Неисправность системы вентилирования картерных газов может привести к повышенному расходу масла и даже необходимости капитального ремонта двигателя. 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.
Содержание
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.
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 системы турбонаддува, 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 впускных коллекторов с выхревыми заслонками 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:
- повышенный расход масла;
- обильные запотевания в местах установки сальников, прокладки ГБЦ, БЦ, поддона. По мере износа цилиндропоршневой группы двигателя количество прорывающихся в картер газов увеличивается, поэтому нагрузка на систему возрастает. Но симптомы повышенного давления в картере могут проявить себя и на исправном автомобиле. В морозное время года в патрубках системы скапливается конденсат, который при замерзании полностью блокирует вентиляцию картера. От повреждения сальников часто в таком случае спасает щуп, который выдавливает из посадочного места;
- двигатель троит, плавают обороты. Причина — негерметичность клапана либо магистрали от клапана к впускному коллектору, из-за которой происходит подсос неучтенного воздуха;
- моторное масло в воздушном фильтре, патрубке впускного тракта. Причина в забитом фильтрующем элементе;
- при стоянке и движении на небольшой скорости система кондиционирования засасывает в салон выхлопные газы. На автомобиле негерметичны патрубки от картера до клапана PCV, из-за чего подкапотное пространство насыщается выхлопными газами.
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 закрытых системах вентиляции, коими оборудованы все современные моторы, картерные газы отводятся во впускной коллектор, после чего возвращаются в цилиндры двигателя. Закрытые системы не сообщаются с атмосферой, а стало быть, не загрязняют окружающую среду углеводородными соединениями — несгоревшим топливом, продуктами неполного сгорания топлива, масляными парами, которыми насыщены картерные газы, а позволяют им с пользой догореть в цилиндрах.
Но только этим достоинства закрытой вентиляции не ограничиваются. Открытая вентиляция работала за счет разряжения, возникающего у среза вытяжной трубки, однако обязательным условием создания достаточного для интенсивной вентиляции разряжения было движение автомобиля — чем быстрее, тем разряжение выше. Работу закрытых систем обеспечивает разряжение во впускном коллекторе, поэтому вентиляция начинает функционировать сразу же с запуском двигателя. При этом небольшое разряжение создается и в картере, что повышает надежность уплотнений.
В недостатках — усложнение конструкции двигателя. Закрытая система вентиляции требует наличия каналов в блоке и головке цилиндров, а также патрубков и шлангов, по которым циркулируют картерные газы.
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.
Наконец, для нормального функционирования системы вентиляции требуется подвод свежего воздуха в картерное пространство, иначе вместо повышенного давления в картере, с которым вентиляция призвана бороться, возможен обратный эффект — чрезмерное разряжение.
Это общие положения, относящиеся к системам вентиляции, но что касается их исполнения на том или ином двигателе, то тут, как говорится, сколько производителей, столько и вариантов. Кроме того, на исполнение влияет экологический класс силового агрегата, тип двигателя — бензиновый или дизельный, наличие турбонаддува.
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.
Способы согласования работы системы вентиляции с работой двигателя тоже бывают разными. В карбюраторных моторах, двигателях с моновпрыском и нередко при распределенном впрыске вопрос решался с помощью двух каналов подвода картерных газов, один из которых выводили перед дроссельной заслонкой, а второй, заканчивающийся калиброванным отверстием (жиклером), — за ней. При работе на холостом ходу газы поступали по каналу с жиклером за дроссельной заслонкой, но когда по мере открытия дроссельной заслонки и увеличения оборотов коленвала разряжение за заслонкой уменьшалось, но количество газов, прорвавшихся в картер, увеличивалось, из-за чего этот канал переставал справляться со своими обязанностями, в дело вступал первый канал.
Однако наибольшее применение получили клапанные системы регулирования. В них проходное сечение в трубопроводе подвода картерных газов изменяется с помощью клапана в обратной зависимости от разряжения во впускном коллекторе — чем сильнее разряжение, тем меньше проходное сечение клапана и наоборот.
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.
Клапаны, как известно, могут потерять подвижность или, говоря проще, заклинить в каком-то положении. У мембранных клапанов сомнение вызывает также надежность и долговечность материала мембраны. Заклинить клапан может из-за засорения. В картерных газах присутствуют мелкодисперсные частички сажи и нагара. Чем хуже техническое состояние двигателя, тем их больше. Опять же в мелких капельках масла могут находиться еще более мелкие инородные включения. Чем хуже обслуживается двигатель, тем включений больше. Эта грязь откладывается не только в клапане PCV, но и в калиброванных отверстиях, патрубках системы вентиляции. Опять же патрубки могут прорваться — их материал отнюдь не вечен.
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.
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.
Перемещаясь по системе, пар может конденсироваться в «закоулках», после чего при низких температурах окружающей среды влага изменяет агрегатное состояние, превращаясь в лед. Он в свою очередь закупоривает какое-то «узкое место» системы. Картерным газам опять-таки не остается ничего другого, как выдавить щуп масломера и начать выгонять наружу моторное масло. Причем если засорения системы вентиляции нагаром при исправной работе силового агрегата и его своевременном обслуживании качественными расходными материалами можно ждать бесконечно долго, то обмерзание — вопрос очень короткого времени.
