зачем нужна вентиляция картера двигателя
Система вентиляции картера двигателя, принцип работы, PCV.
Между деталями ЦПГ существуют определенные тепловые зазоры, соответствующие установленным разработчиками допускам. Какими бы минимальными ни были эти зазоры (с учетом того что поршневые кольца не обеспечивают 100% герметичности в виду особенности конструкции), через них из камеры сгорания в картер всегда проникают не сгоревшие частицы и газы, которые смешиваются с масляными парами, образуя так называемые картерные газы. Они оказывают негативное влияние на качество находящегося в картере моторного масла, которое с ростом пробега автомобиля неуклонно ухудшается, теряются смазывающие свойства и срабатывается присадочный пакет. Стоит отметить, что подобный эффект проявляется у абсолютно любых моторных масел. Попадающие в картер двигателя пары топлива, продукты горения, частицы сажи и воды неизбежно меняют состав масла, превращая его в масляную эмульсию с различными примесями, конечно после прогрева двигателя до рабочей температуры легкокипящие фракции этих паров испарятся (воды и топлива), но тяжелые — останутся, неизбежно окисляя и засоряя масло. Не стоит забывать и о том, что в процессе работы в цилиндрах мотора создается очень высокое давление — десятки атмосфер. В связи с этим газы, вырывающиеся с огромной силой, неизбежно попадают в картер, грозя выдавливанием сальников, прокладок, нарушению герметичности соединений с последующей потерей масла.
Благодаря системе вентиляции картера выводятся прорвавшиеся отработавшие газы, а также обеспечивается и поддерживается нормальное рабочее давление, что благотворно влияет не только на состояние моторного масла, но и на надежность, продолжительность работы двигателя.
Виды систем вентиляции картера
На сегодняшний день принято выделять два типа систем вентиляции картера автомобильного двигателя: открытая, или эжекционная (отработанные газы выводятся наружу напрямую из картера при помощи специальной калиброванной эжекционной трубки) и закрытая, или принудительная система вентиляции (PCV – positive crancase ventilation).
Система вентиляции картера открытого типа характерна для силовых агрегатов автомобилей, выпускавшихся в прошлом веке и снятых в настоящее время с производства, хотя многие из них все еще бороздят просторы вселенной отечественное бездорожье. Особенностью такой системы является то, что прорвавшиеся из цилиндров газы вместе с масляным туманом выводятся за пределы двигателя, непосредственно в окружающую среду. Указанный способ вентилирования картера мотора отличает простота и дешевизна конструкции, что, впрочем, «компенсируется» существенным загрязнением атмосферы.
Принцип работы принудительной системы вентиляции картера (PCV).
Помимо указанного недостатка, открытая вентиляция картера имеет еще ряд отрицательных моментов. Подобная система малоэффективна при движении на малых скоростях и абсолютно бездейственна на неподвижном автомобиле с работающим на холостых оборотах двигателем, т.к. давление картерных газов минимально. Кроме того, через открытую систему вентиляции картера при охлаждении сильно разогретого двигателя возможно подсасывание не отфильтрованного атмосферного воздуха внутрь двигателя, вместе с пылью и водяными парами. Нередки случаи, когда на автомобилях с большими пробегами система открытого типа становилась основной причиной износа ЦПГ и как следствие потери компрессии и расхода масла.
Более современной и эффективной альтернативой открытой вентиляции картера является закрытая (принудительная) вентиляционная система. Одной из ключевых деталей такой системы является клапан PCV, выводящий попавшие в картер двигателя газы во впускной коллектор с последующим сжиганием в камерах сгорания. Разные автопроизводители по-разному реализуют идею закрытого вентилирования, но в большинстве случаев каждая из схем предусматривает наличие одних и тех же элементов: клапана вентиляции (клапан PCV), маслоотделителя (может быть несколько, либо внутренние — в клапанной крышке с лабиринтом и отверстиями для стока масла, либо внешними в виде отдельной конструкции со стоком масла непосредственно в картер) и соединительных патрубков. Стоит отметить, что системы вентиляции картерных газов для бензиновых и дизельных моторов, имеют свои особенности, но в целом имеют схожие конструкции.
