Как работает и из чего состоит система смазки двигателя автомобиля

Оборудование смазочной системы

Запас масла хранится в картере двигателя, откуда необходимо его поднять и доставить ко всем смазываемым узлам. Для этого используются следующие механизмы и детали:

• масляный насос, приводимый во вращение от коленчатого вала;
• цепной, шестерёнчатый или непосредственный привод маслонасоса;
• фильтры грубой и тонкой очистки масла, в последнее время их функции объединены в полнопоточном фильтре, а на входе маслоприёмника устанавливается металлическая сетка для задержания крупных частиц;
• перепускные и редукционные клапаны, регулирующие давление насоса;
• каналы и магистрали для подачи смазки к парам трения;
• дополнительные калиброванные отверстия, создающие масляный туман в требуемых зонах;
• охлаждающее оребрение картера или отдельный масляный радиатор в высоконагруженных двигателях.

Ряд моторов используют масло также и в качестве гидравлической жидкости. Им управляются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров, всевозможные натяжители и регуляторы. Пропорционально возрастает производительность насоса.

Применение мокрого и сухого картера в комбинированной системе смазки

Комбинированная система наиболее популярна при создании автомобилей в современных условиях. Она подразумевает под собой подачу масла под давлением ко всем деталям и механизмам, которые наиболее остро в этом нуждаются, например, подшипники. Давление масла нагнетается при помощи масляного насоса. Все остальные детали смазываются масляной эмульсией.

В комбинированной системе конструктивно может быть применен различный вид картера:

• Мокрый картер.
• Сухой картер

Под мокрым картером подразумевается постоянное заполнение его маслом. Такой принцип используется на большинстве стандартных автомобилей. Его достоинством является простота и надежность. Однако, имеются и свои недостатки. Например, при попадании топлива в смазку возможно образование масляной пены. Вместе с ней в систему будет попадать большое количество воздуха, тем самым, резко снижая давление и сводя работу системы смазки двигателя до нуля.

Дабы избежать таких неприятностей на некоторых автомобилях, применяется сухой картер. Принцип в том, что масло храниться в отдельном бачке и подается в систему из него. Таким образом, исключается возможность забора воздуха при образовании пены или падении уровня масла.

Преимущество этой системы: обеспечении стабильной работы двигателя при прохождении автомобилем препятствий с большим углом наклона, размеры силовой установки значительно уменьшаются в виду маленького размера картера, расход масла и его количество в двигателе уменьшается.

Твердые смазки

Твердые или пластичные смазки образуются смешиванием минеральных жидких масел со специальными загустителями. Состав загустителя определяет свойства смазки. Распространены кальциевые, литиевые, натриевые смазки, так называемые солидолы, литолы и т. д.

Пластичный материал смазки снижает трение в подшипниках узлов и механизмов. Смазка должна сохранять стабильность под воздействием высоких температур, механических давлений, предотвращать попадание воды и абразивных частиц. В нерабочем состоянии механизмов, когда нет больших нагрузок и высокой температуры, пластичная смазка выступает в роли консерванта, предохраняя металл от коррозии.

Элементы, системы смазки, её устройство и принцип работы

Основными элементами системы смазки являются:

• Картер с поддоном;
• Насос;
• Фильтр;
• Радиатор;
• Перепускные клапаны;
• Магистраль и каналы;
• Датчики.

Конструкция системы смазки для разных видов и типов двигателей различна и может существенно отличаться дрыг от друга наличием, или отсутствием тех или иных компонентов или систем.

• Поддон, это самая нижняя часть двигателя

Основная его задача хранить и охлаждать смазку. Кроме того, в его конструкции предусмотрены специальные перегородки, которые успокаивают волнение масла при движении автомобиля по неровностям. Крепление поддона к картеру осуществляется болтами, между ними есть уплотнительная прокладка, предупреждающая утечку масла из силовой установки. Для определения необходимого количества масла применяется щуп, на поверхности которого нанесены специальные метки.

