В современных ДВС многочисленны сопряжения деталей, перемещающихся друг относительно друга (шейки — подшипники скольжения коленчатого и распределительного валов, коромысла клапанов — их оси, поршень — зеркало цилиндра и др.). Для уменьшения износа и увеличения долговечности деталей двигателя в зоне контакта необходимо наличие масляного слоя. Эту функцию выполняет система смазки двигателя. Кроме этого система смазки обеспечивает удаление продуктов износа и коррозии из зоны контакта, охлаждение деталей, очистку смазочного материала (масла) от твердых частиц. Технические характеристики и маркировка автомобильных масел будут приведены ниже.
Возможно применение двух систем смазки — принудительной и комбинированной (смешанной).
При применении принудительной системы смазки масло содержится в специальной емкости, из которой с помощью масляного насоса подается под давлением к трущимся поверхностям.
При комбинированной системе смазки масло содержится в подаешь картера двигателя, в этом случае часть деталей принудительно смазывается им под давлением, создаваемым масляным насосом, расположенным в подгоне картера. Часть деталей смазывается масляным туманом, создаваемым разбрызгиванием масла вращающимися частями двигателя.
На современных автобусах применяют двигатели с комбинированной системой смазки. Общая конфигурация системы смазки приведена на рис.2.26. Система смазки состоит из:
• масляного резервуара;
• маслоприемника;
• масляного насоса;
• масляного фильтра (фильтров);
• главной масляной магистрали и масляных каналов;
• масляного радиатора (в отдельных случаях).
Рис. 2.26. Устройство системы смазки: 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 — маслосъемник; 25 — главная масляная магистраль; 26 — сливная пробка; 29, 30 — масляный насос; 31 — кран; 33 — масляный радиатор
Масляным резервуаром в двигателях с комбинированной системой смазки служит поддон картера. Поддон выполняют стальным штампованным или литым алюминиевым. В нижней точке поддона расположено сливное отверстие — резьбовая втулка с пробкой. В отдельных случаях в пробку вставляется магнит для улавливания металлических частиц в масле. Для контроля уровня масла в картере двигателя обычно предусматривается бобышка, в которую вворачивается стальная трубка, являющаяся корпусом масляного щупа — стальной пластины с рукояткой и уплотнением. На пластине нанесены метки минимального и максимального уровней масла.
Маслоприемник служит для забора масла из масляного резервуара (поддона) и представляет собой раструб, закрытый металлической сеткой, защищающей насос от попадания крупных частиц. В современных двигателях маслоприемник жестко закреплен на масляном насосе и установлен в наиболее углубленной части поддона. Применяется и плавающий маслоприемник, воздушная полость которого поддерживает его на плаву в масляной ванне.
Масляный насос предназначен для подачи масла под давлением из поддона в главную масляную магистраль. В современных двигателях применяют объемные насосы шестеренного типа с внешним или внутренним зацеплением.
Корпус масляного насоса может располагаться как внутри картера двигателя, так и снаружи.
Конструкции масляных насосов приведены на рис. 2.27. На большинстве двигателей применяют шестеренные насосы с шестернями внешнего зацепления (рис. 2.27. а) Масляный насос состоит из корпуса, в котором расположены ведущая и ведомая шестерни. Ведущая шестерня получает вращение от распределительного или коленчатого вала посредством зубчатой или цепной передачи. Ведомая шестерня свободно сидит на оси в корпусе насоса. При вращении шестерен масло, находящееся между впадинами шестерен и корпуса насоса, перемещается в зону зацепления, где выдавливается в нагнетательную полость главной масляной магистрали. Производительность насоса напрямую зависит от частоты вращения вала двигателя, уже на холостом ходу двигателя насос должен обеспечить бесперебойную подачу масла к трущимся поверхностям. При достижении максимальной частоты вращения коленчатого вала производительность насоса вырастает в несколько раз, при этом пропускная способность масляной магистрали ограничена зазорами в соединении трущихся деталей. К тому же при пуске холодного двигателя вязкость масла существенно увеличивается, что также может привести к опасному увеличению давления в системе. Для исключения возможного повреждения деталей в масляный насос устанавливается предохранительный (редукционный) клапан. Чаще всего клапан встраивается непосредственно в корпус насоса. Он представляет собой шариковый или плунжерный подпружиненный клапан, встроенный в магистраль, соединяющую нагнетательную и всасывающую полости насоса. Натяг пружины клапана регулируется изменяется резьбовой пробкой, что позволяет регулировать максимальное давление в системе смазки. При частоте вращения вала двигателя, на которой развивается максимальная мощность; давление в масляной системе бензиновых двигателей должно быть в диапазоне 0,3…0,5 МПа, в дизелях — 0,4…0,7 МПа. Минимальное давление при работе двигателя под нагрузкой не допускается менее 0,1 МПа в бензиновых и 0,15 МПа в дизельных двигателях.
