Повышенное давление картерных газов

Обновлено: 07.07.2024

Все мы обожаем искать сложные ответы на простые вопросы. И повышенный расход масла - один из таких примеров. Однако, очень часто решение лежит буквально на поверхности. Да, бывают сложные случаи: когда необходима замена поршневых колец, маслосъемных колпачков или вовсе капремонт поршневой группы. Но нередко проблема постоянных доливок масла кроется в неработающей вентиляции картера. Решить которую вполне по силам самостоятельно. Об этом и поговорим. Но для начала, чуть-чуть теории.

Как вы уже наверняка знаете, в цилиндре сжигается топливовоздушная смесь, и под действием её взрыва поршень идет вниз, совершая полезную работу. Но поршень не просто болтается в своём "колодце" с зазором в палец, и также не трётся вплотную о стенку цилиндра. Между стенкой цилиндра и самим поршнем есть поршневые кольца . Да-да, те самые, которые со временем "залегают", но сегодня не об этом. Так вот, как бы точно не был собран двигатель, в микрозазор между кольцами и стенкой всё равно прорывается небольшая часть газов, которые образуются в такт рабочего хода. А с годами объем таких "убежавших" во время работы постепенно увеличивается. Что происходит? В картерном пространстве растёт давление. И чем выше обороты и старше двигатель - тем выше давление картерных газов. А теперь смотрим, что из этого следует. Как мы знаем из школьного курса физики и статьи про прокачку тормозов - жидкости не сжимаемы. То есть, постоянно увеличивающийся объем газов начинает "давить" на масло в картере. А тому деваться просто некуда: контур замкнут, сжаться оно не может. Единственный выход - это "побег" через сальники, манжеты и прочие уплотнения. Двигатель начинает активно "потеть" маслом.

Вот такая красота творится в корпусе маслоотделителя большинства не новых автомобилей. Разумеется, нормально вентилироваться и отделяться ничего не будет (кадр из видео по ссылке ниже)

Так, стоп! Но не могут же инженеры из года в год знать о проблеме и ничего не делать? Конечно. И для снижения картерного давления служит система вентиляции картерных газов (ВКГ). Что она из себя представляет? Ну если очень условно, то это просто канал, по которому давление газов стравливается из картера. Куда? По хорошему, надо бы наружу, на улицу. Кстати, на старых машинах и современных тюнинг-карах оно так и сделано. Но так как все автопроизводители давно и упорно делают вид, что очень беспокоятся за чистоту атмосферы, то газы отводятся обратно в контур воздушного питания. Как правило, в гофру аккурат перед дроссельной заслонкой.

Если есть вентиляция, то при чем здесь расход масла?

Терпение, сейчас всё объясню. Дело в том, что система вентиляции имеет свойство элементарно забиваться. Обычно, она представляет собой сеть каналов хитрой формы, расположенных в районе клапанной крышки. По этим каналам картерные газы в перемешку с маслом стремятся снизу-вверх, к выходу во впуск, так как это путь наименьшего сопротивления. Для разделения газов и жидкости установлен маслоотделитель , попадая в который, смесь окончательно сепарируется: масло стекает обратно в картер, а газы идут через мембрану и далее во впуск, как говорилось выше. Мембрана служит обычным клапаном: пропускает газы в сторону впуска и не позволяет воздуху проникать обратно, чтобы не "раздувать" картерное пространство еще сильнее. Со временем на стенках каналов маслоотделителя формируется слой нагара и грязи, который значительно снижает эффективность отвода газов - вентиляция не справляется, картерное давление растет. А рано или поздно грязь "перерубает" проход газам совсем. И вот тогда сразу начинаются все чудеса, описанные в первом абзаце.
Но более вероятен второй сценарий: сами каналы еще худо-бедно продуваются, но настолько заросли отложениями, что уже не способны нормально отводить жидкую составляющую обратно в поддон. И вся эта "неразделенная" смесь бодро летит из картера прямиком во впуск, забрасывая маслом дроссель, и далее - впускной коллектор, клапаны и поршни. Получаем двойной эффект: и масло уходит, и двигатель постепенно загаживается изнутри.

Что делать?

