Система смазки

Для того чтобы двигатель внутреннего сгорания работал надежно, его трущиеся детали должны быть разделены масляной пленкой.

Смазочная система двигателя подводит масло к трущимся поверхностям и снижает потери на трение, охлаждает нагретые детали, удаляет нагар и продукты изнашивания, способствует защите деталей от коррозии, нейтрализует кислоты, образующиеся в процессе сгорания топлива.

В современных ДВС применяют комбинированные смазочные системы, в которых некоторые детали смазываются под давлением, создаваемым масляным насосом, а другие разбрызгиванием или самотеком.

3.1. Моторные масла

Масла, применяемые в смазочных системам ДВС, называются моторными, могут быть минеральными, полусинтетическими и синтетическими.

Моторному маслу приходится работать в очень сложных условиях, и поэтому к нему предъявляются жесткие требования, часто противоречащие друг другу.

Наиболее важной характеристикой моторного масла является его густота или вязкость. Вязкость характеризует сопротивляемость масла растеканию. По мере охлаждения масло становится гуще. По мере нагрева оно становится жиже. Таким образом, вязкость масла зависит от его температуры. При низкой температуре масло не должно становиться слишком густым, чтобы не препятствовать пуску двигателя. Самая низкая температура, при которой масло еще сохраняет текучесть, называется точкой застывания. Показателем степени изменения вязкости масла в диапазоне от минимальной до максимальной температуры является индекс вязкости.

3.1.1. Классификация масел по стандарту SAE

На упаковке моторных масел, предлагаемых в продаже, указывается класс масла по стандарту SAE (Американское общество автомобильных инженеров), который показывает, какому диапазону вязкости соответствует масло. Масла, тестируемые при температуре 100°С, маркируются только числом, за которым не стоит никаких букв. Например SAE 30 означает, что масло испытано только при температуре 100°С.

Масла, тестируемые при температуре -18°С, маркируются числом с буквой W в конце, означающей “зимнее”, и указывающей на то, что масло испытано при температуре -18°С – например, SAE 5W-30. Маркировка SAE 5W-30 всесезонного масла, означает, что при температуре -18°С вязкость масла соответствует классу SAE 5W, а при температуре 100°С – классу SAE 30.

Большинство производителей автомобилей рекомендуют использовать следующие универсальные (всесезонные) масла SAE 5W-30, SAE 10W-30.

Масла приобретают различные классы вязкости за счет введения в их состав присадки, повышающей индекс вязкости. Эта присадка представляет собой полимер, вызывающий повышение густоты исходного масла при повышении температуры. Например, масло класса 10W-30 при низкой температуре обладает вязкостью, соответствующей классу SAE 10W. А полимерные присадки добавляются в масло для того, чтобы довести его вязкость при высокой температуре до уровня, соответствующего классу SAE 30. Эти полимерные присадки вступают в реакцию при нагреве, вызывая снижение текучести масла при высокой температуре. Чем выше содержание присадки, понижающей температурную зависимость вязкости, тем шире температурный диапазон масла по вязкости. В загущенных маслах процентное содержание присадки-термостабилизатора вязкости составляет:

- SAE 5W-30 – 7%-8% присадки;

- SAE 10W-30 – 6%-8% присадки;

- SAE 10W-40 – 12%-15% присадки.

Хотя масло SAE 10W-40 и обладает повышенной устойчивостью к высокотемпературному разжижению по сравнению с маслом SAE 10W-30, повышенное содержание присадки-термостабилизатора вязкости вызывает обострение ряда проблем. В процессе работы двигателя масло становится все гуще. Это связано со следующими факторами: 1) окисление (соединяясь с кислородом, масло становится гуще); 2) разрушение полимерных присадок.

3.1.2. Классификация масел по стандарту API

Американский нефтяной институт (API) в сотрудничестве с производителями автомобилей и нефтяными компаниями ввел классификацию моторных масел по эксплуатационным характеристикам.

Категория масла по классификации API (см. таблицу 1)(по эксплуатационным характеристикам) и класс вязкости масла по классификации SAE – это единственная доступная информация, позволяющая оценить пригодность того или иного масла к использованию в двигателе. На рис. 1 приведен образец стандартной маркировки АРI, наносимой на канистры с маслом.