Рис. 2.27. Конструкции 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
Масляный фильтр предназначен для очистки масла от продуктов износа, коррозии и сгорания топлива. Фильтры могут быть полнопоточными или встроенными в параллельную магистраль. В полнопоточных фильтрах через фильтр проходит весь объем перекачиваемого насосом масла. Фильтры, встроенные в параллельную магистраль пропускают через себя определенную часть общего объема перекачиваемого насосом масла. В современных двигателях малых и особо малых автобусов практически всегда применяют полнопоточные фильтры. На двигателях большого рабочего объема применяют смешанную систему очистки, представляющую собой комбинацию полнопоточного и частично-поточного фильтров.
По принципу очистки фильтры могут быть щелевыми, объемно-адсорбирующими или центробежными.
В щелевых фильтрах твердые частицы, содержащиеся в масле, задерживаются в зазорах между пластинами в корпусе фильтра. На современных двигателях щелевые фильтры практически не применяются.
На особо малых и малых автобусах применяют двигатели с полнопоточными объемно-адсорбирующими фильтрами (рис 2.28). В этом случае весь поток масла проходит через фильтрующий элемент — специальный бумажный лист, ткань, минеральную вату и т. п. По мере загрязнения фильтрующий элемент требует замены. Заменяют как сам фильтрующий элемент (он вынимается из корпуса фильтра), так и весь неразборный фильтр, состоящий из корпуса, заключенного в него фильтрующего элемента, и предохранительного клапана, срабатывающего при полностью загрязненном фильтрующем элементе. На современных двигателях чаще применяют неразборные фильтры.
Рис. 2.28. Конструкция неразборного (а) и разборного (б) полнопоточного объемно-адсорбирующего фильтра: 1 — корпус; 2 — штора (фильтрующий элемент); 3 — перепускной клапан; 4 — противодренажный клапан; 5 — противо-сливной клапан; 6 — путь масле при открытии перепускного клапана; 7 — канал слива масла в картер при замене фильтрующего элемента
Принцип работы центробежного фильтра (центрифуги) (рис. 2.29) основан на отбрасывании твердых тяжелых частиц, содержащихся в масле, на стенки ротора центробежной силой, возникающей при вращении ротора. Вращение ротора может происходить либо благодаря реактивному воздействию струи масла, вытекающей из тангенциально расположенных сопел, либо за счет активного воздействия струи масла под давлением на лопатки турбины ротора. Частота вращения ротора — 6000…8000 мин-1 — обеспечивает качественную очистку масла.
Рис. 2.29 Конструкция центробежного масляного фильтра: 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
Для высоконагруженных дизельных двигателей (КамАЗ-740) с высокой степенью загрязнения масла применяют комбинированную систему очистки. Она включает в себя двухсекционный масляный насос (рис. 2.30). Одна секция обеспечивает подачу масла через полнопоточный объемно-адсорбирующий фильтр в главную масляную магистраль. Вторая секция подает масло под давлением в частично-поточный центробежный фильтр, откуда очищенное масло через масляный радиатор возвращается в поддон. Такая система очистки масла увеличивает срок службы полнопоточного фильтра.
Рис. 2.30. Комбинированная система очистки масла двигателя КамАЗ-740: 1 — фильтр очистки масла; 2 — главная масляная магистраль; 3 — перепускной клапан фильтра очистки масла;, 4г- клапан сливного отверстия центробежного масляного фильтра; 5 — перепускной клапан центробежного масляного фильтра; 6 — кран включения масляного радиатора; 7 — центробежный масляный фильтр; 8 — манометр; 9 — указатель уровня масла; 10 — сапун; 11 — компрессор; 12 — топливный насос высокого давления; 13 — кран включения гидромуфты; 14 — выключатель (термосиловой датчик); 15 — гидромуфта привода вентилятора; 16 — масляный картер; 17 — предохранительный клапан радиаторной секции; 18 — масляный радиатор; 19 — предохранительный клапан нагнетающей секции; 20 — радиаторная секция масляного насоса; 21 — нагнетающая секция масляного насоса; 22 — клапан системы смазки
Главная масляная магистраль и масляные каналы выполнены в картере двигателя. Главная масляная магистраль обеспечивает подачу масла под давлением к основным узлам трения, которыми являются коренные и шатунные подшипники скольжения коленчатого и подшипники распределительного вала, оси коромысел, узлы контакта толкателей и других деталей привода ГРМ.
Масляный радиатор предназначен для охлаждения масла с целью поддержания его рабочей температуры (80…110°С). Охлаждение масла обеспечивается встречным потоком воздуха через решетку радиатора. Радиатор может быть включен в главную масляную магистраль с возможностью его отключения при малой температуре масла или находиться в параллельной магистрали,, включающей в себя кроме радиатора частично-поточный фильтр.