Устройство системы очистки картерных газов в современных автомобилях
Картерные газы, в то время, когда проходят через несложную систему специальных клапанов и трубок, на выходе поступают назад в камеры сгорания, где происходит их догорание.
Схема системи очистки картерных газов с циклонным маслоотделителем (1 – трубопровод подачи картерных газов; 2 – трубопровод забора воздуха; 3 – мембрана; 4 – пружина сжатия; а – открытое положение клапана; б – закрытое положение клапана)
Вначале газы выходят в маслоотделитель, который напрямую крепится к этому отверстию. Вся сеть прокладок и перегородок маслоотделителя предназначена для выделения из газовой смеси масляных капель, которые возвращаются в поддон. Такая функция полезна тем, что уменьшается расход масла. В разных моделях маслоотделитель либо встроен в мотор, либо помещается под крышкой клапанов и составляет отдельный узел.
К маслоотделителю прикручивается пластмассовый патрубок, через который газы, уже без масла, поступают в резиновый тройник. Внутри тройника находится клапан или его еще называют «блиттер». Это основной рабочий клапан.
Перспективные разработки под фильтр картерных газов
Упомянутая ранее компания «MANN-HUMMEL» уже предлагает владельцам автомобилей новый высокоэффективный волоконный демистер. Результаты теста продукта демонстрируют способность новой концепции разделения удовлетворять потребности новых технологий автомобильных двигателей.
Другими словами – достигнута граница эффективного разделения очень мелких частиц (d50 << 1 мкм). Благодаря гибкости при проектировании круглых, плоских и изогнутых элементов, достигается идеальное использование конструкции.
Результаты показывают хорошую эффективность разделения и стабильные характеристики при соответствующих условиях эксплуатации. В частности, скорости фильтрации и уровень концентрации аэрозольного масла для реалистичных размеров конструкции нового волоконного демистера.
Проверка непрерывно высокой производительности в течение срока службы и реалистичного допустимого интервала обслуживания — это область текущих исследований испытаний на долговечность различных типов дизельных и бензиновых двигателей. Первые результаты уже продемонстрировали постоянную производительность и указывают на многообещающий интервал обслуживания не менее 100 000 км.
При помощи информации: MANN-HUMMEL
Вентиляция картера двигателя
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.
Источник
Что такое клапан рециркуляции картерных газов?
Появился он только на современных системах, и это реально полезное изобретение.
Как я писал выше первые поколения инжекторных систем, у которых картерные газы поднимались перед дросселем бала далеко от совершенства. Почему? ДА просто потому что, и дроссель и датчики расходомера и температуры воздуха, постоянно загрязнялись, на них образовывались нагар, масляная пленка и т.д. Через определенный интервал все это приводило к нестабильной работе двигателя, их нужно было постоянно чистить.
Следующее поколение такой системы исправили много ошибок:
Во-первых, сейчас газы подводятся после дроссельной заслонки. Что снижает загрязнение, как самого дросселя, так и датчиков.
Во-вторых, разряжение впускного коллектора нивелируется клапаном рециркуляции картерных газов.
Именно клапан все это предотвращает. Немного об устройстве.
У клапана есть две камеры — низкого и высокого давления. Через обе камеры проходит шток, который с одной стороны крепится к мембране, с другой стороны запирает камеру низкого давления.
Камера высокого давления связана напрямую с картером двигателя (есть один канал). Когда картерные газы начинают повышать давление, тогда мембрана отгибается и открывает камеру низкого давления (открывается второй канал), по сути, открывается прямой доступ до впускного коллектора, который высасывает всю «отработку» из картера.
После того как давление ушло, упало в камере высокого давления, тогда мембрана возвращается на свое место, закрывая камеру низкого давления.
Таким образом, постоянно, поддерживается нужное давление в картере (чуть ниже 1 АТМ), во впускном коллекторе и т.д.
Конечно, понять, не так просто, но подробнее будет в видео.
Возможные неисправности, их диагностика
Такая фатальная неисправность станет причиной откровенно плохо работающего двигателя, либо из-за повышенного внутреннего давления просто будет выдавливать масло через резиновые прокладки поддона картера и клапанной крышки. В этом случае, уже простой промывкой маслоотделителя и клапана решить проблему не получится так, как потребуется полная чистка системы вентиляции картера.
Однако до полного засорения элементов вентиляции картера должны обязательно начать проявляться следующие симптомы:
- постепенное снижение мощности двигателя;
- небольшое возрастание расхода топлива, особенно в городском цикле;
- провалы в работе педали акселератора;
- появление выделения масла на прокладках и манжетах корпуса двигателя.
Методы устранения засоров и чистка вентиляции
При проявлении выше перечисленных симптомов в первую очередь проводиться проверка элементов маслоотделителя и клапана, а также всех находящихся там деталей на предмет различных побочных отложений от продуктов сгорания. Даже если, на ваш взгляд, там все в порядке и чистить как бы незачем, то в любом случае прочистите хотя бы масляный отделитель от находящегося там масла, особенно это актуально для дизеля.
