Что такое вентиляция картера и как она спасает нашу планету от загрязнения?
Оказывается, бой за чистоту ведётся не только на уровне , но и в самом моторе и в этой статье мы расскажем ещё об одной из автомобильных систем, стоящей на страже экологии – вентиляция картера.
Проблема в том, что в процессе работы двигателя, газы не только выходят по задуманному маршруту через выхлопную систему, но и просачиваться непосредственно из камер сгорания в картер мотора.
Помимо них, там уже присутствуют пары топлива, масла и воды, что в целом создаёт довольно-таки ядерную смесь, именуемую картерными газами, которая может попасть в атмосферу и оказывает разрушающее действие на детали силового агрегата, а также ухудшает работу .
Для борьбы с этой проблемой инженеры придумали так называемую систему вентиляции картера, о которой мы сегодня и говорим.
Главным образом современный автопром использует принудительную вентиляцию закрытого типа. Что это такое, проясним далее.
Как работает вентиляция картера в моторе?
Надо отметить, друзья, что вентиляция картера у разных моторов и уж тем более у разных производителей имеет разнообразный конструктив, хотя некоторые элементы этой системы являются незаменимыми практически для всех вариантов исполнения.
Если точнее, то это:
- маслоотделитель;
- клапан вентиляции картера;
- различные воздушные трубки и патрубки.
Давайте рассмотрим эти узлы детальнее.
Маслоотделитель
Нужен для разделения мух и котлет, а если точнее – картерных газов от смазки.
Как правило, на современные машины устанавливается комбинированный маслоотделитель, который объединяет в себе лучшие стороны лабиринтных и центробежных видов. Он представляет собой устройство, в которое из картера подаётся масло, насыщенное картерными газами – их то нам и нужно разделить.
Первым делом поступившая смесь раскручивается, в результате чего более тяжёлая смазка оседает на стенках отделителя, благодаря центробежным силам и стекает в картер.
Газы, в свою очередь попадают в лабиринт выходной успокоителя, где происходит их окончательная фильтрация.
На этом путь газов не заканчивается.
Клапан вентиляции.
Этот узел регулируется отрицательным давлением во впускном коллекторе. Если разряжение небольшое, путь газам открыт и они поступают к впускным клапанам, а затем и в цилиндры, где благополучно сгорают.
Если разряжение велико – то тогда клапан вентиляции находится в закрытом состоянии. Такой вот алгоритм работы системы.
Что ж, коллеги-автолюбители, как мы видим, вентиляция картера, не представляет собой ничего сложного, хотя работу выполняет полезную не только для экологии, но и для двигателя автомобиля.
О том какие ещё интересные инженерные решения встречаются в современных машинах, мы обязательно рассмотрим в следующих статьях, не пропустите!
Казалось бы, сама по себе работа ДВС служит источником, осуществляющим сильное загрязнение атмосферы, а мы пытаемся говорить тут про вентиляцию. Однако не все так просто, мотору, как и всем остальным, тоже нужен свежий воздух. Обеспечивает его и система вентиляции картера.
О назначении системы вентиляции
Все проблемы, как всегда, таятся в мелочах. В данном случае это касается имеющихся зазоров между поршнем и блоком цилиндров двигателя. Казалось бы, конструкцией предусмотрены специальные элементы, минимизирующие эти зазоры. И все же, несмотря на уплотняющие кольца, происходит попадание продуктов сгорания топлива, его несгоревших частиц, паров воды в объем картера двигателя. Следствием этого является ухудшение качества масла и потеря его смазывающих свойств. Проявляется подобный эффект в том, что обычное масло становится водно-масляной эмульсией, а также происходит его разжижение.
В цилиндрах двигателя, при его работе, создается повышенное давление, так что нет ничего удивительного, что газы вырываются оттуда с повышенным давлением. Следствием этого будет создание такого же повышенного давления в картере, что может привести к выдавливанию сальников и утечке масла.
Именно для предотвращения подобных явлений, описанных выше, предназначена система вентиляции картера. Она позволяет вывести из него прорвавшиеся отработанные газы, обеспечить нормальное давление, тем самым, повысить надёжность и долговечность двигателя.
