Tỷ số Beta và hiệu suất lọc dầu: cách đọc con số trên hộp lọc theo ISO 4548-12

Một người thợ cầm hai chiếc hộp lọc dầu động cơ từ hai nhà cung cấp khác nhau. Hộp thứ nhất chỉ ghi dòng chữ lọc sạch cặn 20 micron. Hộp thứ hai ghi rõ thông số tỷ số Beta đạt mức 75 tại kích thước 20 micron. Người mua rất dễ lầm tưởng rằng hai chiếc cốc lọc này có khả năng làm sạch dầu nhớt tương đương nhau.

Cách ghi thiếu tỷ số đi kèm thường khiến người dùng hiểu sai về năng lực lọc thực tế. Volwatt Auto phân phối độc quyền phụ tùng ô tô nhãn VOLWATT tại thị trường Việt Nam. Sản phẩm phụ tùng lọc được thiết kế và kiểm soát chất lượng bởi Germatek Elektronik GmbH (Đức). Việc nắm vững tiêu chuẩn đo lường quốc tế sẽ giúp bạn đánh giá đúng chất lượng từng chiếc cốc lọc.

Tỷ số Beta của lọc dầu được tính như thế nào?

Tỷ số Beta đo lường mức độ loại bỏ hạt cặn của phần tử lọc ở một kích thước hạt xác định. Ký hiệu kỹ thuật của tỷ số này là βx, trong đó x là kích thước hạt tính bằng đơn vị micron. Chỉ số này được xác định thông qua phép thử nhiều lượt trong phòng thí nghiệm. Thiết bị đếm hạt trực tuyến sẽ ghi nhận lượng cặn bẩn ở vị trí trước và sau màng lọc.

Công thức tính tỷ số Beta lấy số hạt lớn hơn hoặc bằng x micron trước lọc chia cho số hạt cùng cỡ sau lọc. Ví dụ dòng dầu trước màng lọc có 100 hạt cặn và sau màng lọc chỉ còn lại 1 hạt, tỷ số Beta tại cỡ hạt đó bằng 100. Chỉ số Beta càng cao chứng tỏ màng lọc giữ lại càng nhiều tạp chất khi dầu bôi trơn đi qua.

Từ giá trị tỷ số Beta đo được, kỹ thuật viên tính ra tỷ lệ phần trăm hiệu suất lọc tương ứng. Công thức tính hiệu suất phần trăm là lấy Beta trừ 1, rồi chia cho Beta và nhân với 100. Khi tỷ số Beta tăng lên, tỷ lệ hạt cặn bị giữ lại cũng tăng theo. Việc nắm chắc công thức này giúp bạn hiểu đúng bản chất các con số kỹ thuật in trên bao bì. Vì tỷ số Beta luôn gắn với một cỡ hạt, cách ghi đầy đủ phải có cả hai con số, ví dụ β20 = 75. Nếu bao bì chỉ ghi β = 75 mà không nêu cỡ hạt, bạn chưa biết chiếc lọc giữ tốt ở hạt to hay hạt nhỏ.

Tỷ số Beta quy đổi sang phần trăm hiệu suất như thế nào?

Bảng quy đổi tỷ số Beta sang phần trăm hiệu suất thể hiện mối liên hệ trực tiếp giữa hai cách gọi thông số. Khi nhìn vào giá trị Beta, nhiều người khó hình dung cốc lọc giữ lại được bao nhiêu phần trăm cặn bẩn. Việc chuyển đổi thành tỷ lệ phần trăm cụ thể giúp bạn đối chiếu năng lực lọc giữa các sản phẩm dễ dàng hơn.

Tỷ số Beta (βx)	Hiệu suất lọc tương ứng (%)
β = 2	50%
β = 10	90%
β = 20	95%
β = 75	98,7%
β = 100	99%
β = 200	99,5%
β = 1.000	99,9%

Quy ước ngành thường gọi lọc absolute khi phần tử lọc đạt tỷ số Beta từ 75 trở lên ở cỡ hạt công bố. Giá trị Beta bằng 75 tương đương với hiệu suất giữ lại 98,7% lượng hạt cặn trong dòng dầu. Dù vậy, khái niệm lọc absolute không phải thuật ngữ được chuẩn hóa thống nhất giữa các hãng sản xuất.

Những phần tử lọc có tỷ số Beta thấp sẽ để lọt một lượng cặn bẩn đáng kể đi qua màng giấy. Ví dụ một cốc lọc có chỉ số Beta bằng 2 sẽ cho một nửa số hạt cặn đi qua. Nếu bao bì chỉ ghi 20 micron mà chỉ số Beta bằng 2, một nửa số hạt 20 micron vẫn tiếp tục tuần hoàn vào động cơ.

Bảng quy đổi cũng cho thấy hiệu suất tăng chậm dần khi tỷ số Beta đã cao. Từ β = 2 lên β = 10, hiệu suất tăng từ 50% lên 90%. Từ β = 100 lên β = 1.000, hiệu suất chỉ tăng từ 99% lên 99,9%. Tuy vậy, ở mức Beta cao, số hạt lọt qua vẫn giảm đi rất nhiều lần. Với β = 100, cứ 100 hạt thì có 1 hạt lọt qua, còn với β = 1.000 thì 1.000 hạt mới có 1 hạt lọt qua.

Phép thử nhiều lượt trong ISO 4548-12 diễn ra thế nào?