Проблема обмерзания известна разработчикам двигателей, о чем свидетельствует наличие встроенных в систему вентиляции обогревов. На приведенной выше схеме системы вентиляции дизелей 1.6 и 2.0 TDI Volkswagen функцию обогрева выполняет нагревательный резистор. К сожалению, нередко этими обогревами оборудуется вентиляция картера только тех моторов, которые предназначены для автомобилей, продающихся в странах с холодным климатом, — так называемое северное исполнение. Если подогрев не предусмотрен или он неисправен — жди сюрпризов.
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
| ПОДЕЛИТЬСЯ: |
| Расход картерных газов в машинах с дизельным двигателем | |
| Мощность двигателя | от 280 до 450 литров |
| Объемный расход картерных газов на режиме холостого хода | 4-120 л/мин |
| Объемный расход в режиме номинальной мощности | 140-130 л/мин |
| Массовый расход в режиме холостого хода | 0,7-5 г/ч |
| Массовый расход на режиме номинальной мощности | 5-10 г/ч |
Самодельный прибор для измерения картерных газов
Используя подручные материалы, можно измерить давление картерных газов, выраженное в литрах в минуту. Операцию удобнее выполнять с помощником. Понадобятся следующие материалы:
- Часы с секундной стрелкой или секундомер.
- Большое ведро или таз.
- Садовый шланг длиной не менее 1,5 метров.
- Пластиковая канистра для воды объемом 5-6 литров.
Вначале нужно отключить и заглушить продувочные шланги. Далее потребуется набрать немного воды в таз. Канистру заполнить доверху водой и закрыть крышкой. Теперь ее нужно перевернуть, поставить в таз и аккуратно открыть крышку.
Запускается двигатель. Один конец шланга подключают к маслозаливной горловине, другой загибают вверх и опускают в канистру. Когда газы начнут выходить, важно сразу засечь время по секундомеру. Если движок работает нормально, показатели не должны превышать 20л/мин.
Когда требуется диагностика вентиляции картерных газов
Когда автомобиль исправен, проверку можно не проводить. Но после капитального ремонта мотора подобная процедура обязательна. Она позволяет убедиться в точном геометрическом соответствии подобранных деталей. Рекомендуется проведение осмотра при подозрительно высоком расходе масла в машинах с открытыми вентиляционными системами.
Если система закрытая, диагностику осуществляют при попадании масла во впускной коллектор. Эта операция может производиться с целью обнаружения повреждений двигателя. Например, часто проблемы бывают вызваны износом уплотнителей стержней клапанов или поршневых колец.
Вентиляция способна достаточно долго прослужить, так у нее простая конструкция. Обычно встречаются только две поломки, первая — забиваются сепараторы клапанной крышки. Второй вариант — выход клапана из строя.
Клапан работает в нескольких режимах, а его положение зависит от состояния двигателя. На холостом ходу он открывается частично и не пропускает газы полностью. По мере открытия дроссельной заслонки зазор увеличивается.
Когда двигатель заглушен, зазор закрывается до конца. Если клапан закоксовывается или лопается, то начинает работать неправильно. В такой ситуации он всегда открыт или наоборот, закрыт.
| Работа вентиляционного клапана | ||||
| Состояние мотора | Остановлен | Холостой ход | Нормальная работа | Высокая нагрузка и ускорение |
| Положение клапана | ||||
| Клапан PCV | Закрыт | Приоткрыт | Нормально открыт | Открыт полностью |
| Разряжение во впускном коллекторе | Отсутствует | Высокое | Среднее | Низкое |
| Поток картерных газов | Отсутствует | Малый | Средний | Большой |
Какие способы проверки лучше не использовать
Существует мнение, что можно приложить к крышке маслозаливной горловины лист картона и по его вибрациям поставить диагноз. Но данная методика не является верной, так как результаты проверки сильно разнятся для разных моделей авто. Также влияет степень износа элементов двигателя.
В каких случаях наличие масла в сапуне не связано с картером
Перед диагностикой рекомендуется убедиться, что неприятные симптомы действительно связаны с газами. Попадание масла возможно и в других случаях, например, если залито большее количество жидкости, чем положено по нормативам. Возможно, что сапун установлен неправильно, и его перемещение устранит проблему.
Иногда масло проникает из внутренних элементов силового агрегата, в том числе, форсунок. Влияет и манера вождения, а также состояние дорожного полотна. Масляные частицы могут оставаться при активном перемещении мотора в поперечном направлении.
Вывод
Высокое давление картерных нередко говорит не только о засорении, но и повреждении мотора. Сильное разряжение при большом пробеге тоже не является признаком отличного состояния двигателя. Придется произвести диагностику всей системы, чтобы определить причины отклонений. Если вентиляционная система засорена, ее можно прочистить самостоятельно.