Как происходит вентиляция картера
Как всегда в таких случаях, существует выбор.
Реализация данной системы может быть двух типов:
- открытая;
- закрытая.
В первом случае, когда система вентиляции картера двигателя открытая, прорвавшиеся выхлопные газы удаляются наружу, за пределы силового агрегата. Простота и дешевизна этого способа компенсируется загрязнением окружающей среды.
Кроме того, следует знать, что открытая вентиляция:
- не работает при малой скорости и на холостом ходу;
- не справляется со своими обязанностями при высоких оборотах;
- через нее возможно засасывание атмосферного нефильтрованного воздуха при остывании двигателя;
- может послужить одной из причин увеличенного расхода масла, а также причиной замасливания мотора.
Закрытую или принудительную вентиляцию картера осуществляют тогда, когда пытаются уменьшить степень загрязнения, оказываемую автомобилем.
Для этого устанавливается специальный клапан, благодаря которому, при принудительной вентиляции картера, попавшие туда выхлопные газы, выводятся во впускной коллектор двигателя.
К недостаткам такой системы можно отнести:
- усиленное загрязнение карбюратора и входных воздуховодов;
- сильная тяга на высоких оборотах в системе отсоса отработанных газов, что может служить дополнительной причиной окисления масла.
К достоинствам следует отнести:
- уменьшенный расход масла;
- стабильную работу в зимний период за счет подогрева входного воздуха картерными газами;
- они же повышают детонационную стойкость двигателя за счет разбавления топливно-воздушной смеси.
Варианты создания принудительной очистки от картерных газов
Правда не все так просто, как кажется с первого взгляда. Существует два подхода, по которым может быть выполнена принудительная вентиляция картера. Из картера могут выводиться выхлопные газы, а возможно и обратное действие — приток воздуха снаружи.
Пример того, как построена система принудительной вентиляции картера, основанная на отводе выхлопных газов, приведен выше. При этом прорвавшиеся отработанные газы, оказываются под действием разрежения во впускном коллекторе и поступают через маслоотделитель (1), клапан (2) и по шлангам, очистившись от частиц масла, попадают опять в цилиндры двигателя.
Вариант, когда система вентиляции построена на притоке свежего воздуха, приведен на рисунке ниже. В этом случае наружный воздух попадает в картер мотора, смешивается с картерным газами, и через специальный клапан PCV поступает обратно в цилиндры мотора. Построенная таким образом система вентиляции, позволяет избежать попадания продуктов работы ДВС в атмосферу. Именно такой подход используется современными автопроизводителями, при проектировании и изготовлении автомобилей.
Для поддержания нормальной работы мотора на холостом ходу, клапан PCV запирает выход газов из картера, при глубоком разрежении в трубопроводе.
Непременным атрибутом современного ДВС является вентиляции картера, выполненная чаще всего как закрытая система. Она позволяет повысить надёжность работы мотора и уменьшить отрицательное воздействие выхлопа автомобиля на атмосферу.
Известно, что в процессе своей работы, двигатель перерабатывает топливную смесь, излишки которой, смешиваясь с воздухом должны выходить в виде отработанных газов наружу. С помощью выхлопной трубы, так все и происходит, но что бы хоть как-то минимизировать вред для окружающей среды, применяют различные фильтры. Есть свои специфические фильтры и непосредственно в двигателе, применяющиеся в системе вентиляции картера.
Картер - главная корпусная деталь двигателя, имеющая самую большую полость, в которой находится коленчатый вал, а ее верхняя часть вмещает в себя блок цилиндров. Картер также можно назвать отдельной деталью (если речь идет об небольших двигателях), такой себе коробкой, объединивший в себе все детали мотора.
При работе двигателя, часть отработанных газов из камер сгорания могут просачиваться в картер и без того уже содержащий пары топлива, масла и воды. В итоге, слившись воедино, эта смесь носит название картерных газов, сильное скопление которых значительно понижает состав и положительные свойства моторного масла, разрушая при этом металлические части двигателя.
