Система вентиляции картера ( CVS ) удаляет нежелательные газы из картера двигателя внутреннего сгорания . Система обычно состоит из трубки, одностороннего клапана и источника вакуума (например, впускного коллектора ).
Нежелательные газы, называемые «прорывными газами», представляют собой газы из камеры сгорания, которые просочились через поршневые кольца . Ранние двигатели выпускали эти газы в атмосферу просто через уплотнения картера. Первой специальной системой вентиляции картера была «дорожная вытяжная труба», в которой использовался частичный вакуум для всасывания газов через трубку и выпуска их в атмосферу. Системы принудительной вентиляции картера (PCV), впервые использованные во время Второй мировой войны и присутствующие на большинстве современных двигателей, направляют картерные газы обратно в камеру сгорания в рамках контроля выбросов транспортных средств , чтобы уменьшить загрязнение воздуха.
Двухтактные двигатели с компрессионной конструкцией картера не нуждаются в системе вентиляции картера, поскольку нормальная работа двигателя предполагает отправку картерных газов в камеру сгорания.
Blow-by, как его часто называют, является результатом того, что материал сгорания из камеры сгорания «выдувается» мимо поршневых колец в картер. Эти картерные газы, если их не вентилировать, неизбежно конденсируются и соединяются с парами масла, присутствующими в картере, образуя масляный шлам или вызывая разбавление масла несгоревшим топливом. Кроме того, чрезмерное давление в картере может привести к утечкам моторного масла через сальники коленчатого вала и другие уплотнения и прокладки двигателя. Поэтому становится обязательным использование системы вентиляции картера.
До начала 20 века картерные газы выходили из картера двигателя через уплотнения и прокладки. Считалось нормальным, когда масло вытекало из двигателя и капало на землю, как и в случае с паровыми двигателями десятилетия назад. Прокладки и уплотнения вала предназначались для ограничения утечки масла, но обычно не предполагалось, что они полностью предотвратят ее. Картерные газы диффундируют через масло, а затем просачиваются через уплотнения и прокладки в атмосферу, вызывая загрязнение воздуха и появление неприятных запахов.
Первой доработкой в системе вентиляции картера стала дорожная тяговая труба . Это труба, идущая от картера (или клапанной крышки двигателя с верхним расположением клапанов) вниз к обращенному вниз открытому концу, расположенному в потоке транспортного средства . Когда автомобиль движется, поток воздуха через открытый конец трубки создает разрежение («тягу» или тягу), которое вытягивает газы из картера. Чтобы предотвратить создание слишком большого вакуума, картерные газы заменяются свежим воздухом с помощью устройства, называемого сапуном . [1] Сапун часто располагается в масляной крышке. Многие сапуны имели чашку или черпак и располагались в потоке воздуха вентилятора радиатора двигателя. Этот тип системы называется «Давление-Всасывание», воздух нагнетается в ковш сапуна и под действием вакуума вытягивается через дорожную вытяжную трубу. Другой тип всасывания под давлением использовался в двигателях VW Porsche с воздушным охлаждением, при этом в передний шкив картера встроен реверсивный винт, который подает воздух в двигатель, а воздух выходит из картера с помощью вытяжной трубы. Эта система очень хорошо удаляет картерные пары, вредные для двигателя. Как и в более ранних двигателях, система вытяжных трубок также создавала загрязнения и неприятные запахи. [1] Вытяжная трубка может засориться снегом или льдом, и в этом случае давление в картере увеличится, что приведет к утечке масла и выходу из строя прокладки. [2]
На тихоходных транспортных средствах и лодках часто не было подходящего воздушного потока для дорожной тяговой трубы. В таких ситуациях двигатели использовали положительное давление в вентиляционной трубке для выталкивания картерных газов из картера. Поэтому воздухозаборник сапуна часто располагался в потоке воздуха за вентилятором охлаждения двигателя. [1] Картерные газы выходили в атмосферу через вытяжную трубу.