Чистить вентиляцию. Также, периодически необходимо менять задубевшую мембрану маслоотделителя. Поверьте, и то и другое совсем несложно, а на расход масла может влиять непосредственным образом. И дабы не расписывать здесь простынями всю процедуру, приведу сразу два видеоролика. В одном я подробно показываю процесс на примере сложного двигателя TSI, в другом - на примере простого как три копейки ЗМЗ-409 от УАЗ. Сами можете убедиться, что принципиальная схема везде одинакова, и добраться до нужных деталей не составит проблемы даже новичку. Кстати, на моторе от VAG это делать даже проще чем на УАЗовском: не нужно снимать клапанную крышку. Но в обоих случаях всё, что вам потребуется - это пара-тройка часов свободного времени, да обычный набор инструмента. Дерзайте и результат вас порадует!

Снимаем маслоотделитель и меняем мембрану:

Снимаем клапанную крышку, чистим маслоотделитель и меняем прокладки:

Надеюсь, кому-то будет полезно!
Всем исправной вентиляции и стабильного уровня масла!

А У ВАС МАСЛО НЕ ТЕЧЕТ?

Начинать нужно с осмотра!

Начните с внешнего осмотра двигателя. Задубевшие или имеющие механические дефекты сальники коленвала, неплотно завернутый масляный фильтр, состарившиеся прокладки поддона картера и клапанной крышки могут стать причинами течи масла. Явным признаком того, что пора заняться герметичностью системы смазки служат заметные лужицы масла под машиной после длительной стоянки. Но в некоторых случаях выявить течь можно только при работающем двигателе. Например, если по каким-то причинам коленчатый вал имеет биение или в месте контакта с сальниками образовалась выработка.

Обратите внимание на выхлоп автомобиля. Дым сизоватого оттенка с явным специфическим запахом перегоревшего моторного масла указывает, что готовиться нужно к худшему: вам не избежать капитального ремонта двигателя, и причин, объясняющих именно такое решение проблемы, наберется немало, хотя бывают и более прозаические причины.

Чрезмерный уровень масла

Использование неподходящего типа масла

После окончания гарантийного срока многие автовладельцы начинают экспериментировать с моторными маслами, опираясь на авторитетное мнение всемирного информационного агентства ОБС (одна бабка сказала), не подозревая о том, что каждый двигатель рассчитан на использование масла с соответствующими эксплуатационными характеристиками, которые в обязательном порядке указываются в руководстве по эксплуатации. Поэтому, конечно же, не обязательно искать именно то масло, которое заливалось в дилерском техцентре во время гарантийного обслуживания, но как минимум вязкость по SAE, тип масла (полусинтетическое или синтетическое) и категория качества API обязательно должны соответствовать требованиям производителя авто.

Низкое качество масла

Современные масла разрабатываются для высоких нагрузок и сопутствующих им высоких температур. Соответственно, одной из задач производителей масел является снижение расхода масла на угар путем повышения его стойкости к высокотемпературному окислению.

Фальсифицированные же масла изготавливают только с одной целью - принести их создателю побольше быстрых денег. Поэтому ни о каком сбалансированном пакете присадок или высококачественном базовом масле речи быть не может, и окисляется такое масло в двигателе не хуже подсолнечного, попутно нанося непоправимый вред как системе смазки, так и всему двигателю в целом (читай - кошельку владельца). Поэтому, встречая в магазине канистру масла, пусть даже и известного производителя, но по цене гораздо ниже рыночной, задумайтесь: а почему так дешево? Бесплатный сыр сами знаете, где бывает.

Нерегулярное
техническое обслуживание

Выработавшие ресурс маслосъемные колпачки

Маслосъемные колпачки устанавливаются на стержне клапана и предназначены для недопущения попадания масла из пространства под клапанной крышкой в камеру сгорания через зазоры между втулками и стержнями клапанов. Причиной утраты функциональных возможностей могут быть ошибки при монтаже, приведшие к механическому повреждению, потеря эластичности вследствие длительной эксплуатации и разрыв стягивающего пружинного кольца.

Случай не критический, и устранение подобной ситуации скорее можно отнести к категории мелкоузлового ремонта. Во всяком случае, замена МСК на 4‑цилиндровом 16‑клапанном двигателе производится квалифицированным мастером за час-полтора.

Износ или повреждение направляющих втулок или стержней клапанов

Если зазор в паре втулка-стержень чрезмерно велик, то МСК могут не справляться со своей задачей - предотвращение попадания масла по стержню клапана в камеру сгорания.