Кроме того, эти вредные вещества попадают в атмосферу, тем самым сильно загрязняя ее. Что бы этого не случилось, существует вентиляция картера. Об конструкции и особенностях этой системы, мы расскажем в этой статье.
Особенности системы вентиляции картера ДВС
Как уже говорилось, любой современный двигатель оборудуется специальными фильтрами (можно и так назвать систему вентиляции), которые предотвращают выход из него горючих и токсичных картерных газов, путем их утилизации. Система вентиляции картера, или как ее еще называют «Система отсоса картерных газов» включает в себя большую и малую ветвь. Первая представленная в виде трубы с пламягасителем и маслоотделителем внутри (детальнее о них чуть позже), а вторая являет собой трубку, с помощью которой большая ветвь соединяется с задроссельным пространством.
В прилагающейся к автомобилю технической документации, касающееся его ремонта и обслуживания, не смотря на видимую существенную роль данной системы, ей уделяется мало внимания. А зря, ведь на современных двигателях выход из строя вентиляции картера грозит ему значительным понижением работоспособности.
Что бы система вентиляции исправно работала, необходимо учитывать такие важные моменты как наличие свежего воздуха и забор вредных газов. За способом подвода воздуха все картерные вентиляционные системы можно разделить на открытые и закрытые. Первый вариант базируется на заборе воздушных потоков непосредственно с внешней среды, а второй - использует части системы питания, такие как, например впускной такт.
Открытая вентиляционная система не работает при малых оборотах двигателя и на холостом ходу. Также, она не выполняет свое назначение на больших оборотах, а еще из-за нее возможно засасывание нефильтрированного атмосферного воздуха. Иногда, использование такой системы служит одной из причин слишком большого расхода масла и, соответственно, замасливания мотора.
Закрытая вентиляционная система картера используется в случае необходимости уменьшения степени загрязнения окружающей среды. С этой целью устанавливается специальный клапан, который выводит попавшие от принудительной вентиляции газы, во впускной коллектор мотора. Такая система имеет как плюсы, так и минусы. К первой группе следует отнести сравнительно меньший расход масла, стабильную работу двигателя зимой (входной воздух обогревается картерными газами), стойкость двигателя к детонации, так как топливно-воздушная консистенция разбавляется. Ко второй группе, включающей минусы использования относят: сильное загрязнение входных воздуховодов и карбюратора и возможность влияния на окисление масла.
Существует также классификация подобных систем в зависимости от способа отвода картерных газов. С этой точки зрения выделяют системы принудительного (подводят газы к впускному коллектору) и эжекционного (отводят газы в окружающую среду) действия.
До 1961 года все автомобилестроение применяло в выпускаемых транспортных средствах открытую систему с эжекционным принципом действия, в которых для вывода из картера газов использовали эжекционную трубку, проходящую вдоль всего двигателя к нижнему поддону картера. Когда машина двигалась, возле края трубки образовывалось незначительное разрежение, хорошо влияющее на вентиляцию картера.
Чуть позже результаты, проведенных компанией GENERAL MOTORS
исследований доказали, что основное количество вредных веществ, образующиеся в следствии неполного сгорания углеводорода, выбрасывается в атмосферу именно через эжекционную трубку системы вентиляции. В следствии этого открытия, начиная с 1961 года, все автомобили, поступающие в продажу в штат Калифорния (Америка), были обязаны оборудоваться системой вентиляции принудительного действия, а с 1962 года, это требование начало действовать на всей территории США. С тех пор прошло не одно десятилетие, но двигатели именно с этой системой продолжают выпускаться и в наше время.
Конструкция вентиляционной системы картера
И так, мы уже выяснили, что в двигателях современных автомобилей применяется картерная система вентиляции принудительного действия, но разные производители, по разному подходят к вопросу ее конструкции. Наиболее сложной (но самой эффективной) является система в которой, воздух попадает в картер через отдельный воздушный фильтр.
В бензиновых двигателях, при условии, что нагрузки небольшие, одна часть разбавленных воздухом газов, попадает в воздушный фильтр, находящийся за фильтрующим эллементом, а вторая часть, через регулирующий жиклер поступает в задроссельное пространство.