Рис. 1. Маркировочная эмблема API моторного масла категории SJ, класса SAE 10W-30. Маркировка «ENERGY CONSERVING» (энергосберегающее) означает, что данное масло, по сравнению с эталонным маслом, обеспечивает снижение расхода топлива на 1,1% – для масла класса SAE 5W-30, и на 0,5% – для масла класса SAE 10W-30. SERVICE – эксплуатационное.

Таблица 1 - Категория масла по классификации API

Условное обозначение	Значение
Для бензиновых ДВС
SA	Чистое минеральное масло (без присадок), непригодно для использования в двигателях.
SB	Масло с антифрикционными и антиоксидантными присадками, не обладающее очищающими свойствами.
SC	Устаревшее (1964 г.).
SD	Устаревшее (1968 г.).
SE	Устаревшее (1972 г.).
SF	Устаревшее (1980 г.).
SG	Устаревшее (1988 г.).
SH	Масло самой высокой категории с 1993 г. по 1997 г.
SJ	Масло самой высокой категории, введенной с 1997 г.
Для дизелей
CA	Устаревшее.
CB	Устаревшее.
CC	Устаревшее.

Продолжение таблицы 1

CD	Самая низкая категория рабочих масел для дизельных двигателей.
CE	Для определенных типов форсированных дизельных двигателей с компрессорным наддувом или турбонаддувом.
CF	Для дизельных двигателей с непрямым впрыском топлива, установленных на внедорожных транспортных средствах.
CF-2	Рабочее масло для двухтактных дизельных двигателей.
CF-4	Рабочее масло для четырехтактных высокоскоростных дизельных двигателей.
CG-4	Рабочее масло для четырехтактных высокоскоростных дизельных двигателей, работающих в тяжелых условиях эксплуатации.

3.1.3. Присадки к моторным маслам

Присадки добавляются в моторное масло для того чтобы:

- восстановить определенные качества, утраченные в процессе перегонки нефти;

- усилить определенные качества, присущие маслу изначально;

- придать маслу новые качества, которыми оно не обладает.

Антиоксиданты уменьшают высокотемпературные загрязнения. Они предотвращают образование смоляного нагара на деталях, снижают коррозию подшипников и замедляют до минимума процесс образования фракций.

Антикоррозионные присадки замедляют процесс кислотообразования, вызывающий коррозию подшипников.

Детергенты и антикоагулянты препятствуют образованию грязевых комков в масле при низких температурах и удерживают частицы загрязнений в масле в дисперсном состоянии. Частицы загрязнений удерживаются в масле в виде взвеси, что позволяет удалить их из двигателя при замене масла.

Противозадирные и противоизносные присадки формируют химическую пленку, которая предотвращает опасность сухого трения между поверхностями деталей при возникновении режима граничной смазки.

Присадки-термостабилизаторы вязкости используются для снижения температурной зависимости вязкости масла.

Присадки, снижающие температуру застывания масла, покрывают кристаллы парафинов, выпадающие из масла при застывании, не позволяя им слипаться. При этом масло сохраняет текучесть при более низких температурах.

Существует множество других видов присадок, которые могут добавляться в масло для повышения его рабочих характеристик. К ним относятся антикоррозионные присадки, деактиваторы металлов, гидрофобизаторы, эмульгаторы, красители, цветостабилизаторы, дезодоранты и ингибиторы пенообразования.

3.1.4. Периодичность замены масла

Большинством производителей автомобилей рекомендуемый интервал между заменами масла устанавливается в пределах от 12000 км до 19000 км или каждые шесть месяцев.

Если же условия эксплуатации автомобиля подпадают хотя бы под один из пунктов, перечисленных ниже, то рекомендуемый интервал между заменами масла сокращается, чтобы избежать проблем, до величины от 3000 км до 5000 км или каждые три месяца. Важно запомнить, что рекомендованные изготовителями интервалы – это максимальные интервалы и в случае, если автомобиль эксплуатируется в условиях, соответствующих хотя бы одному из перечисленных ниже пунктов, их следует существенно сократить:

- эксплуатация в условиях запыленности;

- эксплуатация с прицепом (трейлером);

- эксплуатация в режиме коротких пробегов, особенно в холодную погоду (производители по-разному определяют понятие «короткий пробег», но обычно это означает пробег от 6 км до 24 км между пуском и выключением двигателя);

- эксплуатация при низких температурах (ниже 0°С);

- продолжительная эксплуатация в режиме холостого хода.