Как правило, подобное происходит, когда двигатель выработал большую часть своего ресурса и нуждается в капремонте. Соответственно, и решение только одно - посещение техцентра.

Недостаточная степень очистки всасываемого воздуха

Опасность попадания во впускной коллектор загрязненного воздуха сопряжена не только с засорением топливных форсунок на инжекторных двигателях или жиклеров карбюраторов. Мелкие абразивные частицы, порой незаметные вооруженным глазом, попадая внутрь цилиндров, становятся причиной повышенного износа зеркала внутренней поверхности цилиндров и поршневых колец, что, в свою очередь, приводит к попаданию масла в камеру сгорания.

Избежать подобного довольно просто. Правильно установленный и своевременно заменяемый воздушный фильтр, надежно соединенные элементы впускного тракта не позволят случиться такой неприятности.

Но если уж по каким-то причинам подобное произошло, то без капремонта двигателя не обойтись.

Избыточное давление картерных газов

У любого двигателя, независимо от его состояния и года выпуска, имеет место явление прорыва картерных газов. Это происходит по причине того, что часть давления, создаваемого в камере сгорания, стравливается в картер. Со временем давление в картере достигает величины, при которой масло начинает продавливаться в цилиндры, в частности через направляющие втулки клапанов. Кроме того, при избыточном давлении из картера эвакуируется значительный объем масляного тумана, который через систему вентиляции клапана, при отсутствии адсорбера, попадает во впускной коллектор и далее в цилиндры.

Причинами могут служить изношенные или залегшие (закоксовавшиеся) поршневые кольца, износ или задиры поверхностей цилиндров, нарушение геометрии цилиндров. Но это крайние случаи, требующие проведения капремонта. Часто подобное явление наблюдается при нарушении в работе системы вентиляции картера.

Неполное сгорание топлива

При нарушении в работе топливной аппаратуры, системы зажигания или блока управления двигателем и его датчиков, а также при неисправности турбины (если она есть) процесс сгорания топлива может быть нарушен, или в цилиндры будет поступать переобогащенная смесь. В таком случае возникает риск растворения масляной пленки на стенках цилиндров и, соответственно, повышенного трения, что, в свою очередь, вызывает повышенный износ элементов цилиндро-поршневой группы. А еще не сгоревшие остатки топлива могут попасть в картер двигателя, что приведет к разжижению масла и образованию отложений, в том числе и в масляных каналах. И снова гарантирован повышенный износ.

Предупредить возникновение подобной ситуации довольно просто, особенно на машинах, не оснащенных катализатором. Всего лишь требуется регулярно проводить замеры токсичности выхлопа. Кроме того, симптомами неполного сгорания служат почерневшие свечи и снижение характеристик двигателя. А у машин с системами бортовой диагностики избыток топлива проявится по показаниям лямбда-зонда (правда, для этого придется заехать на станцию техобслуживания). Кстати, для владельцев авто, оснащенных каталитическим нейтрализатором, неполное сгорание может преподнести еще один пренеприятнейший сюрприз: катализатор будет перегреваться и преждевременно выйдет из строя.

В любом случае риск значительно снижается при регулярном проведении ТО.

Избыточное давление масла

В силу разнообразных причин в системе смазки может возникать чрезмерное давление масла, что неизбежно приведет к его вытеканию через сальники и уплотнители двигателя, а также к продавливанию внутрь цилиндров. Причин множество: неисправность редукционного клапана, засор магистралей системы смазки, масло неподходящей (повышенной) вязкости и т.д.

За исключением случая со слишком густым маслом, все остальные причины могут быть выявлены и устранены только специалистами СТО.

Поршневые кольца
не выполняют своих функций xe "íå âûïîëíÿþò ñâîèõ ôóíêöèé"

На поршень двигателя устанавливаются два типа поршневых колец: компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца (их чаще всего два) решают две задачи. Во-первых, исходя из названия, они необходимы для создания требуемого давления в камере сгорания. Во-вторых, они не допускают прорыва газов из цилиндра в картер двигателя. Маслосъемное кольцо (как правило, одно на каждом поршне) снимает избыток масла со стенок цилиндров, поддерживая оптимальной толщину масляной пленки. Причин, по которым, кольца перестают справляться со своими задачами, всего четыре:

Нормальный износ в процессе эксплуатации. Устраняется заменой колец (сразу на всех поршнях) при промежуточном и капитальном ремонтах двигателя.