Работа системы PCV
Принцип работы системы принудительной вентиляции довольно прост. При возникновении разрежения во впускном коллекторе под его воздействием открывается клапан PCV и картерные газы подаются на впуск, а затем, смешиваясь с очищенным воздухом, в цилиндры двигателя. Для препятствования проникновения паров масла в камеру сгорания система предусматривает установку маслоотделителя. Современные моторы оборудуются сложной системой маслоотделителей. Так, маслоотделитель лабиринтного типа способствует замедлению движения газов из картера. Это обеспечивает оседание маслянистых капелек на стенки и последующее их стекание в картер либо под клапанную крышку.
В некоторых современных двигателях дальнейшая очистка масла от картерных газов происходит при помощи центробежного маслоотделителя, который придает отработавшим газам вращение. Под влиянием центробежной силы частицы масла задерживаются на стенках и затем стекают в картер. Окончательная очистка масла от выхлопных газов производится в выходном лабиринтном успокоителей.
Клапан PCV – особенности конструкции.
Ключевая роль клапана PCV в системе закрытой вентиляции картера заключается в функции регулировки давления газов в картере путем их перепуска во впускной коллектор и поддержание разрежение во впускном коллекторе. В режиме ХХ и при торможении двигателем разрежение в коллекторе максимально (дроссель лишь чуть приоткрыт либо закрыт полностью), однако количество картерных газов не так велико, поэтому для полноценной вентиляции достаточно канала с небольшим проходным сечением. В таком режиме под действием большого разрежения золотник клапана полностью втягивается, но при этом канал перепуска картерных газов в значительной степени перекрывается, пропуская лишь небольшое их количество.
При нажатии на педаль акселератора и при высоких нагрузках количество отработавших газов в картере существенно возрастает. Золотник клапана занимает такое положение, чтобы обеспечить максимальную пропускную способность канала. Существует еще и так называемый режим обратной вспышки, при котором горящие газы из цилиндра прорываются во впускной коллектор. В этом случае клапан PCV находится под действием давления, а не разрежения, поэтому полностью закрывается, исключая возможность поджога находящихся в картере паров топлива и масла.
Признаки неисправности системы вентиляции картерных газов
В случае неисправности системы лабиринтов (существенное засосрение закоксовавшимся маслом) возникает небольшой, но заметный расход масла (в районе 0,1-0,5л на 1000км), на свечах появляются следы сгоревшего масла в виде крупы или «ржавчины», а в камере сгорания — нагар, все это ошибочно принимают за умершие маслосъемные колпачки или даже кольца, хотя дело совсем не в них. В некоторых случаях, особенно в холодное время года и медленному движению по пробкам, возможно постепенное оседание масляного тумана в виде жидкого масла прямо во впускном коллекторе, что приводит к проблемам холодного пуска, при запуске масло из раннеров попадает во впуск и заливает все вокруг, в т.ч. свечи, клапана и камеру сгорания, мешая нормального смесеобразованию и воспламенению горючей смеси. И когда запуск удается — попавшее масло начинает гореть в виде синего дыма, что опять же списывают на умершие маслосъемные колпачки…а на самом деле копать надо в систему вентиляции картера. Неправильная работа системы PCV может являться одной из причин загрязнения дросселя, клапана холостого хода, загрязнения воздушного фильтра, воздушной магистрали (патрубки и впускной коллектор), течи масла и выдавливания сальников и прокладок, чаще наружу, чем внутрь. Забившиеся патрубки системы вентиляции создают избыточное давление в картере двигателя, в результате чего отработавшие газы вместе с маслом будут искать альтернативные пути выхода. На начальных стадиях, когда система связанная с клапаном PCV забита (чаще всего забивает сам клапан, реже забивает маслоотделитель, лабиринты и патрубки), вентиляция начинает работать неправильно и масляные пары вместе с газами начинают поступать через вентиляционную трубку, первый признак этого — быстрое загрязнение дросселя со стороны входного патрубка. В некоторых автомобилях свежий воздух берется прямо из короба воздушного фильтра — при неисправности системы PCV фильтр начинает забрасывать маслом, а в некоторых случаях, т.