Фильтр картерных газов: система вентиляции картера автомобильного мотора

Главная страница » Фильтр картерных газов: система вентиляции картера автомобильного мотора

Практику автомобильной эксплуатации нередко сопровождает иностранный термин — Blowby. Транслируется на родной язык (русский) как масляные пятна на дороге, оставляемые транспортным средством — автомобилем. Применительно к мотору автомобиля, такое явление создают картерные газы, проникающие в область картера из камеры сгорания двигателя. Главной причиной прорыва является утечка газа через поршневые кольца, клапаны, подшипники турбокомпрессора. Метод устранения такого дефекта – фильтрация. Поэтому рассмотрим подробнее — что такое фильтр картерных газов, а также технологию фильтрации.

Классическая схема фильтрации картерных газов

Различные виды механизмов распыления, а также эффект конденсации, являются причиной значительного насыщения картерных газов малыми частицами машинного масла.

Количество дозируемого масла, а также частичное распределение по размерам капель, — эти факторы зависят от конструкции двигателя и условий эксплуатации.

Обычно размер частиц масла варьируется от несколько микрон до нанометров. Дополнительными компонентами прорыва картерных газов являются:

• топливо,
• вода,
• сажа,
• другие продукты полного и неполного сгорания топлива.

Как правило, закрытая система вентиляции картера защищает окружающую среду от вредных выбросов (включая масляные пятна на дороге).

Основными для системы картерной вентиляции являются две функции:

1. Максимально возможное извлечение масла.
2. Контроль давления в картере.

Типичная схема установки закрытой системы вентиляции картера бензиновых двигателей, дополненных турбокомпрессором, показана на рисунке ниже.

Схема фильтра картерных газов: 1 – воздушный фильтр; 2 – турбокомпрессор; 3 – дроссель; 4 – обратный клапан; 5 – клапан контроля давления; 6 – маслоотделитель; 7 – резервуар; 8 – обратный клапан слива масла; 9 – двигатель автомобиля; В – прорыв газов в картер (blowby); ВМ – возврат масла; ОМ – отстойник (картер) масла; ВГ – выпускные газы

Система вентиляции (фильтрации) картерных газов включает компоненты для отделения масла, а также дополнительные компоненты для контроля давления и расхода. Вся система традиционно встраивается в тело крышки головки цилиндров.

Фильтрация масла в закрытой системе вентиляции картера

Конечно же, эффективный маслоотделитель важен для минимизации потребления масла. Но, кроме того, отделение масла в закрытой системе вентиляции картера является основополагающим процессом для соблюдения норм, установленных на выхлопные газы современных двигателей автомобилей.

Технически выброс масла способен вызвать критические отложения:

• в системе впуска,
• на поверхностях турбокомпрессора,
• на впускных клапанах,
• в системе промежуточного охладителя.

Этот фактор уменьшает срок службы и эффективную функциональность отмеченных компонентов. Кроме того, выбросы масла из картера двигателя нарушают процесс сгорания по предварительному зажиганию, увеличивают содержание частиц сажи в составе выхлопных газов.

Наконец, остатки сгоревшего машинного масла оказывают негативное влияние на эффективность последующей обработки выхлопных газов.

Система вентиляции картерных газов (производства «MANN + HUMMEL») – устройство подобного исполнения встраивается непосредственно в структуру крышки головки блока цилиндров

Объём прорыва газов в картер, размер образующихся частиц и массовый расход машинного масла в неочищенном картерном газе, сильно зависят от конструкции двигателя и меняющихся условий эксплуатации.

Вследствие этого маслоотделитель должен соответствовать высоким требованиям в плане:

• стоимости,
• компактности исполнения,
• надёжности работы.

Специально для применения в конструкциях легковых автомобилей используются только запасные части, которые не нуждаются в дополнительной подаче энергии. Как следствие, так называемые пассивные инерционные сепараторы устанавливаются и эксплуатируются в составе легковых автомобилей.

