Автомобілі Електронний підручник
Головна Теоретичні відомості Лабораторні роботи Тести Список використанних джерел	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
	Лекція №6 Система мащення двигуна СИСТЕМА МАЩЕННЯ ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ Взаємне переміщення рухомо з’єднаних деталей під час роботи двигуна супроводжується тертям і витратою енергії, а також виділенням теплоти. Спрацювання поверхонь призводить до збільшення зазорів у рухомих з’єднаннях деталей та поломок. Залежно від стану поверхонь, що дотикаються, тертя може бути сухим, рідинним або граничним. Сухе тертя характеризується тим, що робочі поверхні деталей абсолютно сухі й безпосередньо дотикаються одна до одної. Робота механізмів супроводжується руйнуванням мікровиступів з’єднаних поверхонь, значними витратами енергії, спрацюванням і виділенням теплоти. Рухомі поверхні, що з’єднуються, змащують. Тертя між робочими поверхнями, відокремленими достатньо товстим шаром оливи, називають рідинним. При цьому виключається безпосередній контакт поверхонь, зменшується потрібна для взаємного переміщення деталей сила та значно знижується їх спрацювання. У двигунах рідинне тертя характерне переважно для підшипників колінчастого вала на робочих режимах. Тертя, коли робочі поверхні відокремлені лише тонкою плівкою оливи, яка утримується силами молекулярного тяжіння, називають граничним. Залежно від товщини плівки розрізняють напіврідинне або напівсухе тертя. Відповідно до гідродинамічної теорії мащення олива переноситься валом з широкої частини (рис. 2.48) до вузької. Через нездатність до стиснення вона намагається витекти з-під поверхонь, чому протидіють сили в’язкості. Із зменшенням зазору між тертьовими поверхнями процес утруднюється, для видавлювання оливи необхідний все більший тиск. Максимальний тиск створюється у зоні найменшого зазору. Отже, шар оливи, що відокремлює вал і підшипник, буде носієм. Вал із збільшенням частоти обертання намагається зайняти таке положення, коли його вісь наближається до центра підшипника. Надійність забезпечення рідинного тертя залежить від в’язкості оливи, швидкості руху поверхонь і навантаження на них. Рідинне тертя зменшує витрати енергії на подолання сил опору руху в 10—15 разів Рис. 2.48. Схема утворення рідинного клина при зміні частоти обертання вала у підшипниках ковзання Безперебійну подачу оливи до поверхонь тертя деталей двигуна забезпечує система мащення. Внаслідок циркуляції у зазорах між рухомими поверхнями олива сприяє їхньому охолодженню, запобігає корозії, відводить продукти спрацювання, ущільнює з’єднання. У сучасних двигунах підведення оливи до поверхонь тертя здійснюється так: під тиском з безперервною подачею; під тиском з періодичною (пульсуючою) подачею; розбризкуванням. Систему мащення, в якій використовують різні способи підведення оливи до поверхонь тертя, називають комбінованою. Вона складається з резервуара (піддона картера) із заливною горловиною 17 (рис. 2.49), шестеренного насоса 7 Рис. 2.49. Загальна схема системи мащення двигуна: 1, 10 — фільтри; 2 — термометр; 3 — радіатор; 4, 8, 9 — відповідно запобіжний, редукційний і перепускний клапани: 5 — кран; 6 — оливоприймач; 7 — насос; 11 — манометр: 12 — головна магістраль; 13 — корінний підшипник; 14 — підшипник розподільного вала; 15 — вісь коромисла; 16 — оливомірний стержень; 17 — заливна горловина з оливоприймачем 6, фільтрів 1 і 10, головної магістралі 12, редукційного 8, перепускного 9 і запобіжного 4 клапанів. З головної магістралі олива під тиском через отвори у картері та блоці надходить до корінних підшипників 13 колінчастого вала, підшипників 14 розподільного вала і в порожнисту вісь 15 коромисел. Від корінних підшипників через канали у шийках і щоках вона потрапляє до шатунних підшипників колінчастого вала. У шатунах деяких двигунів просвердлено канали для мащення пальців. Олива, що витискається із зазорів у підшипниках колінчастого і розподільного