Поломка одного или нескольких колец. Устраняется заменой колец (желательно сразу на всех поршнях). Кроме того, придется обязательно провести ремонт поверхности стенок цилиндра, на поршне которого произошла поломка. Обычно кольца ломаются или из-за заводского дефекта изготовления, или из-за неправильной установки на поршень при сборке двигателя.

Утрата эластичности колец. Устраняется заменой колец (сразу на всех поршнях) при промежуточном и капитальном ремонтах двигателя.

Залегание колец. Устраняется обработкой специальными составами.

Кольца залегают при использовании некачественного масла или масла несоответствующей марки, а также при нарушении межсервисных интервалов.

Кстати, при промежуточных ремонтах цилиндро-поршневой группы, сопряженных с заменой колец, лучше ставить кольца с повышенной приспосабливаемостью, которые характеризуются большей мягкостью, нежели оригинальные. Это обеспечит более безопасную и надежную обкатку двигателя после ремонта, так как быстрее прирабатываются к соответствующим поверхностям стенок цилиндров.

Разрушение межкольцевой перемычки поршня

После длительного срока эксплуатации под воздействием эффекта усталости металла перемычки между поршневыми кольцами могут разрушаться. Тогда нарушается задерживающая способность лабиринта, возникает повышенная подвижность колец, появляется вероятность поломки одного или нескольких колец.

Сам по себе этот случай довольно редкий, поскольку вероятность возникновения подобной ситуации появляется при практически полностью выработанном ресурсе двигателя.

Безусловно, выход только один - капремонт.

Поршневые кольца, как известно, образуют пару трения со стенками цилиндров, и состояние последних также влияет на повышенный расход масла.

Нормальный износ стенок цилиндров

Все имеет свой ресурс, и стенки цилиндров не являются исключением. В процессе работы двигателя, даже при обеспечении нормальной смазки, они изнашиваются, и тогда происходит прорыв газов в картер двигателя и образуется чрезмерная толщина масляной пленки на стенках цилиндров. В итоге - все тот же повышенный расход масла на угар.

Устраняется такая неисправность только расточкой цилиндров.

Царапины, сколы, задиры на рабочей поверхности цилиндров

Лопнувшее поршневое кольцо, негерметичный впускной тракт (и как следствие - песок и микрочастицы во всасываемом воздухе) приводят к локальным разрушениям рабочих поверхностей цилиндров. Выход один: расточка с последующими шлифовкой и хонингованием, а иногда даже и замена блока цилиндров (или гильзы в гильзованных моторах).

Овальная выработка рабочих поверхностей цилиндров

При нормальных условиях поверхность цилиндров изнашивается равномерно. Однако если поршневые пальцы установлены с перекосом, сработались их втулки, искривлены шатуны (например, из-за легкого гидроудара, не приведшего к их обрыву), нарушена соосность коленчатого вала двигателя, гильзы цилиндров установлены с перекосом или имеет место брак при изготовлении блока цилиндров (например, ошибки сверления), то в таком случае рабочая поверхность цилиндра может приобрести в поперечном сечении овальную форму, что неизбежно приведет к нарушении герметизации камеры сгорания.

Очень часто причиной овальной выработки становится перекос цилиндров или гильз после неквалифицированного ремонта. Происходит это при несоблюдении величин моментов затяжки гаек и болтов и нарушении порядка затяжки.

Несовпадение размерных групп поршней и цилиндров

Пара поршень-цилиндр подбирается друг к другу в соответствии принадлежностью к той или иной группе размерности. Всего существует 4 группы: A, B, C и D. Каждая из них может обозначаться и цветовой маркировкой: белая, желтая, зеленая и красная. Отнесение поршня или цилиндра к той или иной группе происходит на основании величин диаметров их сопрягающихся поверхностей. Точно установить группу можно только с помощью специальных измерительных инструментов, но определить соответствие поршня цилиндру можно и на глаз: поршень (без колец), опущенный в смазанный моторным маслом цилиндр, должен плавно опускаться в течение 1-2 секунд, а не проваливаться или застревать.

В любом случае подобное явление - производственный брак, и его устранение должно производиться по гарантии.

