Состав и назначение системы смазки автомобильного двигателя

Механическая часть мотора автомобиля, за исключением навесных агрегатов, обычно лишена подшипников качения. Принцип смазывания пар трения скольжения основан на подаче в них жидкого масла под давлением или работе в условиях так называемого масляного тумана, когда на поверхности подаются взвешенные в среде картерных газов капли.

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.

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.

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.

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.

Важность поддержания нужного количества масла в системе

Для систем с масляной ванной в картере уровень приходится поддерживать в довольно строгих пределах. Компактность двигателя и требования по экономному расходованию дорогостоящих продуктов не позволяют создавать объёмные поддоны. А превышение уровня чревато касанием кривошипов коленчатого вала с зеркалом масляной ванны, что приведёт к вспениванию и утрате свойств. Если же уровень занижен, то боковые перегрузки или продольные ускорения приведут к оголению маслоприёмника.

Современные моторы склонны расходовать масло, что связано с использованием укороченных юбок поршней, тонких энергосберегающих колец и наличию турбонаддува. Поэтому они особо нуждаются в регулярном контроле с помощью масляного щупа. Дополнительно устанавливаются датчики уровня.

У каждого двигателя существует установленный предельный расход масла, замеряемый в литрах или килограммах на тысячу километров пробега. Превышение данного показателя означает проблемы с износом цилиндров, поршневых колец или масляных уплотнений стеблей клапанов. Начинается заметное дымление из выхлопной системы, загрязнение каталитических нейтрализаторов и образование нагара в камерах сгорания. Мотор нуждается в капитальном ремонте или замене. Угар масла – один из основных показателей состояния двигателя.