к. картерные газы очень горячие, то возможно даже оплавление фильтра из синтетического материала и как следствие — лишение автомобиля системы фильтрации воздуха. В случаях когда забиты уже обе трубки, последствия плачевнее, начинает выкидывать щуп, также возможно образование масляных подтеков в местах уплотнений и соединений (прокладки, сальники). Совсем неприятный вариант – выдавливание сальников коленвала или уплотнителей масляного фильтра с значительными потерями объема масла. Некорректная работа самого клапана PCV может привести к неправильному учету поступающего воздуха, и приготовлению переобогащенной или переобедненной смеси, в зависимости от режима работы. В случае если клапан начинает пропускать газы во все стороны (разрушились поршеньки либо пружины), начинается сильный подсос воздуха во впускной коллектор, разрежение в нем падает, со всеми неприятностями в виде повышенного расхода топлива, неустойчивого либо повышенного холостого хода, обеднения горючей смеси, ухудшения работы вакуумного усилителя тормозов. Причем Check Engine может и не загораться, т.к. пропусков воспламенения обычно нет.
Как работает система вентиляции картера, каких подлостей от нее ждать
Для чего предназначена система вентиляции картера двигателя, понятно из ее названия. Но почему картер необходимо вентилировать? Как показывает практика, точность ответа на этот вопрос сильно зависит от того, приходилось ли раньше тому или иному владельцу сталкиваться с проблемами, которые система вентиляции способна создавать. Если не приходилось, случается, что о том, из-за чего картер нуждается в вентиляции, равно как и том, как она реализуется, автовладелец может и не догадываться.
Все упирается в прорыв газов в картер. Как бы ни были хороши поршневые кольца, полную герметизацию пространства над поршнем, где происходит рабочий процесс, они обеспечить не могут. В результате под действием высокого давления из надпоршневого пространства в картер проникают не только продукты сгорания горючей смеси, но на такте сжатия и некоторая часть самой горючей смеси.
Если прорвавшиеся газы не отводить, давление в картере повышается, в результате чего картерные газы способны выдавить щуп масломера с последующим выбрасыванием масла из двигателя в моторное отделение и вызвать появление течей масла по прокладкам и сальникам. Вентиляция обеспечивает выравнивание давления в картере с атмосферным давлением, что позволяет избежать этих негативных последствий прорыва газов. Это и есть основная причина оснащения любого двигателя вентиляцией картера.
Однако в целую систему PCV (Positive Crankcase Ventilation) вентиляция превратилась благодаря экологии. Картерные газы токсичны. Поэтому широко применявшаяся некогда вентиляция с помощью сапуна с вытяжной трубкой, отводившей газы из картера прямо в атмосферу, примерно с середины 1960-х годов была запрещена сначала в США, а затем и в Западной Европе.
Сейчас сапуны открытого типа можно увидеть лишь на коробках передач, раздаточных коробках и других агрегатах, где их наличие обусловлено способностью воздуха от нагрева во время работы агрегата расширяться, из-за чего увеличивается давление внутри узла, что также чревато выдавливанием уплотнений и появлением течей.
В картерных газах присутствует масляная взвесь, которую во избежание высокого расхода моторного масла на угар и загрязнения узлов системы питания, находящихся во впускном тракте, необходимо отделять. Поэтому должен быть предусмотрен маслоотделитель, иногда также называемый маслоуловителем, или маслоотстойником, и каналы, по которым собранное масло возвращается в поддон.
Помимо этого, сообщение картерного пространства с впускным коллектором оказывает влияние на работу двигателя по причине снижения разряжения в коллекторе и добавления к воздуху, поступающему в цилиндры двигателя, того или иного количества картерных газов, которое существенно изменяется в зависимости от режима работы силового агрегата.
