В зависимости от конструкции двигателя утечка газов из одного цилиндра двигателя в пространство картера составляет от 10 до 30 л/мин. В зоне работы маслосъемных колец, вследствие высоких скоростей перемещения поршня, картерные газы обогащаются частицами масла размером от 0,1 до 2 мкм. Кроме того, образованию масляного аэрозоля способствует и постоянное перемешивание масла в масляной ванне вращающимся коленчатым валом.
Картерные газы в своем составе содержат моторное масло, которое находится во взвешенном состоянии в виде масляного тумана. Фильтрующие модули в составе системы смазки современных двигателей имеют специальную систему отделения моторного масла от картерных газов (масляные сепараторы).
Существующие системы вентилирования картера двигателя позволяют осуществить два варианта удаления картерных газов:
- отвод картерных газов в атмосферу;
- возвращение картерных газов во впускной коллектор двигателя.
Первый метод вентилирования картера двигателя в настоящее время начиная от требований ЕВРО 2 не применяется и на сегодняшний день он не соответствует требованиям по охране окружающей среды.
Второй метод снижает выброс в окружающую среду картерных газов, но, с другой стороны, из-за содержащихся в картерных газах частиц масла, возникают другие проблемы:
- появление отложений на горячих конструктивных элементах двигателя, например, на лопатках турбокомпрессора, что ведет к снижению срока службы;
- лаковые отложения в элементах системы охлаждения впускного воздуха;
- замасливание впускного тракта;
- повышение содержания твердых частиц в отработавших газах.
Поэтому системы вентилирования картера современного двигателя внутреннего сгорания должны обеспечивать отделение частиц масла. Это вызвано ужесточением требований по охране окружающей среды, а именно снижения содержания твердых частиц в выхлопных газах.
Для отделения частиц масла от картерных газов используют масляные сепараторы различной конструкции. Изначально в качестве отделителя масла использовалось синтетическое волокно, которое в виде фильтрующей ткани устанавливалась в корпусе масляного сепаратора и задерживала частицы масла, увлекаемые потоком картерных газов в системе вентиляции картера двигателя (рис.5.15).
1 – синтетический фильтроэлемент; 2 – картерные газы, очищенные от масла; 3 – картерные газы, содержащие частицы масла; 4 – отделенное масло
Задержанное таким образом моторное масло собиралось на дне корпуса масляного сепаратора и, через отверстие, возвращалось обратно в масляную ванну двигателя. Конструктивно масляный сепаратор интегрируется вместе с масляным фильтром в так называемый фильтрующий блок (модуль) (рис. 5.16).
1 – масляный фильтр; 2 – масляный сепаратор
Однако в процессе эксплуатации свойства фильтрующей ткани из синтетического волокна постепенно ухудшались, так как она загрязнялась смолистыми веществами, образующимися в результате неизбежного старения масла и его окисления, а также твердыми частицами, преимущественно углеродом в форме сажи, особенно у дизельных двигателей. Загрязнение фильтрующей ткани вело к возрастанию сопротивления прохождения через нее картерных газов, что, в свою очередь, вело к ухудшению работы системы вентиляции картера двигателя и диктовало необходимость замены фильтроэлемента масляного сепаратора.
Чтобы избавиться от недостатков фильтрующей ткани из синтетического волокна в последних моделях современных двигателей автомобилей стали применять циклонные маслоотделители, причем их количество может доходить до трех в одном двигателе (рис. 5.17).
1 – циклонный маслоотделитель; 2 – клапан регулировки давления; 3 – охладитель нагнетаемого воздуха; 4 – турбокомпрессор; 5 – газы, прорывающиеся через поршневые кольца
Картерные газы подводятся по каналу внутри двигателя в циклонный маслоотделитель. Циклонный маслоотделитель приводит воздух во вращательное движение. Благодаря возникающей центробежной силе масляный туман ударяется о стенку маслоотделителя. Там образуются капли масла, которые по каналу в картере стекают в масляный поддон. Очищенный от масляного тумана воздуха через клапан регулировки давления подводится к каналу забора воздуха.
Циклонный маслоотделитель снабжен специальным клапаном (рис. 5.8), ограничивающем разряжение в картере двигателе, так как при сильном разряжении могут быть повреждены сальники двигателя и другие резиновые уплотнения.
циклонного маслоотделителя:
1 – трубопровод подачи картерных газов; 2 – трубопровод забора воздуха; 3 – мембрана; 4 – пружина сжатия; а – открытое положение клапана; б – закрытое положение клапана
Клапан регулировки давления находится в крышке циклонного маслоотделителя. Он состоит из мембраны и пружины сжатия и регулирует давление при удалении воздуха из картера. Клапан регулировки давления закрывается при сильном разрежении в заборном канале. При незначительном разряжении в заборном канале он открывается силой пружины сжатия.
В системе вентиляции картера грузового автомобиля часть моторного масла из картерных газов отделяется-сепарируется в маслоотделителе 7 (рис. 5.19). Отсепарированное от картерных газов масло стекает в поддон картера по дренажному каналу 8, в котором имеется также масляный затвор.
1 – трубопровод от воздушного фильтра; 2 – радиатор промежуточного охлаждения воздуха; 3 – моторный тормоз; 4 – турбокомпрессор; 5 – цилиндропоршневая группа; 6 –воздушный компрессор; 7 – маслоотделитель; 8 – дренажный канал
Маслоотделитель (рис. 5.20) содержит колпак 5, состоящий из ряда конических пластмассовых пластин 4, которые расположены на вершине друг друга. Между каждой парой пластин имеется пространство для картерных газов и частиц масла. Картерные газы и масляные частицы текут в маслоотделитель через штуцер 6 в верхней части корпуса маслоотделителя.
1 – турбина; 2 – корпус; 3 – ось; 4 – пластины; 5 – колпак; 6 – картерные газы до обработки; 7 – диафрагма; 8 – диафрагменный клапан; 9 – картерные газы после обработки; 10 – поступление частиц масляного тумана картера; 11 – возврат частиц масляного тумана картера; 12 – отделенное масло
При поступлении картерных газов под давлением на пластины частицы масла, содержащиеся в картерных газах, прилипают к вращающимся пластинам 4, и центробежная сила вызывает отбрасывание частиц масла к стенкам корпуса 2 маслоотделителя. Масло, которое было отделено от картерных газов, проходит вдоль стенок корпуса маслоотделителя и затем выходит из маслоотделителя через центробежный маслоочиститель к масляному поддону.
Очищенные картерные газы выходят из маслоотделителя через диафрагменный клапан. Этот клапан предназначен для регулирования разрежения в полости картера двигателя для обеспечения замкнутой вентиляции картера. Когда разрежение после маслоотделителя слишком велико, диафрагма клапана закрывает отверстие и держит его закрытым до тех пор, пока давление не повысится снова.
Разрежение в маслоотделителе и в полости картера двигателя обеспечивается шлангом, подсоединенным к впускному коллектору между воздушным фильтром и турбокомпрессором.
Если на входе в турбокомпрессор разрежение слишком велико (например, при высокой нагрузке двигателя), диафрагменный клапан ограничивает величину разряжения в полости картера двигателя. Это предотвращает подсос грязи в уплотнение коленчатого вала и подсос воздуха в полость картера из атмосферы, например, через неправильно вставленный масляный щуп.
Турбина 1 установленная на оси 3, вращаясь под давлением отделенного масла и масляного тумана картера двигателя, направляет масло в картер.
Маслоотделитель не требует обслуживания и обычно не нуждается в разборке для очистки.