Детально разбирать каждый вид вентиляционной системы картера, для отдельно взятых двигателей (бензиновых, дизельных, газовых и т.д.) очень долго, да и сейчас совершенно неуместно, поэтому сосредоточим свое внимание на основных, общих для всех компонентах: маслоотделителе, воздушных патрубках (для циркуляции газов) и вентиляционных клапанах.
Маслоотделитель создан для препятствования попаданию паров масла в полость камеры сгорания. Благодаря ему уменьшается количество образования сажи. Выделяют три способа разделения масла и газа: циклический, лабиринтный и комбинированный, который в настоящее время наиболее часто применяется. Лабиринтный маслоотделитель (успокоитель) нацелен на замедление движения картерных газов. В следствии этого, большие масляные капли стекая по стенкам попадают в картер двигателя.
Дальнейшее очищение масла от картерных газов выполняет центробежный маслоотделитель, проходя через который они начинают вращаться. В итоге, под воздействием центробежной силы, частички масла оседают на стенках, а затем также стекают в картер. Что бы предотвратить турбулентность газов, после прохождения ими центробежного маслоотделителя в ход пускают выходной лабиринтный успокоитель. Именно тут проходит окончательное разделение масла и газа.
Вентиляционный клапан картера нужен для регулировки давления картерных газов, попадающих в колектор. Если разряжение во впускном канале не очень существенное - клапан открыт, но если оно довольно ощутимое, то клапан самостоятельно закрывается.
Вся система вентиляционной работы картера базируется на разряжении, возникающем во впускном коллекторе двигателя. С помощью этого процесса переработанные газы выводятся из картера в маслоотделитель, где очищаются от масла и по специальным патрубкам переходят во впускной колектор. Там, смешавшись с воздухом, они ликвидируются в камерах сгорания. Если двигатель оснащен турбонадувом, то регуляция вентиляции картера может осуществляться с помощью дроссельной заслонки.
Штуцер вентиляции картера
Названием «Штуцер» обозначают патрубки с резьбовым соединением, помогающие объеденить части трубопровода, или соединить вентили, емкости и прочие детали жидкостных и газовых преобразующих систем. Что касается системы вентиляции картера, то тут штуцер просто незаменим, а система вентиляции карбюраторных двигателей «Солекс» без него вообще работать не будет.
Такая его незаменимость объясняется достаточно просто. Бывает, что в процессе качественного удаления газов возникают проблемы. Чаще всего, причина этого кроется в недостаточном разряжении картерных газов, находящихся в воздушном фильтре.
Для того, чтоб увеличить работоспособность системы вентиляции в нее внедряют еще одну, дополнительную ветвь (малая ветвь). Она имеет вид трубки, с помощью которой задроссельная зона соединяется со штуцером, отвечающий за отвод картерных газов от двигателя внутреннего сгорания. Диаметр этой ветви совсем маленький и составляет не больше пары миллиметров. Также, штуцер может помочь в диагностике некоторых причин сбоя в вентиляции картера. Для этого на него надевают трубку, а затем дуют в нее, если воздух не проходит - значит надо прочистить каналы системы, так как они, скорее всего, засорены.
Штуцер располагается в нижней части карбюратора, рядом с дроссельной заслонкой первичной камеры, под насосом ускорения. В случае необходимости, на эту деталь натягивают шланг, выполняющий вытяжную функцию.
Неисправность системы вентилирования картерных газов может привести к повышенному расходу масла и даже необходимости . Поэтому важно не только понимать, как работает вентиляция картера, но и знать признаки поломки. Рассмотрим принцип работы, устройство клапана PCV, а также способы проверки и диагностики системы.
Предназначение системы отвода картерных газов
При сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре создается огромное давление. Поэтому через поршневые кольца даже на исправном двигателе часть отработавших газов неминуемо прорывается в картер. Также из камеры сгорания через кольца на такте сжатия и при неполном сгорании ТПВС в поддон попадает дизельное топливо, пары бензина.