Современное исполнение системы фильтрации картерных газов

Принцип разделения пассивным инерционным сепаратором основан на ускорении и перенаправлении потока. Здесь капли масла не в состоянии следовать за линиями потока по причине собственной инерции, благодаря чему отделяются, оставаясь на поверхности элемента сепаратора.

Эффективность отделения более мелких частиц увеличивается с увеличением ускорения. Соответственно образуется перенаправление потока. Для этой цели требуется увеличение перепада давления.

Как следствие, эффективность отделения зависит от перепада давления и гранулометрического состава неочищенного картерного газа. Картинкой ниже демонстрируется инерционный сепаратор (производства «MANN + HUMMEL»), получивший название — структурный дефлекторный сепаратор (SD-Separator).

Прорвавшийся в картер газ ускоряется через маленькие форсунки и перенаправляется на специальный структурированный дефлектор, где капли масла отделяются. Структура поверхности дефлектора повышает эффективность отделения до самого высокого уровня пассивных инерционных сепараторов.

Устройство инерционного сепаратора масла картерных газов на примере конструкции производства «MANN + HUMMEL»: 1 – загрязнённый картерный газ; 2 – возврат масла; 3 – очищенный картерный газ; 4 – перенаправление потока и частичная сепарация на специальной структуре дефлектора; 5 – отверстия ускорения потока

Максимальный перепад давления в маслоотделителе ограничен вакуумом впускной системы и требованиями к диапазону давления в картере, что в итоге ограничивает достижимую производительность сепарации.

Отделение крупных масляных частиц обычно является сравнительно простой задачей. Однако отделение усложняется по мере уменьшения частиц в аэрозоле. Это особенно актуально для наиболее часто используемых концепций разделения, которые основаны на эффекте инерции частиц.

Наращивание требований относительно сепарации машинного масла

Постоянное повышение давления сгорания вследствие уменьшения размеров, а также применение машинных масел с низкой вязкостью приводит к значительному уменьшению размера частиц.

Соответственно производительность установленных пассивных инерционных сепараторов становится недостаточной при данных ограничивающих факторах.

Новые технологии необходимы для применения в легковых автомобилях, чтобы обеспечить высокую эффективность разделения частиц, значительно меньших 1 мкм.

Центрифуга – технология под фильтр картерных газов

Эффективность разделения мелких капель в принципе может быть увеличена за счет увеличения силы инерции с использованием дополнительной энергии. Центрифуги являются хорошо известными примерами такого рода сепарационных технологий.

Здесь энергия используется для приведения в действие какого-либо ротора, а частицы отделяются вследствие возникающей центробежной силы. Как правило, центрифуги нуждаются в очень высокой скорости вращения – диапазон до 10 000 об/мин.

Или же в качестве альтернативы конструкция должна быть очень большой, особенно для отделения частиц, значительно меньших, чем 1 мкм. Другим решением для повышения эффективности разделения является использование дополнительных механизмов, таких как диффузионное разделение.

Волоконный демистер – диффузионный фильтр картерных газов

Так называемый волоконный демистер выступает примером ещё одного типа сепаратора, объединяющего преимущества различных дополнительных механизмов разделения.

Обе упомянутые технологии применяются на грузовых автомобилях, где аналогичные высокие требования. Между тем волоконные демистеры способны обеспечить эффективное решение на применении с легковыми автомобилями.

Варианты конструктивного исполнения волоконных демистеров (фильтров масла), которые не менее эффективно могут применяться в системах фильтрации картерных газов легковых автомобилей

Вариант с демистером позволяет интегрировать фильтр картерных газов даже в сложные конструкции без ущерба для производительности, одновременно значительно снижая сложность интеграции и связанные с этим затраты.

Волоконные элементы – демистеры, обычно заменяются в течение интервала обслуживания после определенного времени работы из-за отложения сажи на поверхности волокна.

Интервал обслуживания сильно зависит от конкретного применения. Основным требованием к пригодности волоконного демистера для применения в легковых автомобилях, является разработка новых волоконных демистеров.

Таковые обеспечивают высокую производительность и приемлемый длительный интервал обслуживания при данных условиях эксплуатации. В то же время перепад давления, а также размеры волоконных демистеров должны соответствовать общим требованиям легкового автомобиля.

