos elektroniikan ohjaamana jaettu useampaan sykliin (jopa 8) yhden puristustahdin aikana. Näin palotapahtumaa pystytään hallitsemaan tarkoin. Eli esiruiskutus, useampi pääruiskutus palotapahtuman edetessä ja jälkiruiskutus esim. DPF-partikkelisuodattimen noenpoltto-operaation sytyttämiseksi määrävälein. Tarkoituksena on saavuttaa sekä maksimaalisen korkea teho ja hyötysuhde että mahdollisimman matala päästötaso. Kokonaispäästöihin vaikuttavat myös erilaiset päästövähennysjärjestelmät, mutta ruiskutusjärjestelmillä on vaikuttava rooli pakokaasupäästöissä.
Moottoreiden valmistajat ovat yleensä ulkoistaneet polttoainelaitteidensa valmistajat. Syynä tähän on teknisten vaatimusten jatkuva muutos ja erikoistuminen. Järjestelmien valmistajat (Bosch, Dephi, Lucas, Cummins ym.) pystyvät paremmin vastaamaan esim. päästölainsäädännön haasteisiin ”leveimmillä hartioilla” kuin yksittäinen moottorin valmistaja.

POLTTOAINESUODATTIMIEN PERINTEINEN JÄRJESTELMÄ

Polttoainesuodatinjärjestelmät koostuvat polttoainetankin huohotinsuodattimesta ja verkko- ja imusuodattimista polttoainetankeissa. Linjassa on seuraavaksi mahdollinen imupuolen suodatin/vedenerotin. Sen jälkeen siirtopumppu, paine- eli pääsuodatin ja korkeapainepumppu (rivi- tai jakajapumppu). Viimeiseksi tulevat jousikuormitteiset mekaaniset korkeapaineruiskutussuuttimet.
Ulkoisesti imupuolelle asennettu suodatin on fyysisesti isomman kokoinen kuin painepuolen suodatin. Tämä on ratkaisuna parempi, koska näin saadaan polttoainevirta rauhallisemmaksi ja vedelle enemmän aikaa erottua polttoaineesta.

NYKYAIKAINEN POLTTOAINESUODATINJÄRJESTELMÄ

Vettä erottava imuverkko on polttoainetankissa. Imusuodatinverkko on erikoiskäsiteltyä kuituverkkoa, joka toimii veden pisaroittajana, tiputtaen erottuneen veden tankin pohjalle. Seuraavana linjassa on vedenerotin – esisuodatin, välipainepumppu, pääpainesuodatin, korkeapainepumppu ja elektronisesti ohjattavat korkeapaineruiskutussuuttimet.
Järjestelmät eroavat toisistaan lähinnä suodattimien tehokkuusvaatimusten osalta. Partikkelisuodattimien suodatustiheydet ovat paljon tiheämmät ja vedenerottimen tehokkuus on korkeammalla tasolla.
Perinteisessä järjestelmässä suodattimien partikkelierotuskyky oli 15–20 µ (mikrometriä).
Jakajapumpuissa luku on 15 µ ja rivipumpuissa 20 µ. Vedenerotinsuodattimissa se on n. 10 µ. Nykyaikaisissa common rail- sekä pumppusuutinjärjestelmien vedenerotinsuodattimissa luvut ovat 5–10 µ sekä pääsuodattimissa 2–5 µ.
Tankkihuohotinsuodattimissa luku on 10 µ, samoin kuin hydrauliikkatankkienkin huohottimissa.

Vedenerotinsuodattimissa käytetään nykyisin usein myös sähköisiä eli niin sanottuja WIF-antureita (Water In Fuel), jotka ilmaisevat vedenerottimen pohjakuppiin erottuneen veden määrän. Vesi voidaan poistaa erottimen pohjaventtiilistä ennen kuin se on vaarassa joutua korkeapainejärjestelmään. Vedenerotinsuodattimen rakenne on erilainen kuin pääsuodattimen. Suodattimen koko on yleensä suurempi. Syynä on se, että suodatin on kytketty imupuolelle ja imualipaineen vaikutuksesta polttoaineen virtaus on hitaampaa kuin painepuolella. Isompi koko ”rauhoittaa” virtausta, jolloin vedelle jää aikaa enemmän irtautua polttoaineesta.
Vedenerotusesisuodattimen rakenne aiheuttaa vielä virtauksen pyörteilemistä ja keskipakovoiman ansiosta vesi sinkoutuu suodattimen ulkoreunalle, josta se valuu pohjakuppiin. Polttoaineeseen jäänyt vesi joutuu vielä kulkemaan erikoiskäsitellyn suodatinmateriaalin läpi, joka pisaroittaa lopun veden ja valuttaa sen myös pohjakuppiin.
Huomioitava on, että polttoaineeseen ei saa sekoittaa alkoholeja, koska se muuttaa veden pintajännitystä ja pisarointi ei toimi. Vesi menee erikoiskäsitellyn suodatinmateriaalin läpi korkeapainejärjestelmään aiheuttaen vaurioitumisriskin. Mikäli näin joudutaan tekemään, niin polttoaineen suodattimet olisi vaihdettava mahdollisimman nopeasti.
Polttoainetankkien huohotinjärjestelmä jää usein huomioimatta, vaikka sen läpi kulkee korvausilmaa eli sama tilavuus minkä ko. moottori kuluttaa polttoainetta. Ongelmia syntyy silloin, kun työskennellään erittäin hankalissa olosuhteissa kuten esim. kivenmurskaustyömailla. Ilmassa on suuri määrä hienon hienoa kivipölyä, jota ei saisi joutua moottoreihin mitään kautta. Silloin joudutaan kehittelemään omia ratkaisuja huohotinjärjestelmiin ja polttoainetankkauksiin.