валів, Тиск оливи контролюється манометром 11, датчик якого встановлено у головній магістралі, а покажчик — на щитку приладів. У деяких двигунах для контролю температури оливи застосовується термометр 2, датчик якого розміщено у піддоні картера. Радіатор 3 охолоджує оливу, його включення (виключення) забезпечується краном 5. Охолоджена олива зливається у піддон картера. Система мащення дизеля Д-240 складається з піддона картера 13 (рис. 2.50), насоса 6 із забірником, фільтрів 5, радіатора 1, трубок і каналів, пристроїв для автоматичного перемикання каналів 7, 8 і 9, контрольних приладів 3.розбризкується рухомими деталями КІІІМ і як туман покриває стінки циліндрів, кулачки розподільного вала, штовхачі тощо. Моторні оливи зменшують витрати енергії на подолання сил тертя, відводять теплоту від деталей, що нагріваються, запобігають корозії, очищають зазори від продуктів забруднення, герметизують з’єднання "циліндр-кільце" і "кільце-поршень". Важливими показниками якості оливи є в’язкість і маслянистість (липкість). В’язкість оливи — здатність створювати опір переміщенню однієї її частини відносно іншої, маслянистість — здатність створювати на поверхні міцну оливну плівку. Чим більша в’язкість і краща маслянистість, тим надійніше утримується оливна плівка і кращі умови для рідинного тертя. Проте надмірна в’язкість оливи у з’єднаннях з малими зазорами утруднює їх рух. ПРИСТРОЇ ДЛЯ ПОДАЧІ ТА ФІЛЬТРАЦІЇ ОЛИВИ Насос призначений для створення необхідного тиску оливи. У системах мащення двигунів застосовують одно-, дво- та трисекційні шестеренні насоси. Односекційний насос складається з корпусу 1 (рис. 2.51), в якому є дві шестерні: ведуча 2 приводиться у дію за допомогою шестеренної передачі від колінчастого вала та ведена 4. У процесі обертання шестерень їхні зубці, виходячи із зачеплення у всмоктувальній порожнині насоса, створюють розрідження. Завдяки цьому олива засмоктується з піддона картера через сітчастий фільтр 3, заповнює впадини між зуб’ями й переноситься у нагнітальну порожнину. Рис. 2.50. Системамащення двигуна Д-240: 1 — радіатор; 2 — головна магістраль; 3 — манометр; 4 — сітка; 5 — фільтр; 6 — насос; 7, 8, 9 — відповідно редукційний (радіаторний), зливний і запобіжний клапани; 10 — упорне півкільце; 11 — патрубок; 12 — оливоприймач; 13 — піддон картера Для попередження надмірного зростання тиску в системі (подачу насосом розраховують із запасом) передбачено запобіжний клапан. Рис. 2.51. Схема роботи насоса: 1 — корпус; 2, 4 — відповідно ведуча і ведена шестерні; 3 — сітчастий фільтр; 5 — канал нагнітання; 6, 8, 9 — відповідно запірна кулька, пружина і регулювальний гвинт запобіжного клапана; 7 — отвір для перепуску оливи; Н, В — відповідно нагнітальна і всмоктувальна порожнини З боку нагнітальної порожнини на його кульку 6 діє тиск оливи, а з протилежної — пружина. Якщо тиск оливи перевищує опір пружини (наприклад, під час пуску двигуна, коли олива холодна і має підвищену в’язкість), клапан перепускає її надлишок у піддон (в інших конструкціях — у всмоктувальну порожнину насоса). Двосекційний насос двигунів СМД-60 і СМД-62 (рис. 2.52) має основну секцію, що подає оливу у головний контур (до фільтра), та додаткову, яка подає оливу до радіатора. До корпусу нагнітальної секції насоса 17 кріпиться корпус радіаторної секції 12. На валу, що приводиться шестернею 19, розміщено ведучі шестерні нагнітальної 16 (виготовлена заодно з валом) та радіаторної 14 (зафіксована кулькою) Рис. 2.52. Двосекційний насос системи мащення двигунів СМД-60 і СМД-62: 1, 16 — відповідно ведена і ведуча шестерні нагнітальної секції; 2, 3 — відповідно редукційний клапан і вихідний отвір нагнітальної секції; 4 — стопорне кільце; 5 — регулювальні пробки; 6 — зливні трубки; 7 — корпус клапанів; 8 — запобіжний клапан радіаторної секції; 9 — вихідний отвір радіаторної секції; 10, 14 — відповідно ведена і ведуча шестерні радіаторної секції; 11 — всмоктувальна трубка; 12 — корпус радіаторної