3.2. Устройство системы смазки

Система смазки (рис. 2) состоит из поддона картера, масляного насоса с маслоприемником, масляного фильтра, каналов для подачи масла под давлением, просверленных в блоке цилиндров, головке блока и в других деталях двигателя.

Рис. 2. Принципиальная схема смазочной системы: 1, 3 – фильтрующие элементы; 2, 27, 28, 32 – перепускные клапаны; 4 – манометр; 5 – распределительный вал; 6 – толкатель; 7 – штанга; 8 – поршень; 9 – распылитель; 10, 24 – сверление в блоке; 11, 14 – сверление в коромысле; 12 – полость оси коромысел; 13 – сетчатый фильтр; 15 – сверление в шатуне; 16 – распылитель в нижней головке шатуна; 17 – сверление в шейках коленчатого вала; 18 – щуп; 19 – термометр; 20 – коренной подшипник; 21 – поддон; 22 – температурный датчик; 23 – маслозаборник; 25 – главная масляная магистраль; 26 – сливная пробка; 29, 30 – масляный насос; 31 – кран; 33 – масляный радиатор.

Масло заливается через маслозаливную горловину в поддон картера до определенного уровня. Уровень масла контролируется с помощью масломерного щупа, на котором нанесены две метки – максимального и минимального уровня.

При работе двигателя масло засасывается из поддона двигателя масляным насосом через маслозаборник с сетчатым фильтром, предотвращающим попадание в насос крупных частиц. Из насоса масло под давлением подается в масляный фильтр, где очищается от механических примесей и проходит в главную масляную магистраль – канал, просверленный в картере блока цилиндров. От главной масляной магистрали ответвляются каналы, по которым масло поступает к коренным подшипникам коленчатого вала, опорам распределительного вала и другим деталям. К шатунным шейкам коленчатого вала масло поступает через отверстия, просверленные в коленчатом вале. В некоторых двигателях в нижней головке шатуна имеется канал, по которому масло подается для смазки поршневого пальца.

Для подачи масла на рабочую поверхность цилиндра выполняют сверление в нижней головке шатуна, из которого, при совпадении отверстий в шатунной шейке и головке шатуна, масло попадает на зеркало цилиндра; иногда для этого используются специальные форсунки.

Вытекающее через зазоры в подшипниках масло разбрызгивается движущимися деталями КШМ и ГРМ и в виде капель и масляного тумана попадает на другие детали механизмов двигателя. Из полости головки блока цилиндров под действием силы тяжести масло стекает обратно в поддон, смазывая при этом детали привода ГРМ.

3.3. Масляные поддоны

Вращающийся коленчатый вал действует как своего рода вентилятор, увлекая за собой воздух, находящийся в картере. Этот воздушный вихрь взбалтывает масло, насыщая его пузырьками воздуха, что вызывает вспенивание масла. Масляная пена смазывает поверхности не так, как жидкое масло, поэтому вспенивание масла может стать причиной выхода из строя подшипников.

Для предотвращения вспенивания масла в двигателях иногда устанавливается специальный вихрегасящий или вихретормозящий желоб. Он может быть выполнен в виде отдельного узла, как показанный на рис. 3, или быть конструктивной частью поддона картера. Тормозящие желоба ограничивая объем воздуха, вовлекаемого вращающимся коленчатым валом в вихревое движение, и снижая тем самым потери мощности двигателя на высоких оборотах.

Рис. 3. Вихретормозящий желоб крепится между коленчатым валом и поддоном картера.

В некоторых высокофорсированных двигателях спортивных автомобилей, а также тракторов и специальных автомобилей, применяются системы смазки с сухим картером (рис. 4).

а)

б)  

Рис. 4. Системы смазки – обычная (а) и с сухим картером (б): 1 – емкость для масла (масляный бак); 2 – масляный фильтр; 3 – поддон картера; 4 – отсасывающий масляный насос; 5 – масляный насос; 6 – масляный радиатор.

Использование таких систем гарантирует, что при резких маневрах на большой скорости или наклонах транспортного средства масло не переместится к одной из его стенок и маслозаборник не окажется выше уровня масла. Стекающее в поддон масло в двигателях с сухим картером постоянно выкачивается дополнительным масляным насосом в специальный масляный бак. Из этого бака масло затем подается под давлением в систему смазки двигателя.