Очистка вентиляции картера представляет собой периодическую профилактическую работу, несколько грязную и мазутную, но осуществить которую вполне по силам даже неспециалисту.
Если как проверить маслоотделитель вполне понятно, то простого осмотра внешнего вида клапана вентиляции будет недостаточно. Работающим клапан считается тогда, когда заслонка хорошо двигается и на обратной ее стороне нет никаких механических отложений, в противном случае она неисправная.
Имейте в виду, что после очистки и промывки штока заслонки, его лишь протирают насухо и ни в коем случае не смазывают.
Наращивание требований относительно сепарации машинного масла
Постоянное повышение давления сгорания вследствие уменьшения размеров, а также применение машинных масел с низкой вязкостью приводит к значительному уменьшению размера частиц.
Соответственно производительность установленных пассивных инерционных сепараторов становится недостаточной при данных ограничивающих факторах.
Новые технологии необходимы для применения в легковых автомобилях, чтобы обеспечить высокую эффективность разделения частиц, значительно меньших 1 мкм.
Центрифуга – технология под фильтр картерных газов
Эффективность разделения мелких капель в принципе может быть увеличена за счет увеличения силы инерции с использованием дополнительной энергии. Центрифуги являются хорошо известными примерами такого рода сепарационных технологий.
Здесь энергия используется для приведения в действие какого-либо ротора, а частицы отделяются вследствие возникающей центробежной силы. Как правило, центрифуги нуждаются в очень высокой скорости вращения – диапазон до 10 000 об/мин.
Или же в качестве альтернативы конструкция должна быть очень большой, особенно для отделения частиц, значительно меньших, чем 1 мкм. Другим решением для повышения эффективности разделения является использование дополнительных механизмов, таких как диффузионное разделение.
Волоконный демистер – диффузионный фильтр картерных газов
Так называемый волоконный демистер выступает примером ещё одного типа сепаратора, объединяющего преимущества различных дополнительных механизмов разделения.
Обе упомянутые технологии применяются на грузовых автомобилях, где аналогичные высокие требования. Между тем волоконные демистеры способны обеспечить эффективное решение на применении с легковыми автомобилями.
Варианты конструктивного исполнения волоконных демистеров (фильтров масла), которые не менее эффективно могут применяться в системах фильтрации картерных газов легковых автомобилей
Вариант с демистером позволяет интегрировать фильтр картерных газов даже в сложные конструкции без ущерба для производительности, одновременно значительно снижая сложность интеграции и связанные с этим затраты.
Волоконные элементы – демистеры, обычно заменяются в течение интервала обслуживания после определенного времени работы из-за отложения сажи на поверхности волокна.
Интервал обслуживания сильно зависит от конкретного применения. Основным требованием к пригодности волоконного демистера для применения в легковых автомобилях, является разработка новых волоконных демистеров.
Таковые обеспечивают высокую производительность и приемлемый длительный интервал обслуживания при данных условиях эксплуатации. В то же время перепад давления, а также размеры волоконных демистеров должны соответствовать общим требованиям легкового автомобиля.
Поэтому производство, в том числе компания «MANN-HUMMEL», стремятся решать эту проблему. Инженеры разрабатывают новые волоконные демистеры для применения в конструкциях легковых автомобилей.
Механизм фильтра картерных газов волоконным демистером
Фильтрующие сепараторы являются широко распространенным в мире методом высокоэффективного разделения сверхтонких частиц тех же картерных газов. Капли объединяются в процессе разделения жидкости / газа на поверхности волокна, образуя жидкую пленку, последовательно стекающую с фильтрующего материала.
Принцип гравиметрического разделения содержимого картерных газов: 1 – аэрозольная форма потока; 2 – проникновение; 3 – повторное увлечение (унос); 4 — дренирование
Остаточные масляные капли на стороне фильтра с чистым картерным газом представляют либо неразделённые капли аэрозоля (так называемое проникновение), либо образования в виде пузырьков и колпачков из отделённой плёнки жидкости (так называемое увлечение).
Эффективность гравиметрического разделения в стационарном состоянии рассчитывается по формуле:
Ng = 1 – (Mp + Me / Md + Mp + Me)
где: Ng – эффективность геометрического разделения; Mp – проникновение; Me – увлечение; Md – дренирование.
Различные виды механизмов разделения используются в целом в соответствии с теорией фильтрации картерных газов двигателей автомобилей. Для вентиляции картера (фильтрации картерных газов), соответствующими механизмами разделения, в частности, являются:
- удары,
- диффузия,
- перехват.
Эффективность разделения на основе ударов и перехвата увеличивается с увеличением размера частиц, тогда как эффективность разделения на основе эффектов диффузии увеличивается с уменьшением размера частиц.
Частые неисправности системы вентиляции картера
С учетом приведенной выше информации становится понятно, что система вентиляции картера на современных двигателях является достаточно сложной. Выход из строя и нарушения в работе данной системы могут привести к ухудшению общей работоспособности ДВС, возникновению неполадок и уменьшению ресурса агрегата.