• Насос, служит для перекачки масла из картера и создания масляного давления в каналах двс.

Возможна установка насосов различного типа, зависит от конструкции силовой установки. Наиболее популярны шестеренчатые и роторные насосы. Шестеренчатый насос может быть с внутренним или наружным зацеплением шестерен. Подача масла в шестеренчатом насосе осуществляется с постоянным давлением, тогда как в роторном насосе давление можно менять. Давление масла в канале двигателя в зависимости от его конструкции может быть от 2-16 атмосфер.

• Фильтр очищает масло от механических примесей и нагара.

Благодаря этому, увеличивается срок службы силовой установки и масла. Кроме того, вбирая в себя мусор, он упрощает техническое обслуживание системы смазки. При замене масла обязательно надо заменить и фильтр.

• Радиатор охлаждает моторное масло.

Применение радиатора обусловлено целевым назначением мотора. Не все двигатели нуждаются в использовании такого прибора. В основном радиаторами оснащаются высоко оборотистые, и сильно нагруженные моторы.

Радиаторы бывают двух видов, с воздушным или жидкостным охлаждением. Принцип воздушного, обдув потоком воздуха при движении автомобиля. Именно поэтому такие устройства располагают в передней части агрегата, обеспечивая ему достаточное количество воздуха. Жидкостные радиаторы охлаждаются благодаря системе охлаждения двигателя.

• Перепускные, редукционные клапаны обеспечивают нормальное давление в системе смазки.

Задача клапана, сбросить излишек давления при его увеличении свыше установленной нормы. Для защиты устройств и элементов двигателя устанавливается несколько клапанов в конструкции. Например, в масляном насосе, фильтре и др. При засорении фильтра, дабы не застопорить работу двигателя и системы в целом, перепускной клапан пускает масло в обход ему.

• Магистраль и каналы представляют собой отверстия, для циркуляции масла.

Они располагаются внутри многих деталей двигателя и составляют систему подачи масла к трущимся элементам. Главная магистраль ведет от насоса к фильтру и имеет большее сечение, так же она подает смазку к подшипникам коленчатого вала.

• Датчики замеряют и передают показатели, необходимые для нормальной работы системы.

Основными показателями являются: давление, температура, уровень масла. Наиболее важные показания снимает датчик давления масла. При резком падении давления возможен сбой системы в целом, поэтому показания датчика выводятся на приборную панель.

Датчик давления устанавливается в центральной магистрали. В более современных моторах он передает показания компьютеру, или электронному блоку управления. В случае превышения необходимых показателей электроника полностью останавливает работу системы.

Разновидности систем

Укрупнённо можно разделить все конструкторские решения на системы с сухим картером и с масляной ванной. Для гражданских автомобилей вполне достаточно использовать накопитель в виде поддона картера двигателя. Туда стекает выполнившее свои функции масло, частично охлаждается и затем забирается через маслоприёмник снова в насос.

Но эта система обладает рядом недостатков. Автомобиль не всегда чётко ориентирован относительно гравитационного вектора, особенно в динамике. Масло может плескаться на неровностях, уходить в сторону от заборника насоса при наклонах кузова или возникновении перегрузок во время разгона, торможения, прохождения крутого поворота. Это приводит к оголению сетки и захвату насосом картерных газов, то есть завоздушиванию магистралей. Воздух обладает сжимаемостью, поэтому давление становится нестабильным, возможны перебои в снабжении, что недопустимо. Подшипники скольжения всех основных валов, а особенно турбины в наддувных моторах, будут локально перегреваться и разрушаться.

Решение проблемы состоит в установке системы с сухим картером. Он не сухой в буквальном смысле слова, просто попадающее туда масло немедленно подхватывается насосами, которых может быть несколько, освобождается от газовых включений, аккумулируется в отдельном объёме и затем бесперебойно идёт к подшипникам. Такая система конструктивно сложнее, дороже, но на спортивных или форсированных двигателях иного выхода нет.