Поэтому производство, в том числе компания «MANN-HUMMEL», стремятся решать эту проблему. Инженеры разрабатывают новые волоконные демистеры для применения в конструкциях легковых автомобилей.

Механизм фильтра картерных газов волоконным демистером

Фильтрующие сепараторы являются широко распространенным в мире методом высокоэффективного разделения сверхтонких частиц тех же картерных газов. Капли объединяются в процессе разделения жидкости / газа на поверхности волокна, образуя жидкую пленку, последовательно стекающую с фильтрующего материала.

Принцип гравиметрического разделения содержимого картерных газов: 1 – аэрозольная форма потока; 2 – проникновение; 3 – повторное увлечение (унос); 4 — дренирование

Остаточные масляные капли на стороне фильтра с чистым картерным газом представляют либо неразделённые капли аэрозоля (так называемое проникновение), либо образования в виде пузырьков и колпачков из отделённой плёнки жидкости (так называемое увлечение).

Эффективность гравиметрического разделения в стационарном состоянии рассчитывается по формуле:

Ng = 1 – (Mp + Me / Md + Mp + Me)

где: Ng – эффективность геометрического разделения; Mp – проникновение; Me – увлечение; Md – дренирование.

Различные виды механизмов разделения используются в целом в соответствии с теорией фильтрации картерных газов двигателей автомобилей. Для вентиляции картера (фильтрации картерных газов), соответствующими механизмами разделения, в частности, являются:

Эффективность разделения на основе ударов и перехвата увеличивается с увеличением размера частиц, тогда как эффективность разделения на основе эффектов диффузии увеличивается с уменьшением размера частиц.

Перспективные разработки под фильтр картерных газов

Упомянутая ранее компания «MANN-HUMMEL» уже предлагает владельцам автомобилей новый высокоэффективный волоконный демистер. Результаты теста продукта демонстрируют способность новой концепции разделения удовлетворять потребности новых технологий автомобильных двигателей.

Другими словами – достигнута граница эффективного разделения очень мелких частиц (d50

Как сделать фильтр картерных газов своими руками?

Поршневой двигатель внутреннего сгорания нуждается в отводе картерных газов, которые имеют в своем составе пары масла. Оно попадает в дроссельный узел и в камеру сгорания и забивает поверхность дроссельной заслонки, поршни, цилиндры, свечи зажигания. Чтобы загрязнения маслом не было, требуется маслоотделитель. Особенно актуальна проблема для подержанных авто с немалым пробегом.

Чтобы не подвергать свой автомобиль (турбину, воздуховод, кулер) риску засорения маслом, придется купить маслоотделитель. Недостаток покупного маслоотделителя в том, что его объем маловат, и большинство штатных маслоотделителей не разбираются и не ремонтируются. Практичнее сделать самодельный маслоотделитель.

Попытаемся разобраться, как сделать маслоуловитель в своем гараже.

Что такое маслоотделитель, его функция в автомобиле

Для начала выясним, что такое маслоотделитель.

Маслоотделитель – это устройство, которое отделяет масло в сжатом газе. Благодаря маслоуловителю пары масла не проникают в камеру сгорания мотора и уменьшают образование сажи.

Важно! Если пробег авто приближается к 60-80 тысячам км, рекомендуется менять маслоподающую трубку (она часто закоксовывается и препятствует подаче масла в турбокомпрессор) вместе с турбокомпрессором. Если это не делать, то может повредится вал турбины и полетят подшипники.

Теперь рассмотрим, как работает маслоотделитель. Есть 2 способа отделения масла от газов:

· Лабиринтный способ отделения (успокоитель). При этом способе движение картерных газов замедляется. Благодаря этому большие капли масла остаются на стенках и стекают в картер мотора.

· Циклический способ отделения. Проходя через такой маслоотделитель, газы подвергаются вращательному движению. Центробежные силы заставляют капли масла осесть на стенках маслоуловителя, а потом они стекают в картер мотора. Чтобы не было турбулентности картерных газов, применяется выходной успокоитель лабиринтного типа. Здесь масло окончательно отделяется от газов.

