Устройство и работа системы смазки дизельного двигателя

Как функционирует система смазки дизельного мотора

Смазочная система дизеля устроена так, чтобы подавать моторное масло к деталям, работающим под постоянной интенсивной нагрузкой: элементам кривошипно-шатунного и газораспределительного механизма. Остальные, менее нагруженные детали, орошаются маслом по принципу разбрызгивания.

Масло хранится в поддоне картера двигателя и оттуда поступает на детали через масляный насос.

Маслонанос, который качает смазку, в зависимости от особенности конструкции двигателя, приводит в действие коленчатый, распределительный или доп.приводной вал.

Немного масла по специальным каналам поступает поступает на подшипники коленвала. Основная же часть смазки подается через форсунки-распылители внизу цилиндра.

Более эффективный метод — подача масла по специальному каналу в шатуне, через верхнюю головку на распылитель и уже оттуда — в область днища поршня. Таким образом достигается эффективное охлаждение поршня.

Чтобы само масло было достаточно холодным, в системе предусмотрены специальные масляные радиаторы.

Важным элементом системы является также масляный фильтр, который очищает масло.

Система смазки двигателя выполняет ряд важнейших задач:

• подает моторное масло на трущиеся детали, чтобы оно образовало защитную пленку для уменьшения трения и защитило детали от преждевременного износа;
• позволяет с помощью масла удалить посторонние частицы и включения, смыть нагар и защитить таким образом элементы двигателя от коррозии;
• охлаждает трущиеся поверхности за счет масла, что снижает риск перегрева двигателя.

Основные функции

• Главной задачей системы смазки является подача моторного масла для образования масляной пленки между парами трения (трущиеся поверхности).Так достигается уменьшение износа нагруженных деталей, снижение фрикционных потерь.
• Также масло осуществляет эффективное удаление посторонних частиц, которые возникают в результате механического износа, смывает нагар, защищает детали от коррозии.
• Еще одной важной функцией системы смазки является охлаждение трущихся поверхностей. В отдельных конструкциях ДВС подача масла дополнительно служит для охлаждения днища поршня.

Устройство системы смазки

Элементы системы смазки двигателя:

• Поддон картера. Резервуар для хранения масла. Именно здесь происходит сбор и аккумуляция масла в системе смазки. Также в поддоне картера скапливаются мелкие абразивные частички при трении металлических элементов друг о друга.
• Маслозаборник. Место сбора масла для дальнейшей циркуляции масла в системе после поддона картера. Устанавливается не на самом дне, а на некотором расстоянии от него. Благодаря этому абразивные частицы, образовавшиеся в системе, легко удалить. Достаточно просто снять поддон. Некоторые маслозаборники комплектуются магнитами. Это удобно для быстрого сбора и удаления металлической стружки.
• Масляный насос – приспособление, главная функция которого – закачивать в систему масло. Запускаться насос может разными способами. Например, от распредвала, от коленвала.
• Масляный фильтр. Устройство выполняет функцию очистителя масла от продуктов нагара, загрязнений и износа.
• Датчик давления. Он работает в связке с указателем давления в системе смазки двигателя, сигнальной лампой на панели приборов.
• Радиатор (стоит не на всех транспортных средствах). Комплекс трубок и пластин для отвода тепла, охлаждения масла.
• Редукционные клапаны. Помогают поддержать стабильное давление. Размещены в масляном фильтре, насосе.

На некоторых элементах остановимся более детально.

Масляные насосы

Масляные насосы в системе могут быть шестеренными, роторными, героторными (с внутренним и внешним мотором), поршневыми, шиберными крыльчатыми. Самые популярные – шестерённые модели.

На практике шестеренчатые модели показывают себя как наиболее производительные. Конструкция шестерённых насосов при этом бывает очень разной. На транспорте могут устанавливаться конструкции, где шестерни располагаются рядом (решения с наружным зацеплением) и друг в друге (шестерня в шестерне), т.е. зацепление – внутреннее.

Насосы с шестернями наружного зацепления более компактные (их можно легко поместить в ограниченном пространстве) и износостойкие в силу небольшой величины скорости скольжения в зацеплении и, соответственно, небольшого давления на зубья. И это их существенные преимущества перед насосами с наружным зацеплением. При этом большинство производителей выпускает насосы с внешним зацеплением. Конструкция «шестерня в шестерне» более дорогостоящая, так как более сложная в исполнении, при этом производитель не может гарантировать такой же КПД, как в случае с решением с наружным зацеплением.