Принцип работы и виды систем смазки

Все смазочные системы разделяют на две основные группы: с «сухим» и с «мокрым» картером. Последняя более популярна, благодаря простоте реализации. С другой стороны конструкции с «мокрым» картером склонны к таким проблемам, как вспенивание и расплескивание моторного масла , приводящее к перепадам уровня. В этом случае его подача в систему может быть нестабильной.

Системы смазки с «сухим» и «мокрым» картером

Отличительной чертой «сухих» систем является наличие отдельного бака, в котором хранится моторное масло. Моторное масло после поступления в двигатель стекает в поддон, но не накапливается в нем, а перекачивается назад в бак дополнительным насосом. Картер в таком случае всегда остается сухим.

Эта конструкция сложнее и дороже в изготовлении, однако, позволяет уменьшить высоту двигателя и обеспечивает надежную смазку при движении автомобиля по наклонным поверхностям. Это определило сферу применения систем с «сухим» картером – преимущественно в автомобилях высокой проходимости и спецтехнике.

Принципиально масло может подаваться к основным узлам двигателя тремя способами:

• Под давлением. Масло подается принудительно ко всем узлам двигателя при помощи насоса.
• Разбрызгиванием или самотеком. Подача выполняется под действием центробежной силы вращающихся деталей двигателя. При этом масло разделяется на мелкие частички, внешне похожие на масляный туман. Благодаря этому смазка заполняет все пространство между деталями мотора и оседает на их поверхности.
• Частично под давлением и частично самотеком (комбинированный метод). В этом случае масло к наиболее важным узлам осуществляется под давлением, а для всей остальной конструкции разбрызгиванием.

В современном автомобилестроении практически всегда применяют комбинированный способ, поскольку он позволяет более экономно расходовать смазочные материалы и при этом гарантирует своевременную смазку основных деталей.

Как работает комбинированная система смазки с мокрым картером

Заливка масла в двигатель

Процесс смазки двигателя представляет собой повторяющийся цикл. Он состоит из следующих этапов:

• В момент запуска двигателя приводится в действие масляный насос.
• Маслозаборник начинает всасывать масло из поддона картера, выполняя грубую очистку.
• На входе в насос масло проходит через масляный фильтр, где выполняется тонкая очистка.
• Из насоса по магистралям масло подается на такие узлы двигателя как подшипники (вкладыши) коленвала, опоры распредвала, поршневые кольца, а также на рабочую поверхность цилиндров. Для этого в системе могут быть установлены специальные форсунки или просто выполнены отверстия в блоке.
• Излишки масла, подаваемой на основные узлы, стекают через специальные зазоры на кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы. Их движущиеся элементы выполняют разбрызгивание рабочей жидкости, что обеспечивает ее попадание на остальные детали двигателя.
• Масло стекает обратно в поддон картера, смывая с деталей мотора металлическую стружку, нагар и другие загрязнения.
• После этого цикл повторяется.

Давление масла в системе может находиться в пределах от 0,2 МПа до 1,6 МПа.

Уровень масла и его значение

Определение уровня масла щупом

Для разных типов двигателей требуется различный объем масла в системе. В конструкциях с «мокрым» картером минимальное и максимальное значение уровня рабочей жидкости определяется при помощи специального щупа, который расположен на блоке цилиндров. Он имеет две метки «min» и «max».

Проверку уровня масла в системе выполняют на заглушенном двигателе после того, как он проработал некоторое время. В этом случае оно достаточно прогревается и стекает в поддон. Щуп вытаскивают, протирают тряпкой (ветошью) и погружают обратно в поддон. Далее достают повторно и проверяют уровень. Если масло, попавшее при этом на щуп, выходит за пределы максимального или минимального значения необходима доливка или слив масла. Также этот способ позволяет определить состояние и степень загрязнения.

