Помимо фильтрации воздуха, поступающего в двигатель, необходимо решить задачу фильтрации вентиляции картера в двигателях внутреннего сгорания. В ходе работы двигателя так называемые прорывающиеся газы выходят через конструктивную щель между поршнем и стенкой цилиндра, вентиляционные отверстия и подшипники турбонагнетателя, и попадают в картер. Помимо остатков топлива, промежуточных и конечных продуктов процессов сгорания и нагара, эти газы содержат незначительный объем моторного масла. Масляные капли, находящиеся в газах, вырываются из пленки, присутствующей на поршнях и стенках цилиндров, также они появляются на участках стока вращающихся узлов, возникают при охлаждении днища поршня, а также могут принимать форму мельчайших конденсационных аэрозолей из испарившегося моторного масла или водяного пара. Раньше было принято выводить этот газ посредством "открытой вентиляции" в атмосферу, предварительно удалив масло простейшим способом. Этот метод считают сегодня неприемлемым и покупатели и законодатели. Эта проблема решается "закрытой вентиляцией", при которой прорывающиеся газы вместе с содержащимися в них загрязнениями подводятся в зону забора воздуха для двигателя. Однако при этом масло и находящийся в нем нагар могут загрязнить турбонагнетатель, датчик массы воздуха, охладитель наддувочного воздуха, клапаны и катализаторы. Эти загрязнения могут негативно влиять как на процесс сгорания и тем самым изменять свойства отработавших газов, так и на функции и срок службы названных выше узлов. В целях обеспечения надежной работы двигателя при увеличенном сроке его службы, эти компоненты газов должны быть обязательно отделены. Средний диаметр содержащихся в газе масляных капель (которые замещают в данном случае все прочие аэрозоли и содержащиеся в них мельчайшие частицы и нагар) составляет всего 0,9 µм (рис. 2).
детальная информация про маслоотделитель системы вентиляции картера
Для эффективной сепарации доступны всего несколько способов (рис. 3).
По их основному физическому принципу сепараторы разделяют на диффузионные или коалесцентные, инерционные или ударные и электростатические сепараторы. К основным требованиям автомобилестроения можно также отнести минимально возможную потерю давления (из-за необходимости поддержания пониженного давления в картере) и небольшой установочный размер. Для снижения расходов владельца автомобиля на сервисное обслуживание сепараторы должны проектироваться как узлы с длительным сроком службы. Подходящий метод сепарации выбирают, исходя из экстремальных условий и требований покупателей. Выбор осуществляется с помощью оценочной матрицы (табл. 1).
Однако практика показывает, что "идеальных" сепараторов не бывает. Для того чтобы согласовать требования клиентов с техническим и производственно-экономическим заданием, необходимо найти особенное решение. Самые простые и дешевые - циклонные сепараторы. Речь идет о центробежном сепараторе, где газ вращается внутри цилидрически-конического узла. Масляные капли за счет инерции вылетают из вращающегося потока и остаются на стенках корпуса. Очищенный газ выходит из циклона через центральную трубу. Если циклонный сепаратор правильно сконструирован и имеется достаточный напор, то хорошие результаты сепарации вполне достижимы. Существует возможность пропускать газ через несколько параллельных циклонов, что позволяет сильно уменьшить габариты. Это облегчает интеграцию даже в стесненных условиях. Еще одним важным критерием в пользу выбора циклонного сепаратора является тот факт, что он разрабатывается как узел с длительным сроком службы. На рис. 4 представлены два параллельно работающих циклона, интегрированных в модуль масляного фильтра.
С помощью волоконных или диффузионных сепараторов (коалесцентные элементы) можно также успешно отделять мельчайшие капли. Однако существует опасность, что частички нагара из газа закупорят волоконный слой, и потери давления будут расти по мере эксплуатации. Поэтому эти элементы в большинстве случаев разрабатываются как сменные детали с достаточным запасом надежности. Центрифуги представляют собой инерционные сепараторы. Доступные для сепарации силы увеличиваются в центробежном поле, что позволяет отсеивать мельчайшие капли. Мощность сепарации регулируется за счет изменения частоты вращения центрифуги независимо от условий работы двигателя. Потеря давления в таком сепараторе обусловлена его конструкцией; в крайних случаях возможно даже повысить давление. Тем не менее, использование центрифуг связано с дополнительными расходами, т. к. речь идет о вращающейся детали, которая требует наличия привода, подшипников и уплотнений. Центрифуги также относятся к узлам с длительным сроком службы. На рис. 5 изображен сепаратор тарельчатого типа - центрифуга, предназначенная для отделения масла.
С помощью электростатического сепаратора можно достичь максимальной степени очистки при минимальной потере давления. Капли масла сначала заряжаются электричеством, затем под действием электрического поля движутся к отделительному электроду. В этом случае высокая мощность сепарации достигается за счет внешней, электрической силы. За счет этого повышается надежность очистки независимо от рабочего состояния двигателя. Электростатические сепараторы также требуют дополнительных расходов на источник высокого напряжения, электрическую изоляцию и экранирование. Если в газах содержится большое количество нагара, на электродах могут появиться отложения. Их нужно регулярно удалять, иначе возможен выход из строя всей системы. Особенно сложно одновременно обеспечить надежность работы масляного сепаратора и оптимизировать его установочные размеры, например, интегрировать в корпус модуля масляного фильтра или встроить в крышку клапана (см. рис. 4).