Обратите внимание! Современные движки снабжены маслоотделителем комбинированного типа.

Материалы и инструмент для создания маслоулавливателя

Маслоуловитель картерных газов можно сделать своими руками. В результате вы получите несколько выгод сразу: он обойдется вам гораздо дешевле покупного, маслоуловитель картерных газов будет многоразовым, и вы сможете его разбирать и чистить (в отличие от одноразового покупного), прибор можно сделать любого размера, который вам подходит.

Разберемся, что надлежит подготовить для конструирования маслоуловителя:

• • Емкость. Можно использовать канистру от тормозной жидкости, металлический бачок от гидроусителя на «Волгу», пластиковые канализационные трубы.

Обратите внимание! Металлический бачок прослужит дольше пластикового (пластик под действием высоких температур часто «ведет»).

• 2 шланги.
• 4 хомута для шлангов.
• 4 металлические кухонные мочалки.

Знаете ли вы? Если металлические мочалки утрамбовать слишком плотно, то фильтр будет «душить» выход газов – в результате КПД мотора снизится.

• Крепеж для фиксации маслоуловителя.
• Трубка (диаметр 14 мм). Ее можно сделать из ручки ручного насоса.

Если собрать необходимое и кое-что прикупить, то маслоуловитель обойдется вам примерно в 1000 рублей.

Как сделать маслоотделитель своими руками

Теперь ознакомьтесь с алгоритмом конструкторских работ по изготовлению маслоотделителя картерных газов своими руками:

· Разберите бачок от ГУРа. Фильтр и пружину можно выбросить. Все остальное (сетку) добавляем к подготовленным материалам.

· Вставьте трубку в пустой бачок.

Важно! Трубка должна доходить до дна (картерные газы должны опускаться на самое дно).

· Распустите металлические мочалки (у них появится объем) и заполните ими свободное место вокруг трубки в бачке.

· Поставьте шплинт и наденьте на него шайбу.

Знаете ли вы? Сантехнический сифон – это готовый маслоотделитель, так как он изначально наполнен губками. Вам нужно подсоединить к нему шланги и поставить на место.

· В вынутой из старого бачка сетке сделайте дырку для вставленной трубки. Поставьте сетку на свое место в бачке.

· Закрутите крышку на бачке.

Знаете ли вы? Если вы решили изготовить маслоуловитель из канализационных пластиковых труб, то заглушки используйте в качестве днища и крышки.

· Готовый бачок можно покрасить снаружи (его легче будет мыть).

· С дроссельной заслонки снимите патрубок и вычистите все, что внутри накопилось. Чистить можно очистителем для карбюраторов.

· Маслоотделитель закрепите на его месте под капотом.

Важно! Маслоотделитель не должен болтаться, потому его можно притянуть резиновой или металлической петлей.

· Подсоедините шланг к фитингу, который работает на вход. Если диаметр не совпадает, придется поставить переходник.

· На выходной фитинг выведите родной шланг машины. Все готово.

Знаете ли вы? Можно поставить снаружи маслоотделителя визуальный гидравлический уровень. С его помощью вы сможете контролировать наполнение корпуса фильтра маслом и своевременно слить его.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

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 практикуется немногими производителями автомобильных двигателей, а 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 выхлопных 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. Масляный сепаратор с синтетическим отделителем: 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. Внешний вид фильтрующего блока: 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.

Альтернативные решения для фильтра картерных газов

Есть несколько вариантов. Первый, это просто вывести шланг с картерными газами наружу, но здесь необходимо будет поставить фильтр, чтобы во время затягивания воздуха из внешней среды, пыль не попала в картер. Шланг идущий на вход впускного коллектора, в этом случае надо будет заглушить.

Второй вариант это применение фильтра, который должен быть установлен между патрубком из картера и впускным патрубком. Такой фильтр применятся на некоторых машинах штатно, но не на всех.