Низкое вскрытие зерен графита

В отдельный пункт стоит выделить и такое последствие производственного брака при изготовлении или капремонте двигателя, как низкий процент вскрытия зерен графита. Дело в том, что устойчивая масляная пленка на рабочей поверхности цилиндров может создаваться только тогда, когда на этой поверхности присутствует достаточное количество зерен графита, которые служат своеобразной губкой, впитывающей и удерживающей моторное масло. При чрезмерной степени финишной обработки с низким коэффициентом шероховатости происходит излишняя металлизация зеркала стенок цилиндров. Соответственно, на их поверхностях масло не задерживается в необходимом количестве, и образование устойчивой масляной пленки становится невозможным. Следствием этого становится сначала повышенный износ колец и стенок цилиндров, а потом и увеличение расхода масла. После обкатки количество вскрытых зерен графита естественным путем приходит к нормальной величине, но чаще всего к этому моменту поршневые кольца срабатываются и не могут нормально выполнять свои функции.

Решение проблемы только в повторной хонинговке рабочих поверхностей цилиндров, что даже не каждому сервису под силу.

Особое внимание обращаем на тот факт, что подобный дефект может быть вызван только производственным браком при изготовлении или сборке двигателя, а значит, является поводом для предъявления претензий по гарантии.

Брак при сборке и установке головки блока цилиндров

Ошибки при сборке ГБЦ могут спровоцировать перекос при ее установке, и, как следствие, нарушение герметичности системы смазки. В лучшем случае масло будет просачиваться наружу, в худшем - попадать в цилиндры. При этом гарантировано снижение компрессии и скоротечный пробой прокладки ГБЦ. Кроме того, точно такой же брак сопровождается и нарушением герметичности системы охлаждения двигателя, что создает риск проникновения охлаждающей жидкости в систему смазки и возникновения эмульсии, что, в свою очередь, приведет к внеплановому ремонту двигателя.

Инородные частицы в местах соединения

Собственно, здесь и так все ясно: если на прокладку (или под нее) попадет нечто постороннее (например, остатки прежней прокладки), то свою функцию она выполнять не будет. Особенно это опасно в случае с прокладкой ГБЦ. Результат - постоянная течь масла или его попадание в цилиндры.

Повреждение
сопрягаемых поверхностей

Здесь имеет место тот же эффект, что и при попадании посторонних частиц на прокладки.

Чрезмерное количество или неправильный выбор герметика

Многие горе-мотористы считают, что чем больше герметика, тем лучше. Это вовсе не так. Использование герметика (и то в разумных пределах) оправданно во-первых, при ремонте старых отечественных моторов, во-вторых, при установке клапанной крышки. Во всех остальных случаях оригинальные прокладки вкупе с полностью очищенными сопрягаемыми поверхностями обеспечивают надежную герметизацию.

А вот излишки герметика как раз и вредят двигателю: при обтяжке они выдавливаются частично наружу, а частично внутрь. Та часть герметика, что оказалась внутри двигателя, рано или поздно окажется в системе смазки. Ну а дальше все предсказуемо: засоренные каналы, забитый редукционный клапан, повышенное давление масла.

Неисправность турбины

И износ ТНВД, и неисправности турбонагнетателя требуют квалифицированного подхода, причем в подавляющем большинстве случаев требуется замена узла в сборе.

Эксплуатация двигателя с повышенными нагрузками и высокими оборотами

При высоких оборотах давление картерных газов неизбежно растет, даже на новых современных автомобилях. Последствия этого описаны выше.

Так каким же считать нормальный расход масла? Ответ прост: все указано в инструкции к автомобилю. Если же автомобиль к вам попал уже б/у и техдокументации на него у вас нет, а искать лень, то будет полезна следующая информация:

для легковых двигателей нормальным считается расход от 0,05 до 0,5 л на 1000 км. В процессе обкатки этот показатель может увеличиться.

А как все-таки обезопасить себя от подобных бед, спросите вы. Ответим.

При покупке нового автомобиля или принятии его после ремонта двигателя тщательно соблюдать условия обкатки. Ознакомиться с техдокументацией на автомобиль, в частности, выяснить нормы расхода масла. Если фактический расход в процессе обкатки превысит 10% от нормы, обратиться в компанию, продавшую автомобиль, или в сервис, производивший ремонт двигателя.