При работе смесь из паров масла, бензина, отработанных газов и водяного пара создает повышенное давление в картерном пространстве. Если не отводить это гремучую смесь, давление не только будет мешать съему масла со стенок цилиндров, но и выдавит , распределительного вала.
Согласно экологическим нормам, все современные автомобили должны оборудоваться системой вентиляции картера закрытого типа. Это значит, что смесь паров и выхлопных газов подается обратно во впускной коллектор.
Устройство системы
Особенности устройства и принципа работы системы зависит от конкретной модели двигателя, но типичная конструкция предполагает наличие клапана вентиляции картера, патрубков и маслоотделителя.
Принцип работы
Выхлопные газы, смешавшиеся с парами бензина, из-за образовывающегося давления протекают к маслоотделителю. В корпусе маслоуловителя мелкодисперсные частички масла собираются на стенках фильтрующего элемента. Образовавшиеся капли под воздействием силы притяжения стекают в маслосборник, а отфильтрованные газы через клапан вентиляции картера попадают во впускной коллектор.
Устройство представленной выше системы предполагает наличие интеркулера, который служит для охлаждения воздушного потока. Необходимость в снижении температуры обусловлена не столько работой вентиляции картера, сколько особенностями , которой оборудован представленный на схеме двигатель TDI.
Масляные частицы, оседающие на стенках впускного тракта, приводят к уменьшению ресурса ДМРВ, ДАД, ДТВ, способствуют загрязнению дроссельного узла, РХХ. Для опасность еще и в том, что масляная пленка собирает на себе частички пыли и сажи, которые выступают абразивом для привода заслонок. Поэтому большинство современных систем вентиляции картерных газов оборудуются маслоуловителем.
Разделение потоков
Стандартная система вентиляции картера имеет два патрубка подвода газов во впускной тракт. Связанно это с разницей давления перед дросселем и в задроссельном пространстве. В режиме минимальной нагрузки, когда дроссельная заслонка едва открыта, проходное сечение минимально, поэтому наибольшее разрежение как раз в задроссельном пространстве. В режимах большой и полной нагрузки открытая дроссельная заслонка не создает значимого сопротивления протекающему потоку воздуха, поэтому разряжение во впускном тракте минимально. Разделение точек входа позволяет гибко дозировать порцию картерных газов.
Маслоуловитель
Наибольшее распространение получил циклический и лабиринтный способ фильтрации. В наиболее современных системах вентиляции картера применяются оба способа отделения масла.
Лабиринтный метод выступает в качестве стадии грубой фильтрации и служит для отделения крупных частиц масла. Принцип работы уловителя заключается в прохождении потока картерных газов через канал с маслоотражательными пластинами. Соприкасаясь с пластинами, крупные частицы оседают на стенках, после чего стекают в обратную масляную магистраль.
На стадии тонкой очистки картерные газы проходят через циклический (центробежный) маслоотделитель. Принцип работы основан на прохождении газов по окружности корпуса отделителя. Под воздействием центробежных сил капли масла, масса которых больше массы выхлопных газов, смещаются наружу и оседают на стенке. После отделения мельчайшие частички масла стекают в обратную магистраль.
Для уменьшения вредного влияния турбулентности газовых потоков на входе в воздушный тракт устройство системы такого типа предполагает наличие выходной успокоительной камеры. Благодаря ей после прохождения центробежного маслоотделителя снижается кинетическая энергия газа. Кроме того, на стенках камеры также оседают мелкодисперсные частицы моторного масла.
В некоторых системах вентиляции картера используется синтетический фильтрующий элемент. При прохождении через него картерных газов частички масла оседают на волокнах, собираются в крупные капли и стекают в магистраль обратного слива.
Клапан PCV
Клапан системы вентиляции картерных газов необходим для ограничения разряжения. Высокое разряжение, как и избыточное давление, может привести к повреждению сальников. Поэтому клапан PCV открывает доступ картерным газам по мере падения разрежения во впускном коллекторе.