(штатный маслоуловитель с Форд Фокус 2)

Видимо вездесущая экономия дает о себе знать. А раз это так, то у вас появляется возможность чуточку, но улучшить свой автомобиль. Ограничив попадание картерных газов с парами масла в дроссельный узел, без попутной очистки.

Как вы поняли, мы предлагаем вам своими силами и руками, решить вопрос о фильтрации картерных газов. Далее мы расскажем о таких вариантах…

Что собой представляет устройство и для чего используется

Влагоотделители отличаются по своей конструкции и принципу работы. Стоимость заводской модели немалая, она зависит от мощности аппарата и его производительности. Существует также несколько самодельных схем, которые помогут в домашних условиях сделать надёжный и эффективный влагоотделитель.

Чтобы убрать влагу из компрессора, можно использовать низкую температуру, центробежную силу или специальные фильтры. Главная задача – убрать лишнюю влагу до того, как воздушная смесь попадёт в компрессор. Для создания подобного устройства необходимо чётко соблюдать инструкции опытных механиков и проводить сборку деталей в соответствии с указаниями.

Циклонные маслоотделители (маслоуловители)

Чтобы избавиться от недостатков фильтрующей ткани из синтетического волокна в последних моделях современных автомобилей стали применять циклонные маслоотделители.

Рис. Принцип работы системы вентиляции картера двигателя с циклонным маслоотделителем: 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, ограничивающем разряжение в картере двигателе, так как при сильном разряжении могут быть повреждены сальники двигателя и другие резиновые уплотнения.

Рис. Схема работы клапана регулировки давления 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.

Процесс изготовления фильтра картерных газов своими руками

Пожалуй, самым подручным и самым подходящим материалом для изготовления такого фильтра картерных газов своими руками станет применение канализационных пластиковых труб.

Из короткого патрубка выйдет корпус, а заглушки можно использовать как днище и крышку. Также необходимо приобрести штуцера, для врезки в корпус и присоединения к ним шлангов. Внутри корпуса к штуцерам необходимо присоединить такие же резиновые шланги, которые идут и к самому фильтру. При этом важно разнести их по уровню, чтобы создать лабиринт. Свободное пространство, объем фильтра можно заполнить пластиковой или металлической губкой, чтобы обеспечить развитую поверхность, на которой будет конденсироваться масло от картерных газов. Не стоит забивать объем слишком плотно, так как повышение сопротивления фильтра будет «душить» выход газов. В итоге, незначительно понизит КПД двигателя.

Некоторые из умельцев также ставят и визуальный гидравлический уровень, чтобы наблюдать за заполнением корпуса фильтра маслом и вовремя слить его. Хотя если помнить о том, что у вас стоит подобный девайс, то не составит проблем проверять его при замене масла, что избавит вас от ненужных манипуляций с изготовлением визуального уровня.

Тем более, что такой уровень масла который будет заметен через визуальный уровень практически недосягаем, при исправном двигателе. Если вам совсем лень заниматься изготовлением корпуса и врезкой штуцеров. То на рынке можно найти практически готовые к применению решения. Так сантехнический сифон, наполненный губками, можно считать уже готовым решением для нашего случая.

Остается лишь подключить к нему шланги и поставить на место.

Преимущества и важность применения устройства

Использование влагоотделителя во время покраски автомобиля компрессорной установкой существенно увеличивает срок службы покрытия и защищает кузов от коррозии. Воздух должен быть сухим – это достигается за счёт использования холодильного оборудования, центробежной силы или силикагеля. Собрать самодельное устройство можно из старого баллона, огнетушителя, масляного или водяного фильтра.

Некоторые компрессорные установки подают воздух под высоким давлением и требуют заводских фильтров и влагоотделителей. Перед подключением осушителя внимательно изучите инструкцию производителя и убедитесь, что все требования к воздушной смеси будут выполнены.

Чтобы компрессорная установка более качественно наносила слой краски, специалисты рекомендуют подавать в неё сухой воздух. Убрать лишнюю влагу можно с помощью самодельных влагоотделителей. Они обойдутся дешевле заводских и, при качественном изготовлении, будут надёжно и эффективно работать долгое время.