Своевременно производить замену масла и проходить плановое техобслуживание.

Применять моторные масла с характеристиками, рекомендованными производителем автомобиля.

Эти нехитрые правила продлят жизнь сердцу железного коня на многие десятки, а то и сотни тысяч километров пробега. А если уж и стал увеличиваться расход, не ждите, пока из трубы повалит сизый дым, - обратитесь в автосервис!

Проведен анализ расхода картерных газов серийного тракторного дизеля 2Ч 10,5/12 и факторов, влияющих на величину расхода на основании моторных стендовых испытаний. Показано, что массовая величина расхода картерных газов может достигать свыше 20 г/ч при желательном производителями двигателей – не более 0,5 г/ч. Дизели большой мощности 280–450 кВт имеют объемный расход картерных газов 140–300 л/мин на режиме номинальной нагрузки, что в 4 раза больше расхода на режиме холостого хода. Расход картерных газов увеличивается в течение всего срока службы дизеля. В связи с принимаемыми в настоящее время мерами по снижению выброса вредных веществ в атмосферу необходимо при проектировании новых и модернизации выпускаемых дизелей использовать закрытую вентиляцию картера. На основании проведенных исследований даны рекомендации по снижению выброса картерных газов.

1. Венцель С.В. Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания. – М. : Химия, 1979. – 240 с.

5. Волков М.Ю., Гаврилов А.А. Расход картерных газов быстроходных дизелей // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей : материалы XI Междунар. науч.-практ. конф. / под ред. А.Н. Гоца. Владим. гос. ун-т. – Владимир, 2008. – С. 126-128.

7. Тракторные дизели : справочник / Б.А. Взоров, А.А. Адамович, А.Г. Арабян и др. ; под общ. ред. Б.А. Взорова. – М. : Машиностроение, 1981. – 535 с.

конструкция двигателя (форма камеры сгорания, тип охлаждения, топливная аппаратура и др);
нагрузка двигателя (на каких режимах работает дизель);
частота вращения коленчатого вала;
особенность конструкции цилиндро-поршневой группы;
состояние и конструкция поршневых колец;
тепловое состояние двигателя;
параметры окружающей среды и др.

Массовая величина расхода картерных газов на двигателях может достигать 20 г/ч в зависимости от условий их работы и конструктивных особенностей. Желательный уровень расхода, рекомендуемый производителями двигателей, не более 0,5 г/ч. Иначе это отражается на загрязнении газовоздушного тракта, а в двигателях с турбонаддувом - на состоянии агрегата наддува и теплообменника.

В табл. 1 показаны массовый и объемный расходы картерных газов для режимов номинальной мощности и холостого хода современного быстроходного дизеля.

Таблица 1 - Массовые и объемные расходы картерных газов

Мощность двигателя, кВт

280-450

Массовый расход картерных газов на режиме номинальной мощности, г/ч

Объемный расход картерных газов на режиме номинальной мощности, л/мин

Массовый расход картерных газов на режиме х.х., г/ч

Объемный расход картерных газов на режиме х х., л/мин

Дизели мощностью 280-450 кВт имеют объемный расход картерных газов 140-300 л/мин на режиме номинальной нагрузки, что в 4 раза больше расхода на режиме холостого хода. Количество прорывающихся газов постоянно увеличивается в течение всего срока службы двигателя из-за износа поршневых колец и цилиндра. Отмечены случаи восьмикратного увеличения объемного расхода картерных газов от начального количества и достижения уровня выше 1120 л/мин [1]. Это влияет на экологические показатели дизеля [2], особенно при работе его на режимах, близких к номинальному, что свойственно тракторным дизелям.

До 1970 года считалось, что долю выбросов вредных веществ из картера дизеля можно не принимать во внимание, так как уровень их по отношению к компонентам вредных выбросов составлял около 2% углеводорода (СН), 0,2% угарного газа (СО) и 0,05% окислов азота NOx от всех выбросов из двигателя. В настоящее время в связи с большими работами выбросы вредных веществ из выпускной трубы дизелей существенно уменьшились. Это произошло за счет применения каталитических нейтрализаторов отработавших газов (ОГ), системы рециркуляции ОГ и противосажевых фильтров, а также совершенствования рабочего процесса. В то же время уровень выброса картерных газов в дизелях практически остался постоянным. Поэтому доля выбросов картерных газов стала более весомой и может достигать 0,95 г/кВт ч (все компоненты) при различных состояниях двигателя, в том числе и на новых моделях [5].