секції; 13 — шпонка (кулька); 15 — проставка; 17 — корпус нагнітальної секції; 18 — встановлювальний штифт; 19 — приводна шестерня секцій. Клапани 8 і 2 обмежують тиск подачі оливи (нагнітальної секції до 1 МПа, радіаторної — до 0,25 МПа). Надлишкова олива зливається через трубки 6 у піддон картера. На V-подібних двигунах СМД запроваджений насос для передпускового прокачування оливи. Він забезпечує подачу оливи у систему з моменту пуску пускового двигуна, чим усувається можливість напівсухого або сухого тертя, збільшується термін експлуатації підшипників. Приводиться насос від шестерні редуктора пускового двигуна. Під час роботи двигуна олива забруднюється металевими частинками, нагаром, смолами й пилом. Для її очищення застосовують різні пристрої, призначені для фільтрації, відстоювання чи відцентрового очищення. Фільтрація відбувається під час просочування оливи через дрібні отвори фільтра, внаслідок чого механічні частки затримуються на його поверхні. Такі фільтри встановлюють у заливних горловинах систем, в оливоприймачах тощо. Залежно від розмірів частинок, що затримуються, розрізняють фільтри грубої (не пропускають частинки розміром понад 40 мк) і тонкої (відповідно понад 1—2 мкм) очистки. Внаслідок значного опору фільтри тонкої очистки під’єднуються до системи паралельно, щоб через них проходив не весь потік. У простому щілинному фільтрі як фільтрувальний елемент використовується дрібна металева сітка. Пластинчасто-щілинні фільтри складаються з комплектів відокремлених металевих пластин. Олива проходить через щілини між пластинами, залишаючи на фільтрувальному елементі частинки, більші за щілини. Корпус 2 (рис. 2.53) щілинного фільтра з паперовими елементами прикріплений до кришки гвинтом 9. У корпусі розміщено фільтрувальний елемент 1 з пористого картону, в кришці — перепускний клапан 7. Рис. 2.53. Щілинний фільтр автомобільного карбюраторного двигуна: 1 — фільтрувальний елемент: 2 — корпус; 3, 4 — відповідно підвідний і відвідний канали; 5 — кришка; 6 — трубка; 7 — перепускний клапан; 8 — отвори; 9 — гвинт Олива надходить від насоса через канал 3, просочується через пори, залишаючи на поверхні бруд, і через отвори 8 у трубці 6 — до каналу 4 кришки 5. При забрудненому фільтрувальному елементі або надмірній в’язкості оливи перепускний клапан відкривається і неочищена олива подається у систему. Забруднений фільтр замінюють. Відстоювання характеризується тим, що олива перебуває у нерухомому стані або рухається з порівняно малою швидкістю. Частинки, густина яких перевищує густину оливи, під дією сил тяжіння осідають. Очищення відцентровим способом принципово не відрізняється від відстоювання. Різниця лише у тому, що осідання домішок відбувається не під дією сил тяжіння, а під дією відцентрових сил, що виникають при обертовому русі місткості з оливою. Таким способом відбувається очищення у шатунних шийках колінчастого вала двигуна: олива, що підведена до порожнин шатунних шийок, обертається разом з ними, механічні домішки під дією відцентрових сил рухаються від центра обертання і відкладаються на стінках місткостей. Очищена олива надходить до шатунних підшипників. Якість такого очищення залежить від частоти обертання колінчастого вала, відстані між його осями та очищувальної порожнини, в’язкості та швидкості руху оливи через порожнину. Основними очисниками оливи на більшості сучасних двигунів є центрифуги. Залежно від характеру сил, що обертають ротор, їх поділяють на реактивні та активно-реактивні. Реактивна центрифуга складається з корпусу 1 (рис. 2.54), ковпака 2 й ротора, вільно встановленого на осі 4. Стакан ротора 3 притиснутий до основи гайкою й ущільнюється гумовими прокладками. Подільник 5 розмежовує порожнини очищеної й неочищеної оливи. У корпусі ротора запресовано дві втулки, захищені зверху сітками 7, якими з’єднуються порожнина ротора з жиклерами 9. Олива нагнітається насосом у корпус ротора через канал 11 і отвори 8. З порожнини ротора воно