Например, маслоотделители могут быть встроенными в двигатель и при этом располагаться внутри клапанной крышки либо в блоке цилиндров, а могут быть выполнены как отдельный узел, расположенный на моторе.
В маслоотделителях используются лабиринтные и инерционные принципы улавливания масла. В первом случае поток картерных газов движется по каналам, резко изменяющим направление. При этом капельки масла оседают на стенках лабиринта, затем объединяются в крупные капли и стекают вниз, где попадают в сливные каналы и возвращаются в поддон двигателя.
В маслоотделителях центробежного типа капельки масла под действием сил инерции отбрасываются и прилипают к стенкам, а далее опять-таки стекают вниз.
Клапаны PCV в свою очередь бывают золотниковые и мембранные. С точки зрения более точного дозирования количества картерных газов мембранные считаются лучшими, но, впрочем, это не так уж и важно. Важно, что неисправность клапана ведет к нарушению состава горючей смеси. Отсюда начинаются проблемы, которые в эксплуатации способна создавать вентиляция картера.
Коварство системы вентиляции заключается в том, что неполадки в ней могут не оказывать сильно заметного влияния, а если и начинают сказываться уменьшением мощности, увеличением расхода топлива, слишком быстрым загрязнением дроссельной заслонки, регулятора холостого хода, замасливанием воздушного фильтра и прочими проблемами, то их списывают на неисправности других систем, прежде всего систем питания и зажигания.
По словам специалистов, некоторые модели двигателей, отвечающих экологическим требованиям от Евро-4 и выше, при неполадках с вентиляцией способны «свалиться» на работу в аварийном режиме, однако и при этом компьютерная диагностика не указывает на истинного виновника. Поэтому чаще всего лишь когда система засорилась настолько, что картерным газам не остается ничего другого, как выдавить щуп масломера и выгнать масло из двигателя, на вентиляцию наконец-то обращают внимание.
Но в зимний период эксплуатации вентиляция способна на настоящие подлости. Ко всему прочему в картерных газах содержатся водяные пары. Откуда им взяться? Из атмосферного воздуха, поступающего в двигатель, разумеется.
И опять-таки, к сожалению, не во всех инструкциях по эксплуатации есть указания по уходу за системой вентиляции картера. Он должен заключаться в периодической очистке полостей вентиляционных шлангов, маслоотделителя, калиброванных отверстий и других узких мест в системе.
При этом обслуживание системы в существующих указаниях по уходу рекомендуется проводить одновременно с очередной заменой масла в двигателе либо через одну замену. Однако как часто подобные рекомендации используются на СТО, в гаражах, владельцами, самостоятельно обслуживающими свои машины? Как в такой ситуации говорят философы, вероятность есть всегда, в данном случае она равна нулю.
Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора
ABW.BY
Благодарим за помощь в организации фотосъемки Ресурсный центр на базе автомеханического колледжа имени академика М.С.Высоцкого
Вентиляция картерных газов. Как работает PCV. Проблемы и последствия
Для начала немного истории.
Это можно считать первой системой вентиляции картерных газов. Вплоть до 70х годов ее наличие было прерогативой исключительно спецтехники, а на автомобиля красовался в основном гордый сапун. Об этой системе начали вспоминать, когда начало набирать популярность экологическое движение, да и количество автомобилей существенно увеличилось
Теперь пару слов о том, что такое картерные газы. Это смесь паров воды, масла и бензина со взвешенными в их объеме каплями моторного масла. По токсичности превосходят выхлопные газы. Обладают способностью интенсивно окисляться при нагреве, то есть легковоспламеняемы.
Давайте сначала рассмотрим наиболее примитивную, и наиболее надежную систему. В ней нет управляемых элементов, а работает она за счет разницы давление.