Кроме того, было установлено, что на одном и том же режиме время расхода одного и того же объема картерных газов изменяется в процессе эксперимента. Например, время расхода 5 л на режиме 100% нагрузки за время эксперимента может изменяться на 5-8 с (рис. 2).

В ходе эксперимента было определено, что при изменении нагрузки при 2000 мин -1 и 1500 мин -1 нестабильность расхода картерных газов (∆, %) относительно средней величины находится в диапазоне ±15% и ±30% соответственно (рис. 3).

Для снижения выброса картерных газов при работе дизеля необходимо разработать закрытую систему вентиляции картера. Однако применение на дизеле ее, предполагающей перепуск картерных газов во впускной трубопровод, приведет к определенным изменениям характера процессов, происходящих во впускной системе и цилиндре при сгорании топливовоздушной смеси. Поэтому необходимо разработать математическую модель и составить программу расчета цикла дизеля 2Ч10,5/12 с перепуском картерных газов во впускной трубопровод. Учитывая различную степень запыленности воздухоочистителей, с помощью программы можно будет определять текущие показатели, средние за цикл и в выбранный промежуток времени как в массовых, так и в объемных единицах измерения.

Рис. 1. Расход картерных газов в зависимости от нагрузки дизеля

Рис. 3. Нестабильность времени расхода 5 л картерных газов в зависимости от нагрузки дизеля при n=2000 мин -1 и n=1500 мин -1

Рис. 2. Стабильность расхода

5 л картерных газов

при 100%-ной нагрузке дизеля

В ближайшее время ожидается выпуск стандарта SAE (Society of Automotive Engeneers) и ISO (International Organization for Standardization) на нормирование выбросов из картера. На основании этих документов EPA (Environmental Protection Agency) предложило обязать производителей дизелей прекратить использовать открытые системы вентиляции картера (ОСВК) и перейти на закрытые системы (ЗСВК). В Японии уже изданы JAMA (Japan Automobile Manufacturers Association, Inc.) нормы, требующие использовать ЗСВК.

В настоящее время некоторые американские и европейские производители двигателей добровольно устанавливают ЗСВК на производимые дизели для грузовых автомобилей и внедорожной техники, как средство, делающее работу двигателя менее токсичной [2].

Аналогичный характер зависимости дымности и выбросов NOx имеет место и при частоте вращения коленчатого вала n = 1500 мин -1 (рис. 5). Дымность N ОГ уменьшается в 1,17 раза при нагрузке двигателя свыше 60%.

Рис. 4. Зависимость концентрации NOx и дымности ОГ N от нагрузки двигателя при n=2000 мин -1 с ОСВК и ЗСВК.

Рис. 5. Зависимость концентрации NOx и дымности ОГ N от нагрузки двигателя при n=1500 мин -1 с ОСВК и ЗСВК.

Зависимость выбросов углеводородов CH и оксида углерода СО от нагрузки при n=2000 мин -1 и n=1500 мин -1 приведена на рис. 6 и 7.

Рис. 6. Зависимость концентрации CO и CH в ОГ от нагрузки двигателя при n=2000 мин -1 с ОСВК и ЗСВК.

Рис. 7. Зависимость концентрации CO и CH в ОГ от нагрузки двигателя при n=1500 мин -1 с ОСВК и ЗСВК.

Исходя из результатов испытаний, можно сделать вывод, что перепуск картерных газов снижает дымность дизеля, а степень влияния на такие экологические показатели, как СО, СН и Nox, несущественна, поскольку они незначительно отличаются от показателей дизеля без перепуска картерных газов.

Теории расчета расхода катерных газов через систему вентиляции, обеспечивающей приемлемое совпадение с результатами эксперимента, не существует. Объясняется это, прежде всего, трудностями аналитического определения количества прорывающихся газов через поршневую группу, а также сложностью процессов перемешивания этих газов с масляным туманом в картерной части двигателя и последующей эвакуации образующейся смеси [3].

В работах [6; 7] предложена эмпирическая зависимость для приблизительной оценки расхода картерных газов двигателем на режиме максимальной мощности:

где N_e - номинальная мощность двигателя, л.с.; k - коэффициент пропорциональности, равный 3,54 л.с∙ч/м 3 .