виходить двома шляхами: через жиклери 9 заливається у піддон картера; через отвори 6 і трубку 10 — у магістраль. Оскільки пропускна здатність жиклерів і вихідних каналів до магістралі менша, ніж подача насоса, то під час роботи двигуна олива у роторі перебуває під тиском. З жиклерів вона виходить із значною швидкістю, внаслідок чого виникають реактивні сили, дотично спрямовані до кола їхнього обертання у сторони, протилежні напрямам струменів. Цим забезпечується обертання ротора. Під дією відцентрових сил бруд відкладається на стінках ротора. Рис. 2.54. Будова і дія реактивної центрифуги: 1 — корпус; 2 — ковпак; 3 — стакан: 4 — вісь: 5 — подільник очищеної і неочищеної оливи: 6 — отвори для відведення очищеної оливи; 7 — запобіжна сітка; 8 — отвори для підведення неочищеної оливи: 9 — жиклер (сопло): 10 — трубка: 11 — підвідний канал Частота обертання ротора та якість очищення оливи залежать від її тиску й температури, а також від сили тертя у підшипниках ротора. Зменшення сил тертя забезпечується тим, що площа, яка сприймає тиск оливи біля верхнього днища ротора, дещо більша, ніж біля нижнього. Таке співвідношення геометричних розмірів поверхонь призводить до виникнення підйомної сили, яка зміщує ротор вгору так, що він майже не опирається на нижню опору. Частота обертання ротора центрифуг сучасних дизельних двигунів визначається рівнем 6000 хв“1. Центрифугу, вмонтовану в систему мащення так, що через неї проходить уся олива, називають повнопотоковою. На відміну від розглянутої, в активно-реактивної (безсоплової) центрифуги немає жиклерів і вся олива з ротора (після очищення) спрямовується на мащення поверхонь тертя (двигуни Д-240 і Д-245). Відсутність зливання оливи дає змогу зменшити її загальний потік, внаслідок чого зменшується енергія, потрібна для привода насоса. Крім того, через відсутність струмування оливи із жиклерів, вона менше насичується повітрям, тобто менше окислюється. Ротор активно-реактивної центрифуги вільно посаджений на вісь 1 (рис. 2.55), до якої нерухомо прикріплено насадок 7 з каналами Н, розміщеними дотично до кола їх розміщення. Аналогічно виконані й канали В у верхній частині колонки ротора. Рис. 2.55. Будова і дія активно-реактивної центрифуги двигунів Д-240 і Д-245: 1 — вісь; 2 — ковпак; 3 — ротор; 4 — корпус; 5 — підвідний канал; 6 — відвідна трубка; 7 — насадок; 8 — колонка ротора; 9 — спеціальна гайка; 10 — шайба; 11 — гайка; ВП, НП — відповідно верхня і нижня порожнини: В, Н — канали Олива, що нагнітається насосом, підвідним каналом 5, кільцевим каналом та отворами в осі підводиться до насадки 7, звідки виходить через канал Н у порожнину НП колонки ротора. Струмені оливи, що мають значну швидкість і спрямовуються каналами Н дотично до внутрішньої стінки колонки, створюють активний момент, який змушує ротор обертатися. З порожнини НП колонки через її радіальні отвори олива подається у порожнину ротора 3, де очищається від домішок. Далі каналами В у верхній частині колонки вона рухається у порожнину ВП. При цьому виникають реактивні сили, крутний момент яких збігається з активним. Сумарний крутний момент забезпечує обертання ротора з частотою у межах 6000 хв“'. Очищена олива з порожнини ВП каналом і трубкою в осі спрямовується у магістраль. Щоб стримати надмірне зменшення в’язкості оливи й уповільнити процес окислення, її охолоджують. Сучасні радіатори можуть знизити температуру оливи на 10—15°С. У двигунах з повітряним охолодженням радіатор являє собою трубку з ребрами (змійовик), виготовлену з алюмінієвого сплаву і розміщену під розподільним кожухом вентилятора. У двигунах з рідинним охолодженням оливний радіатор закріплений перед радіатором системи охолодження. Він складається з двох бачків та осердя із трубок, кінці яких з’єднуються з бачками. Осердя охолоджується повітряним потоком від вентилятора системи охолодження. Бачки поділені перегородками на відсіки, завдяки чому зростають шлях і час руху оливи через радіатор, що