Вираз “позитивна вентиляція картерних газів” звучить так, ніби механік намагається налякати вас, щоб ви купили непотрібну запчастину. Цей жаргон призначений для того, щоб змусити вас замислитись. Проте сама концепція не складна. Це просте та елегантне вирішення заплутаної проблеми, яка існує з моменту появи перших двигунів внутрішнього згоряння. Щоб зрозуміти, чому вашому двигуну вона потрібна, необхідно розібратися у базовому механізмі згоряння палива у цих двигунах.
Двигун внутрішнього згоряння – це, по суті, ряд порожнистих циліндрів. Усередині кожного циліндра знаходиться поршень, який переміщається вгору та вниз. Процес починається з того, що суміш повітря та бензину подається у впускний колектор. Ця суміш надходить у циліндр через впускний клапан. Свічка запалювання займає паливоповітряну суміш у камері згоряння у верхній частині циліндра. Внаслідок вибуху поршень опускається вниз. Цей поступальний рух обертає колінчастий вал. Обертання колінчастого валу передає потужність на трансмісію, яка приводить автомобіль у рух. У міру повторення цього циклу поршень піднімається, і будь-які вихлопні гази, що залишилися, викидаються через випускний клапан.
Тут починається найзаплутаніше.
Незважаючи на досконалість сучасних технологій, немає ідеальної герметичності. Невелика кількість суміші повітря та палива проходить через поршневі кільця. Ці гази потрапляють у картер — нижню частину двигуна, де розташований колінчастий вал. Цей тип витоку називається “прогар” (blow-by). Це неминуче. Це також небажано. Неповністю паливо, що згоріло, в газах прогару може забруднити масло, утворити шлам і викликати корозію.
До початку 1960-х років виробники вирішували цю проблему просто виводячи картер в атмосферу. Це дозволяло повітря вільно циркулювати і викидало гази прогару безпосередньо в довкілля. Це дуже дешево. Це дуже просто. Але це також є значним джерелом забруднення. Ситуація змінилася на початку 1960-х. Інженери винайшли систему позитивної вентиляції картерних газів (PCV), яка стала початком сучасної системи контролю за викидами автомобілів.
Механічний принцип роботи клапана PCV
Позитивна вентиляція картерних газів працює за рахунок рециркуляції забруднених газів прогару. Замість випускати їх назовні, система повертає їх у впускний колектор через клапан (клапан PCV). Звідти вони всмоктуються у циліндр та згоряють повторно.
Цей процес рециркуляції є проблематичним. Гази прогару складаються в основному з повітря. Якщо в паливній суміші занадто багато повітря, двигун працює на “бідній” суміші. У бідній суміші надто мало бензину для ефективного згоряння. Це може призвести до перегріву та зниження продуктивності. Тому система вимагає способу контролювати кількість газів, що рециркулюються. Вона не може постійно скидати всі гази прогару у впускний колектор.
Це рішення ґрунтується на різниці тисків.
Коли автомобіль працює на неодруженому ходу або рухається на низьких швидкостях, тиск повітря у впускному колекторі падає. Власне, дросельна заслінка майже закрита, створюючи розрідження (вакуум). Це розрідження сильніше, ніж тиск усередині картера. Результат? Розрідження всмоктує вихлопні гази через клапан PCV у впускний колектор. Вони згоряють безпечно.
Але що відбувається, коли ви натискаєте педаль газу на підлогу?
У міру збільшення обертів двигуна дросельна заслінка відкривається широко. Тиск у впускному колекторі підвищується. Ефект розрідження знижується. Кількість газів, що всмоктуються, прогару зменшується. Це те, що вам потрібно. На високих швидкостях двигуну не потрібне додаткове повітря у картері. У деяких випадках тиск у впускному колекторі може фактично перевищити тиск у картері. Якщо це станеться без зворотного клапана, гази будуть витіснені назад у картер. Це повністю суперечить меті всієї системи.
Саме тут важливим є конструктивне рішення клапана PCV. Він працює як односторонній зворотний клапан. Коли тиск у впускному колекторі збільшується, клапан закривається. Це запобігає зворотному потоку газів. Двигун залишається чистим. Двигун залишається ефективним.
Коли тиск у впускному колекторі підвищується, клапан PCV автоматично закривається, запобігаючи попаданню газів прогару в картер.