Хотя современная цель системы принудительной вентиляции картера ( PCV ) состоит в уменьшении загрязнения воздуха, первоначальная цель заключалась в том, чтобы позволить двигателю работать под водой без утечки воды. Первые системы PCV были построены во время Второй мировой войны, чтобы позволить танку работать под водой. двигатели для работы во время глубоких бродов , когда обычный вентилятор вытяжной трубы позволил бы воде попасть в картер и разрушить двигатель. [3]
В начале 1950-х годов профессор Арье Ян Хааген-Смит установил, что загрязнение от автомобильных двигателей было основной причиной кризиса смога , который наблюдался в Лос-Анджелесе, Калифорния. [4] Калифорнийский совет по контролю загрязнения автотранспортными средствами (предшественник Калифорнийского совета по воздушным ресурсам ) был создан в 1960 году и начал исследовать способы предотвращения выброса картерных газов непосредственно в атмосферу. [5] Система PCV была разработана для рециркуляции газов в воздухозаборник, чтобы они могли смешиваться со свежим воздухом/топливом и более полно сгорать. В 1961 году правила Калифорнии требовали, чтобы все новые автомобили продавались с системой PCV, что представляло собой первое внедрение устройства контроля выбросов транспортных средств . [6]
Начиная с 1963 модельного года, большинство новых автомобилей, продаваемых в США, были оборудованы таким образом в результате добровольных действий отрасли, чтобы избежать необходимости создавать несколько версий автомобилей для конкретного штата. PCV быстро стал стандартным оборудованием для всех автомобилей по всему миру благодаря его преимуществам не только в снижении выбросов, но также в обеспечении внутренней чистоты двигателя и увеличении срока службы масла. [1] [7]
В 1967 году, через несколько лет после внедрения в производство, система PCV стала предметом расследования большого федерального жюри США, когда некоторые отраслевые критики заявили, что Ассоциация производителей автомобилей (АМА) сговорилась с целью сохранить несколько таких устройств для снижения смога. на полке, чтобы отсрочить дополнительную борьбу со смогом. После восемнадцати месяцев расследования большое жюри вынесло решение «без законопроекта», очистив AMA, но в результате было принято постановление о согласии , согласно которому все автомобильные компании США согласились не работать совместно над деятельностью по борьбе со смогом в течение десяти лет. [8]
За прошедшие десятилетия законодательство и регулирование выбросов транспортных средств существенно ужесточились. В большинстве современных бензиновых двигателей продолжают использоваться системы PCV.
Чтобы система PCV могла вытягивать пары из картера, в системе должен быть источник свежего воздуха. Источником этого свежего воздуха является «сапун картера», который обычно выводится из воздушного фильтра двигателя или впускного коллектора. Сапун обычно снабжен перегородками и фильтрами для предотвращения загрязнения воздушного фильтра масляным туманом и парами. Это явление можно еще больше уменьшить, установив воздушные маслоотделители или улавливатели вторичного рынка , как это обычно называют, для вытягивания масляного тумана из суспензии и сбора его в резервуаре до того, как он достигнет впускного отверстия. Правильно спроектированный сапун картера также будет спроектирован таким образом, чтобы способствовать эффекту продувки или созданию всасывания внутри сапуна картера, чтобы дополнительно способствовать удалению картерных газов. Именно этот эффект удерживает в картере слегка отрицательное давление, когда установлена правильно функционирующая система PCV. [9]
Вакуум во впускном коллекторе подается в картер через клапан PCV. Поток воздуха через картер и внутреннюю часть двигателя вымывает побочные продукты сгорания. Эта смесь воздуха и картерных газов затем выходит, часто через другую простую перегородку, экран или сетку для исключения масляного тумана , через клапан PCV во впускной коллектор. В некоторых системах PCV перегородка масла происходит в отдельной заменяемой детали, называемой «масляным сепаратором». Продукты послепродажного обслуживания, продаваемые для добавления внешней маслоотражательной системы к автомобилям, которые изначально не были установлены на них, обычно известны как « масляные баки ».