В зависимости от вида и мощности мотора объем масла в системе смазки может быть от 3,5 до 7,5 литров.

Смазка режущего инструмента

Помимо смазки узлов и механизмов токарного станка, необходимо смазывание и одновременно охлаждение режущего инструмента (резцы, сверла, метчики, фрезы), что повышает качество обрабатываемой поверхности, снижает износ инструмента и тепловыделение, увеличивает производительность.

Это достигается применением СОЖ (смазочно-охлаждающих жидкостей), представляющих собой эмульсию, состоящую из масла и воды. Также в эмульсии входят присадки: противоизносные и противозадирные. Состав эмульсий зависит от свойств материала и технологических условий его обработки.

Долговечная и безаварийная работа станка зависит от правильной и своевременной его смазки. Токарь должен знать все тонкости обслуживания механизмов. Для этих целей разрабатываются методические пособия, инструкции.

Так называемая карта смазки токарного станка показывает все точки оборудования, подлежащие обработке маслами и пластичными смазками. В ней указаны способы смазывания, марки масел, периодичность, сроки замены и количество смазочных жидкостей. Карта вывешивается у рабочего места токаря и является обязательным для исполнения документом.

Возможные неисправности в работе шестерённых насосов

1. Насос не засасывает масло:
   • насос не залит маслом;
   • подсос воздуха на линии всасывания;
   • велика высота всасывания.
2. Насос не нагнетает масло в систему:
   • низкий уровень масла в баке или его отсутствие;
   • неправильное вращение насоса;
   • засорение всасывающего трубопровода или масляного фильтра;
   • срезана шпонка вала или муфта проворачивается по валу;
   • сломан вал;
   • мала скорость вращения;
   • велики торцевые зазоры между шестернями и втулками.
3. Велика потребляемая мощность:
   • велико давление нагнетания;
   • насос перекачивает холодное масло;
   • насос перекачивает загрязнённое масло;
   • неравномерная затяжка болтов;
   • деформация рамы или фундамента.
4. Повышенный шум при работе насоса:
   • загрязнения трубопровода или фильтра;
   • засорение всасывающих каналов;
   • повышенная скорость вращения;
   • повышенная вязкость масла;
   • отсутствие сообщения пространства над маслом в баке с атмосферой.
5. Наружные утечки по валу насоса или в соединениях крышки с корпусом:
• засорение дренажных отверстий;
• износ или повреждение уплотнений;
• повреждение уплотнений в крышках.

Способы подачи смазки к узлам

Различаются подача под давлением и смазка разбрызгиванием. Раздельно они не используются, поэтому можно говорить о комбинированном способе.

Главными узлами, требующими качественной смазки, являются подшипники скольжения коленчатого вала, распределительных и балансирных валов, а также привода дополнительного оборудования, в частности, самого масляного насоса. Валы вращаются в постелях, образованных расточкой корпусных элементов двигателя, а для обеспечения минимального трения и ремонтопригодности между валом и постелью располагаются сменные вкладыши из антифрикционного материала. Масло через каналы нагнетается в зазоры калиброванного сечения, что поддерживает валы в условиях жидкостного трения.

Зазоры между поршнями и цилиндрами смазываются разбрызгиванием, часто через отдельные форсунки, но иногда сверлениями в шатунах или просто масляным туманом картера. В последних случаях износ будет больше, возможны задиры.

Особо следует упомянуть смазку подшипников турбины. Это очень важный узел, поскольку там вал вращается с огромной скоростью, всплывая в нагнетаемом масле. Здесь же отводится тепло от сильно нагреваемого картриджа за счёт интенсивной циркуляции масла. Малейшие задержки ведут к немедленным поломкам.

Циркуляционная система жидкой смазки

Существуют схемы с ротационно-поршневым насосом и с шестерённым насосом. Схемы включают:

• перепускные, обратные, предохранительные клапана;
• фильтры — дисковые, восстанавливаемые или одноразовые;
• сливной, нагнетательный, подающий трубопроводы;
• систему подачи масла в узлы трения;
• нагнетательную систему — насосные установки;
• масляный бак — магнитные ловушки, центрифуги, систему очистки, системы нагрева и охлаждения (давление масла рекомендуется держать немного больше, чем давление воды);
• запорную арматуру;
• средства контроля и измерения.

Наиболее простым способом жидкого смазывания является масляная ванна (рисунок 5.9). Масло захватывается вращающимися деталями подшипника и распределяется по нему, а затем стекает назад в масляную ванну. Уровень масла, когда подшипник не вращается, должен достигать середины нижнего тела качения. Номинальное значение скоростей вращения при жидком смазывании, которые приводятся в таблицах подшипников, относятся к способу смазывания в масляной ванне.

Рисунок 5.9 — Масляная ванна

При работе с более высокой скоростью вращения рабочие температуры увеличиваются, что ускоряет старение масла. Для того, чтобы избежать частой смены масла, предпочтительно организовывать циркуляцию масла (рисунок 5.10) при помощи насоса. После прохождения масла через подшипник масло фильтруется и, при необходимости, охлаждается перед новой подачей. Охлаждение масла позволяет поддерживать рабочую температуру подшипника на заданном уровне.

Рисунок 5.10 — Циркуляционная система смазывания жидким маслом

Для работы при очень высокой скорости необходимо, чтобы в подшипник попадало достаточное, но не избыточное количество масла, обеспечивающее смазывание, не увеличивающее рабочую температуру подшипника. Одним из наиболее эффективных методов достижения такого режима является впрыск масла (рисунок 5.11), при котором струя масла под действием высокого давления направляется со стороны торца в подшипник. Скорость масла в струе должна быть достаточно высокой (не менее 15 м/с), чтобы часть масла проникала через завихрения, образующиеся вокруг вращающегося подшипника.

Рисунок 5.11 — Система впрыскивания масла в подшипниковый узел

Масловоздушное смазывание (рисунок 5.12) происходит небольшими, точно отмеренными дозами масла, направляемого на каждый подшипник сжатым воздухом. Минимальное количество подаваемого масла позволяет подшипникам работать при более низких температурах или при высоких скоростях вращения. Масло подаётся в каналы дозирующим агрегатом с заданной периодичностью и затем перемещается сжатым воздухом, покрывая внутренние стены каналов. В подшипник масло подаётся через сопло. Сжатый воздух охлаждает подшипник и создаёт необходимое избыточное давление в подшипниковом узле, препятствующее проникновению внутрь загрязняющих веществ. В постоянно обновляющейся тонкой жидкой масляной плёнке не скапливаются абразивные продукты износа. При обслуживании не требуется промывка с использованием моющих составов в больших объёмах. В зонах обслуживания нет разливов и выбросов лишней смазки.

Рисунок 5.12 — Масловоздушное смазывание

При циркуляционном смазывании, смазки впрыском или масловоздушном смазывании необходимо убедиться, что масло, вытекающее из подшипника, может удаляться из подшипникового узла по каналам соответствующего размера. При масловоздушном смазывании масло проходит через подшипник только один раз.

ССП состоит из следующих элементов:

• модуль управления и контроля;
• модуль смазочный;
• модуль распределения и контроля;
• генераторы масляной плёнки;
• модуль подготовки воздуха;
• выносной пульт сигнализации;
• влагоотделитель.

Оборот масла в двигателе

Цикл начинается с забора жидкости из картера или сбора попадающего туда масла насосами системы «сухого» типа. На входе маслоприёмника идёт первичная очистка от крупных посторонних предметов разными путями туда попавших из-за нарушения технологии ремонта, неисправностей двигателя или износа самого смазывающего продукта. При избытке подобной грязи возможна закупорка сетки грубой очистки и масляное голодание на входе насоса.

Давление не контролируется самим маслонасосом, поэтому оно может превысить предельно допустимое значение. Например, из-за отклонений по вязкости. Поэтому параллельно его механизму ставится редукционный клапан, сбрасывающий излишки обратно в картер в аварийных ситуациях.

Далее жидкость поступает в полнопоточный фильтр тонкой очистки, где поры имеют размер, исчисляемый микронами. Идёт тщательная фильтрация, чтобы в зазоры не попали частицы, способные нанести царапины трущимся поверхностям. При переполнении фильтра возникает опасность разрыва его фильтрующей шторы, поэтому он комплектуется перепускным клапаном, направляющим поток в обход фильтра. Это нештатная ситуация, но она частично избавляет двигатель от накопленной в фильтре грязи.

По многочисленным магистралям отфильтрованный поток направляется ко всем узлам двигателя. При сохранности расчётных зазоров перепад давления находится под контролем, размер их обеспечивает необходимое дросселирование потока. Заканчивается путь масла обратным сбросом его в картер, где оно частично охлаждается и вновь готово к работе. Иногда его пропускают через масляный радиатор, где часть тепла сбрасывается в атмосферу, или через теплообменник – в систему охлаждения двигателя. Так поддерживается допустимая вязкость, которая сильно зависит от температуры, а также уменьшается скорость окислительных реакций.

Особенности смазки дизельных и высоконагруженных двигателей

Основное отличие заключается в заданных свойствах масла. Существует целый рад важных характеристик продукта:

• вязкость, особенно её зависимость от температуры;
• стойкость в поддержании свойств, то есть долговечность;
• моющие и диспергирующие свойства, способность отделять продукты загрязнения и не допускать их к деталям;
• кислотность и противостояние коррозии, особенно по мере старения масла;
• наличие вредных веществ, в частности, серы;
• потери на внутреннее трение, энергосберегающие способности.

Для дизелей особенно требуется стойкость к загрязнению Работа на тяжёлом топливе с высокой степенью сжатия способствует концентрации в картере сажи и серной кислоты. Усугубляется ситуация наличием в каждом легковом дизеле турбонаддува. Отсюда и указанию по применению специальных масел, где это учтено в пакете присадок. Плюс более частая замена, поскольку накопление износа неизбежно в любом случае.

Масло состоит из базовой основы и пакета присадок. Обычно принято судить о качестве товарного продукта по его основе. Она может быть минеральной или синтетической. При смешанном составе масло именуют полусинтетикой, хотя обычно это простая «минералка» с небольшой добавкой синтетических составляющих. Ещё один миф – это безусловное преимущество синтетики. Хотя она тоже бывает разного происхождения, большинство бюджетных продуктов изготавливается из тех же нефтепродуктов путём гидрокрекинга.

Эксплуатация систем жидкой смазки

1. Запуск системы смазки разрешается при исправном состоянии всех систем контроля.
2. Перед пуском системы подогревают масло до 60-70 °С. Включать систему необходимо за 15-20 мин. до пуска агрегата.
3. При остановке систем жидкой смазки машинист или его помощник должны лично убедиться, что механизмы остановлены.
4. При работе систем жидкой смазки следить: за показаниями приборов, за состоянием масла в отстойнике.
5. Раз в год промывать резервуары горячей водой и убирать грязь в корпусах фильтров.
6. Периодически чередовать рабочие и резервные насосы.
7. Давление масла на входе в теплообменник должно быть выше, чем давление охлаждающей воды.
8. Необходимо следить за чистотой внутренней поверхности систем смазки.
9. Аварийный сигнал должен быть одновременно световым и звуковым.
10. Механизмы разрешается запускать только после того, как давление в магистрали достигнет как минимум 0,15 МПа.
11. Необходимо наблюдать за работой указателей течения и подачи масла. Следить за состоянием сопел, брызгал в редукторах, за состоянием фланцевых и резьбовых соединений.
12. Один раз в день спускать воду из водоотделителя.