Оскільки фізика включає вакуум, тиск і гідродинаміку, це звучить складно. Проте ціль проста. Вона полягає в тому, щоб підтримувати чистоту картера, знижувати викиди та повторно використовувати відпрацьоване паливо. Без цього простого клапана двигун буде заповнений шлам, а вуглеводні надходитимуть у повітря.
Картер служить резервуаром для олії та розташований у піддоні під колінчастим валом. В ідеалі колінчастий вал повинен обертатися в маслі без його перемішування, але на практиці це не завжди є ідеальним. Якщо деталі, що обертаються, занадто сильно контактують з маслом, може утворитися піна. Вона виглядає як густий чорний молочний коктейль. Ця аерація може зруйнувати мастильні властивості. Навіть якщо піноутворення вдасться уникнути, масляні пари все одно можуть потрапляти в проривні гази.
Рециркуляція цих пар назад у циліндри — погана ідея. Олія робить суміш вкрай займистою. Це схоже зниження октанового числа бензину. У сучасних двигунах це може трохи знизити продуктивність. У старих двигунах суміш може спалахувати передчасно, викликаючи бавовни у вихлопній системі. Крім того, на впуску утворюється олійна плівка. Згодом повітряний потік може стати заблокованим.
Якщо ви керуєте звичайним міським автомобілем, ці проблеми контролюються. Ви можете видалити накопичення під час технічного обслуговування. Однак деякі водії та виробники не хочуть чекати, поки проблема виникне. Вони хочуть видаляти олію до того, як проривні гази потраплять у впускний колектор. Тут на сцену виходить сепаратор олії та повітря системи PCV.
Як сепаратори витягають олію перед рециркуляцією
Сепаратор витягує масло з парів картера до того, як вони досягнуть впускного колектора. Вилучене масло або повертається в картер, або потрапляє в невелику ємність, яку називають збірним баком. Не у всіх автомобілях є вбудовані сепаратори. Не у всіх автомобілях він потрібний. Але якщо ви хочете підтримувати чистоту впускної системи, ви можете придбати обладнання після продажу або зробити його самостійно.
Ці системи працюють по-різному. Найбільш поширений метод використовує сітчастий фільтр. Маслянисте повітря проходить через сітку. Сітка вловлює краплі олії. Чисте повітря проходить крізь неї. Мікрофільтри тут найефективніші. Вони можуть уловлювати навіть найдрібніші масляні частинки.
Інша конструкція використовує трубку з отворами з боків. Гази, що рециркулюються, проходять уздовж цієї трубки. Більш легкі молекули повітря виходять через отвори. Більш важкі краплі олії осідають на дні. Їх можна видалити звідти.
Деякі просунуті системи використовують центрифуги. Це змушує суміш обертатися, змушуючи важчі краплі олії відокремлюватися від повітряного потоку. Олія накопичується на стінках центрифуги. Звідти його можна спрямувати назад у картер.
Часті питання про систему примусової вентиляції картерних газів (PCV)
** Як працює система PCV? **
На холостому ході двигун створює високий негативний тиск. Це затягує клапан PCV у положення, що обмежує потік. Кількість рециркульованих газів картера зменшується. У міру збільшення швидкості обертання рівень вакууму знижується. Клапан відкривається широко. У впускний колектор повертається більше газів.
** Що відбувається, якщо клапан PCV пошкоджено? **
Пошкоджений або зношений клапан PCV може забруднити моторне масло. Накопичення шламу. Відбувається витік олії. Збільшується витрата палива. Ці проблеми можуть призвести до пошкодження двигуна.
** Скільки коштує заміна клапана PCV? **
Ціни варіюються в залежності від типу несправності. Якщо ви заміните весь клапан, можна розраховувати заплатити від 65 до 83 доларів за деталі. Потрібна додаткова робота. Виробники рекомендують регулярну заміну.
** Якими є ознаки виходу з ладу клапана PCV? **
Перевірте, чи не троїть двигун і чи не відчуває затримки на холостому ходу. Перевірте, чи не збільшилася витрата палива. Чорний дим із вихлопної труби є попереджувальним знаком. Брудна свічка запалювання з олією підтверджує проблему.
** Якими є найбільш поширені проблеми з клапанами PCV? **
Це з засміченням. Якщо клапан забивається, він зможе поглинати вологу чи проривні гази з картера. Утворюється шлам. У картері накопичується тиск. Нагріте масло може проходити через ущільнення та викликати витік.