Масляные фильтры

Существенные различия – и в масляных фильтрах, которые могут входить в ССД. Они напрямую влияют на заправочный объем системы смазки двигателя, пропускную способность, скорость и эффективность очистки.

Наиболее быстро масло и очищают полнопроточные (часто их называют просто – проточными) фильтры. Через полнопроточные фильтры проходит всё количество масла, всасываемое насосом. Наиболее качественную очистку обеспечивают частично проточные фильтры. Через них проходит не всё масло, а только его часть.

Если же важна и скорость, и качество, помогут комбинированные фильтрующие системы. Они дороже, сложней, но фактически они представляют собой систему частичнопоточного и полнопоточного фильтров.

При этом самые практичные комбинированные системы с обратным и перепускным клапаном и двойной вальцовкой. На картинке представлен типичный фильтр такого типа (решение компании Robert Bosch GmbH).

Среди явных плюсов системы смазки двигателя – возможность обеспечить непрерывную подачу масла в ДВС даже при очень вязком масле и при низкой температуре воздуха, быстрое наращивание давление и, соответственно, оперативное смазывание при перезапуске, а также защита от холостого хода фильтра после запуска ДВС.

Принцип работы системы смазки дизельного мотора

Подавляющее большинство дизельных ДВС имеют систему смазки, в которой моторное масло подается к наиболее нагруженным деталям (элементы кривошипно-шатунного механизма, ГРМ) под давлением. Другие детали, которые подвержены меньшей нагрузке, смазывается посредством разбрызгивания.

В списке основных элементов системы смазки двигателя находятся:

• поддон картера двигателя, который служит резервуаром для масла;
• масляный насос, закачивающий смазочный материал;
• масляный фильтр, очищающий моторное масло;

Маслонасос в дизеле может приводиться в действие от коленвала, распредвала или дополнительного приводного вала. Наибольшее количество смазки подается к подшипникам коленчатого вала по специальным масляным каналам. Шестерни маслонасосов могут иметь внешнее или внутреннее зацепление. Что касается второго варианта, такие конструкции отличаются меньшими габаритами, менее шумны в работе, износ шестерен наименее влияет на снижение производительности насоса.

Показатель необходимой производительности насоса зависит от того, какое давление в системе смазки необходимо для того или иного двигателя с учетом ряда особенностей.

Высокофорсированный дизельный мотор должен иметь такой масляный насос, который способен обеспечить большой запас по производительности. Это необходимо для поддержания эффективности работы системы смазки в условиях любых нагрузок, а также с учетом потенциального износа самого насоса, подшипников распредвала и коленчатого вала.

Реализация охлаждения поршней особенно необходима в турбодизелях мощных грузовиков, которые отличаются высоким показателем наддува, имеют камеру сгорания в днище поршня. Распространенной и относительно простой схемой является способ подачи масла посредством форсунок-распылителей, которые находятся снизу цилиндра. Эффективность такого решения уступает второму способу, который заключается в осуществлении подачи смазочного материала по специальному каналу, высверленному в шатуне. Далее смазка попадает в верхнюю головку, после чего оказывается в распылителе. Посредством распылителя масло попадает в область днища поршня.

Самой эффективной схемой выступает способ подачи масла через канал в шатуне в специальную полость, которая изготовлена в днище поршня.

Эта полость служит для улучшенного охлаждения. Стоит добавить, что функция охлаждения поршней требует также качественного охлаждения самого моторного масла, для чего в системе смазки используются масляные радиаторы.

Принцип работы системы смазки дизельного мотора

Подавляющее большинство дизельных ДВС имеют систему смазки, в которой моторное масло подается к наиболее нагруженным деталям (элементы кривошипно-шатунного механизма, ГРМ) под давлением. Другие детали, которые подвержены меньшей нагрузке, смазывается посредством разбрызгивания.

В списке основных элементов системы смазки двигателя находятся:

• поддон картера двигателя, который служит резервуаром для масла;
• масляный насос, закачивающий смазочный материал;
• масляный фильтр, очищающий моторное масло;

Маслонасос в дизеле может приводиться в действие от коленвала, распредвала или дополнительного приводного вала. Наибольшее количество смазки подается к подшипникам коленчатого вала по специальным масляным каналам. Шестерни маслонасосов могут иметь внешнее или внутреннее зацепление. Что касается второго варианта, такие конструкции отличаются меньшими габаритами, менее шумны в работе, износ шестерен наименее влияет на снижение производительности насоса.