3.4. Масляные насосы

Все автомобильные двигатели оснащаются системой смазки под давлением. Давление масла в системе поддерживается масляным насосом.

Обычно применяют масляные насосы шестеренного типа с наружным или внутренним зацеплением шестерен. На рис. 5 показаны схемы масляных насосов. На рис. 6 представлены фотографии масляных насосов.

а)	б)	в)

Рис. 5. Схемы масляных насосов: а) – шестеренный с наружным зацеплением; б) – шестеренный с внутренним зацеплением; в) – роторный; 1 – ведущая шестерня; 2 – корпус насоса; 3 – всасывающий канал; 4 – ведомая шестерня; 5 – ось; 6 – нагнетательный канал; 7 – разделительный сектор; 8 – ведомый ротор; 9 – ведущий ротор.

Рис. 6. Масляный насос роторного типа (слева) и шестеренного (справа).

В масляном насосе шестеренного типа масло прокачивается по внешнему кругу зубчатой передачи.

Масляный насос приводится в движение посредством промежуточного вала (рис. 7), зачастую шестигранной формы, соединенного с концом вала привода распределителя зажигания. В одних двигателях для привода распределителя зажигания и масляного насоса используется короткий вал, шестерня которого находится в зацеплении с шестерней распределительного вала. В этом случае масляный насос вращается со скоростью вдвое меньшей скорости вращения коленчатого вала. В других двигателях привод масляного насоса осуществляется непосредственно от коленчатого вала (рис. 8).

Шестеренные масляные насосы с увеличением частоты вращения могут создавать очень высокое давление и подавать больше масла, чем это необходимо для работы двигателя. Поэтому на выходе из насоса устанавливается редукционный клапан, который открывается, когда давление превышает заданную величину и перепускает масло обратно во впускную полость насоса.

Падение давления масла в смазочной системе может привести к быстрому выходу двигателя из строя, поэтому оно контролируется специальным датчиком, установленным в масляной магистрали. Электрический сигнал отдатчика поступает к указателю давления масла, установленному на приборной панели, или к контрольной лампе аварийного давления. В некоторых двигателях сигнал от датчика давления используется электронным блоком управления, который может отключить двигатель в случае опасного снижения давления масла. В отдельных конструкциях применяют датчики и для контроля уровня масла в поддоне картера (рис. 9).

Рис. 7. Привод масляного насоса от шестерни привода распределителя зажигания через промежуточный вал.

Рис. 8. Масляный насос, монтируемый на передней крышке двигателя; приводится во вращение коленчатым валом.

Рис. 9. В поддоне картера установлен датчик контроля уровня масла.

3.5. Масляные фильтры

Загрязненное масло вызывает ускоренное изнашивание двигателя и засоряет каналы смазочной системы. Масляный фильтр (рис. 10) служит для очистки масла от твердых частиц продуктов изнашивания деталей двигателя, нагара и т. п.

Рис. 10. Масляный фильтр со сменным фильтрующим элементом

Масляные фильтры называют полнопоточными, если через них проходит все масло, и неполнопоточными, если через них проходит только его часть. Неполнопоточные фильтры применяют как дополнительные к основным – полнопоточным для более тонкой очистки масла. Масляный фильтр может быть сменным, и его нужно заменять новым при каждой замене масла или иметь сменный только фильтрующий элемент. В большинстве двигателей легковых автомобилей применяют полнопоточные сменные фильтры, хотя встречаются конструкции, в которых заменяют только фильтрующий элемент.

В смазочных системах грузовых автомобилей часто применяют по два фильтра: один – полнопоточный со сменным фильтрующим элементом, второй – неполнопоточный центробежный (центрифуга) (рис. 11).

Рис. 11. Конструкция центробежного масляного фильтра (центрифуги): 1 – корпус; 2 – колпак ротора; 3 – ротор; 4 – колпак фильтра; 5 – гайка крепления колпака ротора; 6 – упорный шарикоподшипник; 7 – упорная шайба; 8 – гайка крепления ротора; 9 – гайка крепления колпака фильтра; 10 – верхняя втулка ротора; 11 – ось ротора; 12 – экран; 13 – нижняя втулка ротора; 14 – палец стопора; 15 – пластина стопора; 16 – пружина стопора; 17 – трубка отвода масла.