Клапан PCV регулирует поток картерных газов, поступающих во впускную систему. На холостом ходу, с почти закрытой дроссельной заслонкой, вакуум в коллекторе высокий, что приводит к втягиванию большого количества картерных газов, что приводит к слишком бедной смеси двигателя. Клапан PCV закрывается при высоком вакууме в коллекторе, ограничивая количество картерных газов, попадающих во впускную систему. [12]
Когда двигатель находится под нагрузкой или работает на более высоких оборотах, образуется большее количество картерных газов. Разрежение во впускном коллекторе при широко открытой дроссельной заслонке в этих условиях ниже, из-за чего открывается клапан PCV и картерные газы поступают во впускную систему. [13] Больший расход всасываемого воздуха в этих условиях означает, что большее количество картерных газов может быть добавлено в систему впуска без ущерба для работы двигателя. Открытие клапана PCV в этих условиях также компенсирует меньшую эффективность системы впуска при всасывании картерных газов во впускную систему.
Вторая функция клапана PCV — действовать как пламегаситель и предотвращать попадание положительного давления из системы впуска в картер. Это может произойти на двигателях с турбонаддувом или при возникновении обратного зажигания , а положительное давление может повредить уплотнения и прокладки картера или даже вызвать взрыв картера. Таким образом, клапан PCV закрывается при наличии положительного давления, чтобы предотвратить его попадание в картер.
Воздуховыпускное отверстие картера, где расположен клапан PCV, обычно располагается как можно дальше от сапуна картера. Например, сапун и выпускное отверстие часто находятся на противоположных крышках клапанов на V-образном двигателе или на противоположных концах крышки клапана на рядном двигателе . Клапан PCV часто, но не всегда, размещается на клапанной крышке; он может располагаться где угодно между выпуском воздуха из картера и впускным коллектором.
Клапан PCV приобретает еще более важную функцию во все более популярных приложениях с принудительной индукцией. Чрезмерное давление в картере возникает не только из-за выхода картерных газов через поршневые кольца, но также может возникать, когда положительное давление из впускного коллектора попадает в картер. Как упоминалось ранее, в автомобилях с системами принудительной индукции, такими как турбокомпрессоры или нагнетатели , во впускном коллекторе двигателя под нагрузкой возникает положительное давление. Это отличается от безнаддувных двигателей, где впускной коллектор остается в вакууме под нагрузкой. Таким образом, когда двигатель с наддувом находится под нагрузкой, впускной коллектор больше не может использоваться для вытягивания картерных газов из картера и вместо этого начинает усугублять проблему за счет увеличения давления в картере. В этом случае задача клапана PCV — изолировать впускной коллектор и картер, когда во впускном коллекторе находится под давлением, и обеспечить поток картерных газов из картера, когда во впускном коллекторе находится под вакуумом. В дополнение к этой дополнительной роли, в приложениях с наддувом давление в цилиндрах намного выше, и, следовательно, в картер попадает больше картерных газов, что делает полнофункциональную систему PCV еще более важной. [14] [15] [16]
Накопление углерода во впускном коллекторе произойдет, когда картерные газы будут постоянно загрязнять впускной воздух из-за неисправности системы PCV. [12]
Накопление углерода или масляный осадок из картерных газов на впускных клапанах обычно не являются проблемой для двигателей с впрыском в порты. Это связано с тем, что топливо попадает на впускные клапаны на пути к камере сгорания, позволяя содержащимся в топливе моющим средствам поддерживать их в чистоте. Однако накопление нагара на впускных клапанах является проблемой только для двигателей с непосредственным впрыском, поскольку топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. По этой причине добавленные в бак очистители топливной системы или присадки к топливу не помогут очистить эти отложения. Методы очистки этих отложений включают распыление очистителя через впускное отверстие или прямую очистку впускных клапанов. [17]
Двухтактные двигатели, в которых используется сжатие картера, не требуют системы вентиляции картера, поскольку все газы внутри картера затем подаются в камеру сгорания.
Многие небольшие четырехтактные двигатели, такие как двигатели для газонокосилок и электрогенераторы, просто используют вытяжную трубу, соединенную с системой впуска. Вытяжная труба направляет все картерные газы обратно во впускную смесь и обычно расположена между воздушным фильтром и карбюратором .
В двигателях с сухим картером некоторых автомобилей для дрэг-рейсинга используются продувочные насосы для откачки масла и газов из картера. [18] Сепаратор удаляет масло, затем газы подаются в выхлопную систему через трубку Вентури . [ нужна цитата ] . Эта система поддерживает небольшой уровень вакуума в картере и сводит к минимуму количество масла в двигателе, которое потенциально может пролиться на гоночную трассу. [19]