СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРНЫХ ГАЗОВ

При работе поршневого двигателя некоторое количество отработавших газов из камеры сгорания поступают в картер двигателя. Эти газы повышают давление в картере, что отрицательно сказывается на работоспособности уплотнительных элементов двигателя.

Также эти газы ухудшают свойства моторного масла, что приводит к нарушению нормальной работы системы смазки. Эти явления частично устраняет система вентиляции картерных газов (PCV- positive crankcase ventilation). В технической документации по ремонту и обслуживанию автомобилей этой системе уделяется мало внимания, несмотря на то, что на современных двигателях нарушение нормальной вентиляции картера может существенно влиять на работоспособность не только системы управления двигателем, но и двигателя в целом.

Для нормальной работы системы вентиляции картера необходимо два важных момента: первый – подвод свежего воздуха; и второй – отбор вредных газов. Поэтому системы вентиляции картерных газов по способу подвода свежего воздуха можно разделить на системы открытого и закрытого типа. Открытые системы вентиляции картера забирают свежий воздух напрямую из окружающей среды. Закрытые системы для подвода свежего воздуха используют элементы системы питания (впускной тракт после воздушного фильтра). По способу отвода картерных газов все системы подразделяются на эжекционного и принудительного принципа действия. Эжекционные системы вентиляции картера отводят картерные газы в окружающую среду. Системы принудительной вентиляции картера подводят картерные газы к впускному коллектору.

Все автомобильные двигатели до 1961 года имели открытую систему вентиляции эжекционного принципа действия. Для отвода газов из картера применялась эжекционная трубка, располагавшаяся вдоль двигателя и заканчивавшаяся у нижнего края поддона картера. При движении автомобиля у края трубки создается легкое разрежение, улучшающее вентиляцию картера. В 1952 году профессор Хааген-Смит (A. J. Haagen-Smit) из Калифорнийского Технологического Института доказал, что основой смога являются несгоревшие углеводороды, а бензиновые двигатели являются основным источником этих углеводородов. Компанией GENERAL MOTORS были проведены исследования, в результате которых выяснилось, что основное количество этих веществ поступает в атмосферу через эжекционную трубку системы вентиляции картерных газов. Результатом этих исследований стало то, что начиная с 1961 г. все автомобили, продаваемые в Калифорнии, должны были быть оборудованы системой вентиляции принудительного принципа действия, а начиная с 1962 г. действие этого правила распространилось и по всей территории США.

На всех современных двигателях данная система является системой принудительного принципа действия. Далее речь будет идти только о системах вентиляции картерных газов бензиновых двигателей. Эти двигатели характеризуются тем, что во впускном тракте установлена дроссельная заслонка для регулирования мощности двигателя в зависимости от условий движения автомобиля.

Наиболее распространенные системы принудительной вентиляции картера двигателей европейского производства до середины 90-х годов характеризуются наличием двух каналов отбора картерных газов. Первый канал вводится в пространство за дроссельной заслонкой, второй – перед дроссельной заслонкой. При работе двигателя на режиме холостого хода дроссельная заслонка полностью закрыта, и создаваемое поршневой группой двигателя разрежение находится в пространстве за ней. Поэтому для обеспечения нормальной вентиляции картера на этом режиме использовался первый канал системы вентиляции картерных газов. Однако из-за высокого разрежения во впускном коллекторе, для ограничения количества отводимых картерных газов, этот канал вентиляции картера сообщается с впускным коллектором через калиброванное отверстие (дроссель). Диаметр дросселя подбирается таким образом, чтобы обеспечить нормальную вентиляцию картера и для поддержания удельного расхода масла в ТУ.

Однако при открытии дроссельной заслонки с ростом оборотов двигателя увеличивается количество отработавших газов в картере двигателя, и система вентиляции на режиме холостого хода не справляется со своими функциями. Для устранения этого явления применяется второй канал отбора картерных газов, подключаемый к впускному коллектору до дроссельной заслонки. В этом случае этот канал вентиляции начинает работать только при открытии дроссельной заслонки, не влияя на работу данной системы на режиме холостого хода. Канал, обеспечивающий вентиляцию картера на холостом ходу двигателя, продолжает подавать картерные газы во впускной коллектор. Такие системы вентиляции картерных газов применялись на большинстве автомобилей европейского производства практически до конца прошлого века. Например, все двигатели ВАЗ, практически все двигатели автомобилей OPEL рабочим объемом 1.2-1.6 л (рис.1). Достоинством этих систем вентиляции картера является их относительная простота. Их основной недостаток – грубая корректировка количества отбираемых картерных газов в зависимости от режима работы двигателя.

При постоянно ужесточающихся нормах токсичности, совершенствовались системы управления бензиновых двигателей с впрыском топлива и контролем состава топливовоздушной смеси. Двигатели стали работать на более обедненных смесях. Это вызвало необходимость более точного регулирования количества картерных газов, поступающих во впускной коллектор в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. В таких системах имеется только один канал подвода картерных газов к впускному тракту, в пространство до дроссельной заслонки. Такие системы устанавливались на двигателях OPEL 1.8-2.0 л. с распределенным впрыском (18SEH, C20NE), на двигателях VOLKSWAGEN 1.4-1.6л.(AEE, AEX, APQ). Основным недостатком является то, что все картерные газы проходят через регулятор холостого хода и корпус дроссельной заслонки, вызывая их быстрое загрязнение. Вследствие этого довольно часто возникали проблемы с оборотами холостого хода по причине загрязненности регулятора холостого хода или корпуса дроссельной заслонки.

В настоящее время наиболее широкое распространение получила система вентиляции картерных газов, использующая в качестве регулирующего элемента клапан переменного сечения. Родоначальником такой организации вентиляции картера двигателя по праву считается компания GENERAL MOTORS, разработавшая первый регулируемый клапан (клапан PCV) в 1958 г. Ранние системы вентиляции картера с применением клапана PCV представляли собой системы принудительной вентиляции картера открытого типа. Примером применения такой вентиляции может служить система вентиляции картера автомобиля ЗИЛ 130. В данной системе все картерные газы подводятся в пространство за дроссельной заслонкой и дозируются в зависимости от величины разрежения во впускном коллекторе. Свежий воздух поступает через маслозаливную пробку, в которой установлен фильтр. Дальнейшая эволюция этих систем привела к тому, что данные системы стали системами закрытого типа (рис.2). Примерами такой организации вентиляции картера могут служить системы вентиляции картерных газов большинства двигателей автомобилей японского и американского производства (двигатели V6D1 ISUZU, 6G74 6G72 Mitsubishi), а также на части двигателей европейского производства (двигатель AWT концерна VAG). Основным элементом данной системы, дозирующим количество отбираемых картерных газов, является клапан PCV. Это устройство, по сути, – регулируемый клапан переменного сечения. Проходное сечение клапана зависит от разрежения во впускном коллекторе, причем, эта зависимость является обратной, т.е. чем выше разрежение, тем меньше проходное сечение клапана, и наоборот. Конструкция клапана PCV постоянно усовершенствовалась для оптимизации количества отбираемых картерных газов в зависимости от режима работы двигателя. На данный момент можно выделить три основных конструктивных решения построения этого устройства: шариковый, золотниковый и мембранный. Первые два типа отличаются только конструкцией дозирующего механизма и работают в принципе одинаково, поэтому принцип работы будет рассмотрен на примере золотникового клапана (рис. 3). При выключенном двигателе клапан полностью закрыт, и газы не поступают во впускной коллектор на режиме холостого хода. Под действием высокого разрежения золотник клапана занимает такое положение, при котором проходное сечение клапана наименьшее (минимальный отбор картерных газов) На режиме средних нагрузок, под действием меньшего разрежения клапан приоткрывается, тем самым увеличивая количество проходящих во впускной коллектор картерных газов. У этих клапанов есть один существенный недостаток – на режимах максимальных нагрузок эти типы клапанов не обеспечивали нормальной вентиляции картера. От этого недостатка удалось избавиться применением мембранного клапана, т.к. у этого типа клапанов увеличено проходное сечение, они способны более точно дозировать количество отбираемых картерных газов во всем диапазоне рабочих режимов двигателя. Мембранные клапана PCV устанавливаются на двигатели AUDI А8 (AUW), PEUGEOT 307 (EW10AF). Система вентиляции, использующая данный тип клапана, представлена на рис.4

На двигателях, оснащенных турбокомпрессором, в систему вентиляции картерных газов устанавливается предохранительный клапан, задача которого – не допустить увеличения давления в системе вентиляции картера выше заданной величины. В случае увеличения давления предохранительный клапан открывается, и картерные газы поступают на вход компрессора и далее, через интеркуллер, во впускной коллектор.

Для уменьшения загрязнения дроссельной заслонки, регулятора холостого хода, а также для уменьшения удельного расхода масла необходимо картерные газы очищать от частиц масла, поступающих из картера. Для этой цели практически во всех системах вентиляции картера современных двигателей применяется маслоотделитель. Все маслоотделители, вне зависимости от конфигурации, по своей конструкции являются лабиринтными, т.е. газы, проходящие через это устройство, меняют направление своего движения, и частицы масла, как более тяжелые, оседают на стенках лабиринта, откуда возвращаются в поддон картера по специальным каналам. По своему расположению маслоотделители находятся как внутри двигателя, так и могут быть отдельными навесными устройствами (большинство двигателей 1.4- 1.6л. концерна VAG). Внутри двигателя маслоотделители могут находиться в клапанной крышке (двигатели АВС, AAH от AUDI), в блоке цилиндров (двигатели AWT, AEB концерна VAG).

На двигателях, использовавших карбюраторную систему питания, неисправности системы вентиляции картера, как правило, не оказывали слишком существенного влияния на работу систем зажигания и питания. На современных двигателях, использующих системы впрыска топлива и отвечающих нормам токсичности ЕВРО-3 и выше, нарушение нормальной работы системы вентиляции картера может приводить к полной потере работоспособности системы управления двигателем. В этом случае система управления переключается на аварийный режим работы (режим «ХРОМАЙ ДОМОЙ») для обеспечения возможности доехать до ближайшего автосервиса. Поэтому при диагностике систем управления двигателей целесообразно уделять должное внимание вентиляции картера.

Константин МАКАРЕНКО

Журнал “Авто-Мастер” декабрь 2010 года

http://a-master.com.ua/archives/1677

Related Post

Leave a Reply

Your email address will not be published.