В нормальном состоянии клапан возвратной пружиной удерживается в открытом положении. При работе двигателя на холостых оборотах разряжение преодолевает усилие пружины и перекрывает канал, соединяющий картер двигателя и впускной коллектор. Соответственно, по мере открытия дроссельной заслонки и снижения разряжения возвратная пружина приоткрывает канал для доступа газов.
На многих автомобилях VAG с двухступенчатой системой фильтрации работа клапана PCV заключается в прерывании потока от ступени грубой очистки к ступени тонкой очистки.
Симптомы неисправности
Признаки неправильной работы вентиляции картера:
Вентиляция картера предназначена для удаления картерных газов, образующихся в результате прорыва продуктов сгорания топлива через зазоры между гильзой и поршневыми кольцами и их взаимодействия с парами масла.
В газах содержатся загрязняющие масло серистые соединения и пары воды, которые образуют серную и сернистую кислоты, значительно ухудшающие качество масла. Пары воды вызывают вспенивание масла и образование эмульсии, что затрудняет поступление масла к трущимся поверхностям. Прорвавшиеся в картер газы повышают в нем давление, что может вызвать утечку масла через уплотнения картерного пространства.
Недопустимо также проникновение газов под капот двигателя, а затем в кузов и кабину автомобиля, так как содержащиеся в газах вредные вещества опасны для пассажиров и водителя. Отсос картерных газов уменьшает старение масла, а также, создавая разрежение в поддоне, предотвращает возможность утечки масла через уплотнения.
В автомобильных двигателях применяется вентиляция картера двух типов:
- открытая – с отводом картерных газов в окружающую среду;
- закрытая – с отсасыванием газов во впускную систему двигателя.
Открытая вентиляция (рис. 1 ) осуществляется под действием разрежения, возникающего в газоотводящей трубке вследствие относительного перемещения воздуха при движении автомобиля. Чтобы вместе с картерными газами не уносились частицы масла применяется специальный сапун лабиринтного типа, на стенках которого масляные капли оседают и стекают в поддон.
Недостатком открытой системы вентиляции картера является ее низкая эффективность, а также отравление окружающей среды вредными для здоровья человека и живой природы веществами.
В закрытых системах газы могут отводиться в воздухоочиститель до карбюратора или непосредственно во впускной трубопровод. Отвод газа через воздухоочиститель не создает требуемой интенсивности отсоса при минимальных частотах вращения коленчатого вала и полной нагрузке.
Кроме того, проход картерных газов через карбюратор вызывает осмоление его каналов, жиклеров и подвижных деталей. Поэтому более предпочтительной является система с отсосом газов непосредственно во впускной трубопровод двигателя, в котором всегда имеется разрежение.
Система вентиляции, показанная на рис. 2
, работает следующим образом: под действием разрежения во впускном трубопроводе 10
картерные газы поднимаются вверх и через угольник 9
и шланг 5
попадают в корпус маслоотделителя, закрытый крышкой 1
.
Между крышкой и корпусом находится резиновая мембрана 2
, поджимаемая пружиной 3
к корпусу. Оседающие на дне корпуса маслоотделителя частицы масла по трубке 6
сливаются в картер двигателя.
С помощью мембраны 2 , которая находится с одной стороны, под давлением атмосферного воздуха, а с другой – под давлением картерных газов и пружины, в картере поддерживается избыточное давление.
На рис. 3
показана схема вентиляции картера карбюраторного двигателя автомобилей марки «ВАЗ
».
Здесь картерные газы отсасываются через маслоотделитель 7
и шланг 6
в вытяжной коллектор 4
воздушного фильтра 3
. Из вытяжного коллектора на холостом ходу и при малых нагрузках двигателя (когда разрежение в воздушном фильтре невелико) картерные газы поступают через шланг 2
и золотник 1
под дроссельные заслонки карбюратора.
При остальных режимах работы двигателя картерные газы поступают в карбюратор через воздушный фильтр 3
. В маслоотделителе 7
масло выделяется и по отводной трубке 8
стекает в масляный поддон.
Пламегаситель 5
предотвращает проникновение пламени в картер двигателя при возможных вспышках в карбюраторе.