Что происходит на холостом ходу представлено на рисунке ниже
Владельцам такой системы (повальное количество инжекторных и карбюраторных ВАЗов, а также многих иномарок рекомендуется не заюывать об очистке жиклера, который может находиться как в клапанной крышке, так и корпусе дроссельной заслонки (инжекторные ВАЗы например)
В любом типе этих систем применяется маслоотделители. Их конструкция сильно разнится: от банальных пружинок в трубке сапуна и отстойника в блоке (карбюраторные классические ВАЗы),
Более современный вариант применен на «зубилах», где отстойник упразднен и применяется маслоотделитель лабиринтного типа, вмонтированный в клапанную крышку
Параллельно на иномарках часто применялся выносной маслоотделитель с вмонтированным клапаном PCV, о работе которого мы поговорим ниже
и современные варианты лабиринтного типа с мембраной (часто встречается на немецких моторах)
Как видите, системы выглядят абсолютно по-разному, но работают по одним и тем же принципа и выполняют одну и ту же функцию, различаясь лишь конструктивно.
Теперь же чуть подробнее про сам клапан PCV. Разберем самый простой вариант с подпружиненным клапаном, работающем, опять-таки на разнице давлений, потому что остальные варианты делают то же самое, но управляются другими способами.
Рассмотрим иллюстрацию, облетевшую весь интернет. Проще и доходчивее просто некуда
Зарубежными производителями часто применялся PCV клапан с термостатом. На холодном двигателе термостат, преодолевая силу пружины приоткрывал PCV клапан больше, чем это необходимо для режима холостого хода, обеспечивая отвод большего количества картерных газов непрогретого, и работающего на обогащенной прогревочной смеси двигателя. Непрогретая поршневая группа так же добавляла обьема картерных газов своей пониженной герметичностью.
Естественно,такое обогащение топливной смеси учитывалось достаточно сложными системами зарубежных карбюраторов и до переобогащения смеси дело не доходило.
Современные системы управления двигателем очень точно измеряют количество воздуха, расходуемого мотором, а также имеют информацию о фактическом составе смеси и в некоторых случаях и об объеме образованных картерных газов. Такие системы имеют PCV клапаны, управляемые ЭБУ с помощью ШИМ сигналов, либо с применением шаговых двигателей, что дает возможность очень точно контролировать объемы впускаемых картерных газов в цилиндры и держать мотор в стабильном режиме.
Подробнее остановимся на последствиях каждой из них
Пониженная производительность проявляется прежде всего обильным масляным запотеванием всех уплотняющих элементов мотора. Иногда давление в картере поднимается настолько, что выбивает масляный щуп либо вырывает сальники, но это крайние случаи и чаще всего сопровождаются критичным износом цилиндропоршневой группы. В простейших системах с жиклером наблюдается сильное загрязнение воздухопроводов между дроссельной заслонкой и воздушным фильтром, а также лицевой части дроссельной заслонки. Масляные пятна на воздушном фильтре тоже не редки.
Лечится полной разборкой и промывкой всех составляющих частей.
Негерметичность системы с атмосферой проявляет себя чуть иначе. воопервых можно услышать шипение воздуха на слух. Холодный запуск может быть затруднен. После прогрева двигателя проблема остается. На высоких оборотах наблюдается обеднение смеси. Нужно отметить что так себя будет проявлять любая негерметичность впускного тракта в системах с расходомером воздуха.
Хочу заметить, что если есть проблемы с цилиндропоршневой группой, то даже исправная система ВКГ не справится с существенно увеличившимся потоком картерных газов. И, несмотря на то, что кажется что системе не хватает производительности, ремонт нужно начинать все-таки с ремонта поршневой.
Как видите, ВКГ может довольно сильно запачкать впуск маслом, обеспечив прекрасную возможность системе EGR забиться наглухо. Но винить во всех смертных грехах у нас принято именно злоcчастную EGR. И если сравнить количество людей, которые приезжают с просьбой вырезать EGR, и после этой операции недоуменно смотрят на вновь грязный впуск, с количество людей, приехавшими на обслуживание ВКГ, то количество вторых находится на уровне статистической погрешности, что говорит о низком уровне технической грамотности в стране.
Обслуживайте свои моторы качественно, содержите их в чистоте не только снаружи, и разбирайтесь в ньюансах работы. Это интересно, полезно и экономит кучу нервов и денег.