Центробежный фильтр (центрифуга) приводится в действие за счет реактивных сил масла, вытекающего под давлением из специальных сопел (жиклеров), направленных в разные стороны. Вращающийся с большой скоростью вместе с соплами колпак, находящийся внутри корпуса фильтра, заполнен маслом, из которого за счет центробежных сил удаляются твердые частицы, которые оседают на внутренней поверхности колпака. Центробежные фильтры очень хорошо очищают масло, но только по массовому признаку. Например, частицы сажи ими улавливаются плохо, т.к. массы сажи и масла близки по величине.

Фильтрующие элементы полнопоточных фильтров (рис. 12) изготавливают из пористого материала (бумаги, пористого картона, синтетических материалов). В случае засорения пор фильтрующего элемента его пропускная способность ухудшается.

Для того чтобы в главной масляной магистрали не произошло падения давления масла, внутри фильтра имеется перепускной клапан. Перепускной клапан открывается при определенном значении давления внутри фильтра и обеспечивает проход масла в двигатель, минуя фильтрующий элемент. Следует отметить, что лучше подавать в двигатель неочищенное масло, чем допустить падение давления в системе смазки. Перепускной клапан может открываться также в случае чрезмерного загустевания масла при холодном пуске двигателя. Имеются конструкции фильтров, в которых установлены два перепускных клапана. Иногда используются специальные датчики, сигнализирующие о засорении масляного фильтра.

Дренажный клапан, установленный на входе в фильтр препятствует вытеканию масла из фильтра после остановки двигателя, чтобы при последующем пуске не терялось время на заполнение корпуса фильтра и двигатель не испытывал масляного голодания.

а)	б)
Рис. 12. Устройство неразборного (а) и разборного (б) полнопоточного объемно-адсорбирующего масляного фильтра: 1 – корпус; 2 – штора (фильтрующий элемент); 3 – перепускной клапан; 4 – противодренажный клапан; 5 – противосливной клапан; 6 – путь масла при открытии перепускного клапана; 7 – канал слива масла в картер при замене фильтрующего элемента.

3.6. Вентиляция картера

Рис. 13. Схема вентиляции картера двигателя: 1 – корпус воздушного фильтра; 2 – фильтрующий элемент; 3 – всасывающий коллектор вентиляции картера; 4 – карбюратор; 5 – впускной трубопровод; 6 – впускной клапан; 7 – шланг вентиляции картера; 8 – маслоотделитель; 9 – сливная трубка маслоотделителя; 10 – картер двигателя; 11 – поддон картера.

При работе двигателя через поршневые кольца прорываются газы и попадают в картер двигателя. Они состоят из продуктов сгорания и частиц несгоревшего топлива. Соединяясь с парами воды, имеющимися в воздухе, картерные газы образуют агрессивные кислоты, которые вызывают коррозию деталей двигателя, вступают в реакцию с маслом и ухудшают его свойства. Кроме того, прорвавшиеся газы повышают давление в картере, что может привести к нарушению уплотнений и выдавливанию масла из двигателя. Для удаления этих газов служит система вентиляции картера.

Самым простым способом вентиляции картера является удаление газов в атмосферу – так называемая открытая система. На автомобилях ее широко применяли в прежние годы, но т.к. картерные газы являются очень токсичными, то в современных двигателях применяют только закрытые принудительные системы вентиляции картера (рис. 13). В этих системах картерные газы направляются в камеры сгорания, через впускной трубопровод.

Неисправная или засоренная система вентиляции картера является причиной высокого расхода масла.

3.7. Масляные радиаторы

В форсированных двигателях и двигателях с турбонаддувом необходимо поддерживать температуру масла в строго определенных пределах.

Для охлаждения масла могут использоваться масляные радиаторы (масляный радиатор обдувается воздухом, который охлаждает протекающее через него масло) или водомасляные теплообменники (теплообменник отдает тепло от масла в охлаждающую жидкость).

Увеличение объема масляного поддона также способствует регулированию температуры масла. Масло в двигателе должно иметь температуру выше 100°С чтобы из него выпаривалась остаточная вода, но его температура не должна превосходить границу в диапазоне от 138°С до 148°С.

Дата добавления: 2015-07-25