Сразу отметим, что проблемы с вентиляцией картера могут быть не так очевидны, однако проявляются в виде снижения мощности, увеличения расхода топлива, активного и быстрого загрязнения дроссельной заслонки и РХХ. Также в воздушном фильтре может появиться масло и т.д.
Часто при диагностике указанные проблемы пытаются решить путем поверки и ремонта системы питания или зажигания, забывая о системе вентиляции картерных газов
Важно понимать, что закрытая система предполагает наличие специальных каналов в БЦ и ГБЦ, а также клапанов, патрубков и шлангов для циркуляции газов. Хорошо известно, что клапаны рано или поздно могут начать подклинивать
Прежде всего, это приводит к нарушению состава рабочей топливно-воздушной смеси.
Что касается причин, клапан клинит как из-за засорения, так и в результате собственных повреждений. Как правило, первый вариант более распространен. Дело в том, что в картерных газах присутствует сажа, нагар и т.п.
Чем изношеннее мотор, (ЦПГ, другие узлы и системы), тем больше таких продуктов попадает в картер. Также различные загрязнения могут переноситься с микрочастицами масла. В результате грязь и отложения скапливаются в клапане, различных отверстиях, патрубках, каналах. Также рвутся и трескаются сами патрубки.
Как утверждают опытные автомеханики, c появлением стандарта Euro-4 стали встречаться двигатели, которые «падают» в аварийный режим работы при возникновении проблем с вентиляцией картера. При этом проведение компьютерной диагностики ничего не показывает, что усложняет поиск проблемы.
Также указанная система может доставить много неприятностей в зимний период. Дело в том, что в картерных газах содержатся частицы воды. Вода появляется из атмосферного воздуха, который засасывается мотором во время работы. После попадания в систему вентиляции, вода, которая находится в виде пара, может конденсироваться и скапливаться в отдельных местах системы вентиляции. После остывания ДВС влага попросту замерзает и становится льдом, закупоривая систему.
В результате вентиляция перестает работать, давление в картере растет и выдавливает масляный щуп, а двигатель и подкапотное пространство забрызгивает моторным маслом. Причем данная неисправность может возникнуть как на старом двигателе, так и на новом ДВС с небольшим пробегом. Дело в том, что далеко не на всех автомобилях система вентиляции имеет дополнительный обогрев.
https://youtube.com/watch?v=b56LvOoziU8
Почему происходит залегание поршневых колец
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 сальники коленвала, 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.
Преимущества и недостатки системы вентиляции картерных газов
Система вентиляции картерных газов постоянно видоизменялась с совершенствованием машиностроения. Современные системы вызывают часто ступор у водителей. Все начиналось с обычной трубы, которая выводилась под машину и заканчивается в современных автомобилях продвинутыми системами с маслоотделителями и клапанами разного типа. Самая современная – принудительная система закрытого типа имеет следующие преимущества:
- Сведение к минимуму выброса вредных веществ.
- Не выдавливаются сальники и прокладки за счет эффективного снижения давления внутри картера.
- Увеличивается ресурс моторного масла.
- Атмосферный воздух, пыль и влага не попадают в картер.
- Хорошая отдача двигателя.
Современное исполнение системы фильтрации картерных газов
Принцип разделения пассивным инерционным сепаратором основан на ускорении и перенаправлении потока. Здесь капли масла не в состоянии следовать за линиями потока по причине собственной инерции, благодаря чему отделяются, оставаясь на поверхности элемента сепаратора.
Эффективность отделения более мелких частиц увеличивается с увеличением ускорения. Соответственно образуется перенаправление потока. Для этой цели требуется увеличение перепада давления.
Как следствие, эффективность отделения зависит от перепада давления и гранулометрического состава неочищенного картерного газа. Картинкой ниже демонстрируется инерционный сепаратор (производства «MANN + HUMMEL»), получивший название — структурный дефлекторный сепаратор (SD-Separator).
Прорвавшийся в картер газ ускоряется через маленькие форсунки и перенаправляется на специальный структурированный дефлектор, где капли масла отделяются. Структура поверхности дефлектора повышает эффективность отделения до самого высокого уровня пассивных инерционных сепараторов.
Устройство инерционного сепаратора масла картерных газов на примере конструкции производства «MANN + HUMMEL»: 1 – загрязнённый картерный газ; 2 – возврат масла; 3 – очищенный картерный газ; 4 – перенаправление потока и частичная сепарация на специальной структуре дефлектора; 5 – отверстия ускорения потока
Максимальный перепад давления в маслоотделителе ограничен вакуумом впускной системы и требованиями к диапазону давления в картере, что в итоге ограничивает достижимую производительность сепарации.
Отделение крупных масляных частиц обычно является сравнительно простой задачей. Однако отделение усложняется по мере уменьшения частиц в аэрозоле. Это особенно актуально для наиболее часто используемых концепций разделения, которые основаны на эффекте инерции частиц.