Phép thử nhiều lượt trong ISO 4548-12:2017 là phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn dành cho lọc dầu dòng toàn phần. Quy trình này thực hiện bơm chất bẩn liên tục vào vòng tuần hoàn và đếm hạt trực tuyến. Phép thử nhằm xác định sức chứa cặn, đặc tính loại bỏ hạt và chênh áp của lọc dầu.

Hệ thống thử nghiệm bao gồm bình chứa dầu thử, bơm cấp dầu, vị trí lắp cốc lọc và các cảm biến đếm hạt. Bột thử nghiệm nhân tạo được bơm liên tục vào bình chứa với tốc độ kiểm soát ổn định. Dầu chứa cặn đi qua cốc lọc thử nghiệm, một phần cặn bị giữ lại và phần còn lại tiếp tục quay vòng trở lại bình.

Cảm biến quang học đếm hạt trực tuyến đo số lượng hạt ở đường ống trước và sau cốc lọc. Phép thử dừng lại khi mức chênh áp qua cốc lọc vượt quá giới hạn quy định. Ấn bản 2 của ISO 4548-12 được ban hành vào tháng 5/2017 và xác nhận lại năm 2022. Tiêu chuẩn này hiện ở giai đoạn sẽ sửa đổi, bản dự thảo CD mới đang được ban kỹ thuật soạn thảo.

Phạm vi áp dụng của ISO 4548-12 chỉ xét trong điều kiện ổn định, không xét dao động lưu lượng dầu. Phép thử áp dụng cho phần tử lọc có hiệu suất dưới 99% ở hạt lớn hơn 10 micron. Dải lưu lượng từ 2 đến 600 lít mỗi phút đòi hỏi nhiều vòng thử khác nhau. Tiêu chuẩn SAE J1858 cũng áp dụng phép thử nhiều lượt bơm chất bẩn liên tục. Tiêu chuẩn này đo phần tử lọc có tỷ số lọc ở 10 micron dưới 75 với lưu lượng 4 đến 600 lít mỗi phút.

Vì sao một con số micron đứng riêng không so sánh được hai chiếc lọc?

Một con số micron đứng riêng không đủ để so sánh hai lọc nếu thiếu tỷ số Beta đi kèm. Một chiếc lọc ghi 10 micron nhưng Beta chỉ bằng 2 vẫn để lọt 50% số hạt cặn ra ngoài. Ngược lại, chiếc lọc ghi 20 micron nhưng Beta đạt 100 sẽ giữ lại tới 99% lượng hạt. Bạn cần nắm rõ cả phương pháp thử và điều kiện vận hành để so sánh khách quan.

Lưu lượng dầu của hệ thống bôi trơn cũng quyết định cấu tạo màng lọc phù hợp cho từng vị trí. Lọc dòng toàn phần nhận toàn bộ dòng dầu bôi trơn đi qua màng giấy trước khi cấp tới các ổ trục. Trong khi đó, lọc nhánh thường chỉ nhận khoảng 5% đến 10% tổng lưu lượng dầu nhằm lọc sạch các hạt cặn rất mịn.

Sức chứa cặn là lượng tạp chất lọc giữ được trước khi mức chênh áp tăng tới giới hạn quy định. Thông số này phụ thuộc vào diện tích vật liệu, hình học nếp gấp, độ ổn định lõi và đặc tính vật liệu màng lọc. Một ngộ nhận phổ biến trong kỹ thuật là nhiều nếp giấy không tự động đồng nghĩa với sức chứa cặn lớn.

Nếu các nếp gấp bị xếp quá sát nhau, dầu bôi trơn có thể không tiếp xúc đều với toàn bộ diện tích bề mặt giấy. Khi đó, chênh áp có thể tăng nhanh dù lượng tạp chất bám trên giấy chưa đạt giới hạn. Bạn có thể xem thêm bài thông số và kích thước lọc dầu động cơ trên Otoparts.

Lọc dầu tinh hơn có giúp giảm mài mòn động cơ không?

Lọc dầu tinh hơn giúp giảm mài mòn động cơ, theo nghiên cứu SAE 881825 do David R. Staley thuộc General Motors công bố năm 1988. Nghiên cứu này mang tên Correlating Lube Oil Filtration Efficiencies with Engine Wear. Công trình này khảo sát mối quan hệ giữa hiệu suất lọc dầu và độ mòn các chi tiết động cơ. Tác giả thực hiện thử nghiệm trên động cơ diesel hạng nặng rồi tiếp tục đối chứng trên động cơ xăng.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm năm 1988, mức mài mòn động cơ giảm tới 70% khi chuyển từ lọc 40 micron sang lọc 15 micron. Kết quả đo đạc cho thấy mức độ giảm mòn cơ học diễn ra rất nhất quán trên cả hai loại động cơ. Khi màng lọc giữ lại các hạt cặn kích thước nhỏ, bề mặt kim loại bên trong sẽ ít bị cào xước hơn.

Các tài liệu kỹ thuật thường nêu rằng hạt gây mài mòn động cơ chủ yếu nằm trong dải kích thước từ 2 đến 25 micron. Khe hở màng dầu bôi trơn giữa trục khuỷu và bạc lót thường rất hẹp. Các hạt cặn lọt vào khe hở này sẽ cọ xát trực tiếp và gây tổn hại bề mặt kim loại.

Các kỹ sư thiết kế phải cân bằng cẩn thận giữa độ tinh lọc và mức cản trở dòng dầu. Màng lọc quá chặt làm chênh áp tăng vọt khiến dầu nhớt gặp khó khăn khi lưu thông. Khi mức chênh áp vượt quá ngưỡng cho phép, van đi tắt buộc phải mở ra để duy trì lượng dầu nuôi động cơ.