сприяє ефективнішому охолодженню. Радіатор системи мащення включають (відключають) спеціальним краном залежно від пори року або це виконується відповідним клапаном. КЛАПАНИ СИСТЕМИ Деякі рухомі з’єднання деталей змащуються лише шляхом подачі оливи під тиском. Зниження тиску або його надмірне підвищення негативно відбивається на технічному стані двигуна. Тиск у магістралі залежить від частоти обертання колінчастого вала, температури оливи, рівня спрацювання тертьових пар, опору фільтрів тощо. Щоб такі фактори не порушували нормальну роботу системи мащення, її обладнано автоматично діючими пристроями (клапанами). Редукційний клапан 2 (рис. 2.56) обмежує тиск, який створюється насосом із запасом. У деяких двигунах олива рухається спочатку через фільтр, для нормальної роботи якого потрібний досить високий тиск, а потім потрапляє у магістраль, де тиск має бути нижчим. У такому разі редукційний клапан насоса регулюється на значний тиск, а в магістралі розміщується зливний клапан 8. З одного боку на нього діє тиск оливи, з протилежного — сила пружини, яка регулюється на певний тиск. Коли тиск у магістралі перевищить встановлений, олива через клапан буде зливатися у піддон картера. Замість зливного у деяких двигунах застосовується диференційний клапан 9, який автоматично регулює подачу оливи у систему. Плунжер клапана має кільцеву проточку А і пружину 10. Зверху на плунжер діє тиск у магістралі, знизу — пружина. Тиск, що передається безпосередньо з нагнітальної порожнини насоса каналом Б у проточку А, не порушує рівноваги, оскільки площі торцевих поверхонь проточки однакові. Рис. 2.56. Принципова схема клапанів системи мащення: 1 — насос; 2 — редукційний клапан; 3 — оливоочисник; 4 — радіатор; 5 — клапан-термо- стат; 6 — перепускний клапан; 7 — магістраль; 8 — зливний клапан; 9 — диференційний клапан; 10 — пружина; А — кільцева проточка; Б, В — канали Якщо тиск у магістралі перевищить допустимий, клапан зміститься вниз, подолавши опір пружини, і проточка А сполучить канали Б і В. Внаслідок цього деяка кількість оливи від насоса буде зливатися по каналу В у піддон. Перепускний клапан 6 розташований паралельно оливоочиснику 3. З одного боку на нього діє тиск неочищеної оливи, з протилежного — тиск очищеної оливи і сила пружини, відрегульованої на перепад (різницю) тисків до і після фільтра. Коли опір фільтра перевищить цей перепад, клапан відкривається і частина неочищеної оливи опиниться у магістралі. Отже, клапан запобігає аварійному пошкодженню двигуна за рахунок підвищення спрацювання деталей. Клапан-термостат 5 вмонтований паралельно радіатору. При циркуляції у системі холодної оливи (з підвищеною в’язкістю) опір у радіаторі зростає. Коли він перевищить перепад тисків, на який відрегульовано пружину, клапан відкриється. Олива надходитиме у магістраль, обминаючи радіатор. Якщо до радіатора олива подається спеціальною секцією насоса, її редукційний клапан діє як клапан-термостат. ВЕНТИЛЯЦІЯ ДВИГУНІВ У процесі роботи двигунів у їхні картери з надпоршневих порожнин просочуються гази. Картерні гази складаються з сумішей: пара палива розріджує оливу і погіршує її якість; пара води спінює оливу й утворює емульсії, утруднюючи надходження її до поверхонь тертя; інші компоненти відпрацьованих продуктів утворюють в оливі смолисті речовини й кислоти (останні спричинюють корозію). Крім того, картерні гази підвищують тиск у картері, що шкодить ущільненням. Вентиляція картера може бути відкритою або закритою. При відкритій вентиляції картерні гази відсмоктуються безпосередньо в атмосферу через трубку або сапун у заливній горловині системи мащення двигуна або у кришці клапанного механізму. Щоб запобігти потраплянню пилу в картер, сапун обладнують фільтром. Картерні гази токсичні, тому в сучасних автомобілях поширюються закриті системи вентиляції, коли картерні гази відводяться у впускний колектор, а потім у циліндри двигуна для спалювання.
	Попередня тема	На початок	Наступна тема