Расчеты, выполненные по этой формуле, показали, что погрешность может достигать 16% [4].

В связи с этим потребуется разработка математической модели цикла дизеля с закрытой системой вентиляции картера, предполагающей перепуск картерных газов во впускной трубопровод.

Рецензенты

При работе автомобильного двигателя пары и газы образуются не только в самом моторном блоке, но и в картере или в поддоне, который предназначен для хранения масла и располагается в нижней части мотора. Это газы, образовавшиеся из паров масла, бензина и воды. Также в картер через зазоры могут попасть газы, образовавшиеся при сжигании топливно-воздушной смеси. Все пары и газы, находящиеся в картере, называют картерными. Концентрация таких газов нарушает свойства моторного масла и оказывает вредное влияние на металл деталей мотора. Для отведения образовавшихся газов служит система вентиляции картера. Она состоит из маслоотделителя, клапана картерных газов и патрубков отвода воздуха.

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).

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.

Принцип работы системы вентиляции картерных газов

Схема расположения клапана вентиляции картерных газов Газы проходят очистку от масляных капель, которые впоследствии стекают назад в поддон, и по воздушным патрубкам очищенные газы поступают в систему подачи воздуха в камеры сгорания. За выход газов во впускной коллектор отвечает клапан отвода картерных газов. Очистка от масла играет важную роль, потому что это не только экономия масла, но и борьба с нагаром на рабочих деталях. Для чего нужен клапан вентиляции картерных газов? Клапан отвода картерных газов регулирует процесс выпуска скопившихся паров. Принцип его работы основан на разности давлений перед клапаном и за ним. Чтобы понять, как работает клапан вентиляции, рассмотрим его конструкцию. Он состоит из пластикового корпуса, входного и выходного штуцеров, двух полостей, мембраны и пружины (образующих своего рода поршень). Если во впускном патрубке присутствует сильное разрежение, то под действием пружины клапан закрывается, и картерные газы не попадают в воздуховод. Если дроссельная заслонка полностью открыта, то во впускном коллекторе устанавливается атмосферное давление или даже превышающее его в случае турбонаддува, при этом клапан закрывается под действием наружного давления. Если создается незначительное разрежение, то поршень занимает нейтральное положение и газы свободно выходят.

У клапана вентиляции картерных газов только три рабочих положения. И т.к. образовавшиеся газы подаются в камеру сгорания в качестве составляющей рабочей смеси, то систему вентиляции также называют системой рециркуляции, а клапан – рециркуляционным или в английском варианте – PCV клапан, что означает то же, а расшифровывается Positive Crankcase Ventilation (на рус. – система вентиляции картера). Где находится клапан вентиляции картерных газов?

Где находится клапан вентиляции картерных газов?

В верхней части картера расположен маслоотделитель. Обычно, это сочетание двух типов: лабиринтного и центробежного. Газы, поднимаясь, проходят через оба типа маслоотделителя и затем упираются в клапан, который обычно располагается во впускном коллекторе.

Как проверить клапан вентиляции картерных газов? Проверить клапан достаточно несложно. Снимите шланг, идущий от картера к клапану PCV. Запустите двигатель. Заткните пальцем освободившийся штуцер клапана. При работающем клапане вы почувствуете, что вакуум создается. После освобождения отверстия вы услышите щелчок. Если вакуума вы не почувствовали, то клапан вентиляции картерных газов проверку не прошел. Неисправности клапана вентиляции картерных газов Невозможно удалить все частички масла при отводе газа из картера, поэтому со временем образуется загрязнение составных частей системы вентиляции. Если система сильно засорилась, то возможно увеличение давления в картере и выход масла через щуп или через сальники двигателя. Признаком попадания масла в камеру сгорания служит появление неприятного запаха и копоти на выходе из двигателя. Если срочно не принять меры, то это может привести к серьезным неисправностям в цилиндропоршневой группе. Если масляный налет появился на впускном коллекторе и воздушном фильтре, то это свидетельствует о проблемах маслоуловителя.

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 правило, типичная неисправность КВКГ заключается в износе мембраны, как на фото ниже. Она рвётся, создавая вышеуказанные проблемы.

Читайте также: