2.9. Смазочная система

2.9.1. Назначение системы, виды трения и способы смазывания двигателей

Смазочная система двигателя предназначена для уменьшения трения и износа его деталей. Кроме этого она предохраняет детали от коррозии, частично охлаждает их, удаляет с трущихся поверхностей продукты износа и другие вредные вещества, улучшает компрессионные свойства двигателя за счет слоя масла, образующегося у кромок поршневых колец при перемещении поршня.

Основными причинами возникновения трения являются шероховатость контактирующих поверхностей деталей и молекулярное сцепление между этими поверхностями. Трение вызывает изнашивание и нагревание трущихся деталей, и, как следствие, приводит к потере мощности двигателя. При изнашивании деталей увеличиваются зазоры в местах сопряжений, ухудшается плотность подвижных соединений, что приводит к стукам двигателя. В результате нагревания деталей меняются их геометрические размеры и зазоры в местах сопряжений, а это приводит к более интенсивному изнашиванию деталей и их поломкам.

В зависимости от состояния контактирующих поверхностей различаютсухое, полужидкостное и жидкостное трение.

При сухом трении рабочие поверхности деталей сухие (не имеют смазки) и непосредственно соприкасаются одна с другой.

При полужидкостном трении масляный слой частично разделяет трущиеся поверхности, т.е. в местах разрыва масляного слоя трущиеся поверхности соприкасаются между собой, испытывая граничное трение. Полужидкостное трение возникает при снижении вязкости масла, уменьшении скоростей движения трущихся поверхностей, значительном увеличении нагрузок, появлении на деталях задиров и шероховатостей, изменении геометрических форм деталей. Полужидкостное трение наиболее характерно для цилиндропоршневой группы деталей, а также при пуске двигателя.

При жидкостном трении рабочие поверхности полностью разделены достаточно толстым слоем масла. В ДВС жидкостное трение удается осуществить в подшипниках коленчатого и распределительного валов на рабочих режимах. При жидкостном трении потери на трение и износ трущихся поверхностей минимальны.

При вращении вала в подшипнике смазочное масло увлекается силами трения из широкой части зазора Hmax (рис. 2.59) в узкую Hmin (образуется «масляный клин»). Давление масла в узкой части зазора возрастает, и вал как бы всплывает под действием силы F и стремится занять такое положение, при котором ось его вращения совпадает с центром подшипника.

Схема вращения вала в подшипнике

Рис. 2.59. Схема вращения вала в подшипнике: Hmax — широкая часть зазора; Hmin— узкая часть зазора; F — подъемная сила масла; → — направление вращения вала

Надежность создания жидкостного трения зависит от вязкости масла, скоростей движения трущихся поверхностей и значения нормальной нагрузки F на эти поверхности. При выдавливании масла из зазора на трущихся поверхностях остается масляная пленка, удерживаемая силами молекулярного притяжения и сцепления. В этих условиях возникает граничное трение.

Смазочная система двигателей должна обеспечивать бесперебойную подачу масла к трущимся деталям при работе на разных скоростных и нагрузочных режимах, высокую степень очистки масла от механических примесей, возможность длительной работы двигателя без перегрева масла.

Подача масла к трущимся поверхностям может осуществляться разбрызгиванием, под давлением и комбинированно.

Смазочные системы разбрызгиванием вследствие своего несовершенства распространения не получили и применяются на относительно простых пусковых двигателях, работа которых рассчитана на кратковременный период времени.

Смазочные системы под давлением конструктивно существенно сложнее смазочных систем разбрызгиванием, так как подача масла ко всем трущимся поверхностям должна осуществляться принудительно масляным насосом по специальным каналам.

Комбинированные смазочные системы, используемые на большинстве автотракторных двигателей, одновременно сочетают в себе способы подачи масла разбрызгиванием и под давлением. Под давлением масло подводится к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, подшипникам распределительного вала, осям коромысел и наконечникам штанг, втулкам распределительных шестерен. В некоторых конструкциях под давлением смазываются подшипник турбокомпрессора, сопряжение верхней головки шатуна с поршневым пальцем, а также организуется принудительный впрыск масла на поверхность зеркала цилиндра. Остальные трущиеся детали двигателя смазываются разбрызгиванием.

На надежность и долговечность автотракторных двигателей большое влияние оказывает качество применяемых масел. Условия работы масел в ДВС постоянно ужесточаются. Форсирование нагрузочных и скоростных режимов ДВС, уменьшение удельной емкости смазочной системы приводят к повышению температуры о с новных деталей и, как следствие, к более интенсивному окислению масел.

Для ДВС применяются минеральные, синтетические и полусинтетические моторные масла.

Синтетические и полусинтетические масла обладают значительными преимуществами по сравнению с минеральными. Особенно наглядно это проявляется в высокофорсированных двигателях при эксплуатации в экстремальных условиях (низкая температура холодного пуска зимой, высокие температуры воздуха в летние месяцы). Полусинтетические и особенно полностью синтетические масла обеспечивают экономию топлива, снижая потери энергии на преодоление трения.

В России и странах СНГ моторные масла классифицированы согласно ГОСТ 17479.1 —85 (с изм. № 3) по вязкости, а также по назначению и эксплуатационным свойствам. В настоящее время общепринята классификация моторных масел по вязкости, установленная SAE (Society of Automotive Engineers) — Обществом автомобильных инженеров США в стандарте SAE J-300 DEC-99.

Существуют и другие классификации, например API (Amerikan Petroleum Institute) Американского института нефти (подразделение масел по эксплуатационным свойствам). В Европе аналогичные требования к маслам определяются стандартами ASEA (Association des Constructeurs Europeens de Automobile) Европейской ассоциации производителей автомобилей. Следует отметить более жесткие требования стандартов ASEA в отношении свойств масел, по сравнению с американским стандартом API.