Высокофорсированный дизельный мотор должен иметь такой масляный насос, который способен обеспечить большой запас по производительности. Это необходимо для поддержания эффективности работы системы смазки в условиях любых нагрузок, а также с учетом потенциального износа самого насоса, подшипников распредвала и коленчатого вала.

Реализация охлаждения поршней особенно необходима в турбодизелях мощных грузовиков, которые отличаются высоким показателем наддува, имеют камеру сгорания в днище поршня. Распространенной и относительно простой схемой является способ подачи масла посредством форсунок-распылителей, которые находятся снизу цилиндра. Эффективность такого решения уступает второму способу, который заключается в осуществлении подачи смазочного материала по специальному каналу, высверленному в шатуне. Далее смазка попадает в верхнюю головку, после чего оказывается в распылителе. Посредством распылителя масло попадает в область днища поршня.

Эта полость служит для улучшенного охлаждения. Стоит добавить, что функция охлаждения поршней требует также качественного охлаждения самого моторного масла, для чего в системе смазки используются масляные радиаторы.

Устройство системы смазки

Независимо от типа двигателя, система смазки включает в себя следующие основные части:

1. поддон картера;
2. маслозаборник;
3. маслорадиатор;
4. масляный насос;
5. масляный фильтр;
6. датчики давления,
7. уровня и температуры масла;
8. масляный щуп;
9. перепускной клапан;
10. масляную магистраль и масляные каналы.

Роль резервуара для хранения моторного масла выполняет поддон картера ДВС. В неработающем моторе туда стекает почти все масло, за исключением небольшого количества, которое остается в фильтре и на деталях. Активным элементом системы смазки является насос, обеспечивающий непрерывную циркуляцию рабочей жидкости. В действие он приводится от коленчатого, распределительного или дополнительного приводного вала. Как правило, в ДВС применяются насосы шестеренчатого типа.

Масляный фильтр предназначен для очистки масла от нагара и продуктов износа деталей. Это сменный элемент, который меняется с определенной периодичностью в зависимости от типа мотора, условий эксплуатации и рекомендаций производителя.

В процессе работы двигателя его детали, а вместе с ними и масло, неизбежно разогреваются. Моторное масло при достижении определенной температуры способно потерять свои эксплуатационные качества, поэтому его необходимо охлаждать. С этой целью система смазки двигателя оснащена масляным радиатором, который охлаждается жидкостью из системы охлаждения.

Компоненты системы смазки двигателя

Масляные фильтры

Масляные фильтры служат для удаления из моторного масла загрязнений (остаточных про­дуктов горения топлива, частиц металла, пыли и т.д.), которые, в противном случае могут вы­зывать повреждение и износ компонентов дви­гателя. Поскольку моторное масло непрерывно циркулирует в системе смазки, ненадлежащая фильтрация масла может вызвать накопление в нем загрязнений, значительно ускоряющих износ компонентов. Следует иметь в виду, что масляный фильтр не задерживает жидкие или растворимые вещества, такие как вода, при­садки или продукты разложения, образующи­еся в процессе старения масла.

Что касается износа, он в значительной сте­пени определяется количеством и размерами содержащихся в масле твердых частиц. Ти­пичный размер твердых частиц составляет от 0,5 до 500 мкм. Поэтому тонкость фильтрации масляного фильтра выбирается в зависимости от требований для того или иного двигателя.

Типы и конструкции масляных фильтров

В принципе существуют два основных типа масляных фильтров: быстросменные филь­тры и фильтры со сменными элементами. В быстросменных фильтрах фильтрующий эле­мент заключен в корпусе, который не может быть открыт. Такой фильтр наворачивается на резьбовую шпильку на блоке цилиндров. Бы­стросменный масляный фильтр заменяется целиком при каждой замене масла.

Фильтр со сменным элементом имеет корпус, постоянно закрепленный на блоке цилиндров, который может быть открыт для доступа к сменному фильтрующему элементу. Вовремя замены масла заменяется только фильтрующий элемент; корпус является по­стоянным компонентом. В последнее время используются фильтрующие элементы, не имеющие металлических частей. Это означает, что фильтрующий элемент может быть полно­стью утилизирован посредством сжигания.

Кроме фильтрующего элемента фильтры обоих типов обычно снабжаются перепускным клапаном, который открывается при повыше­нии перепада давления на фильтре для обе­спечения эффективной смазки компонентов Двигателя. Типичное давление открытия этого клапана составляет от 0,8 до 2,5 бар. Увели­чение перепада давления на фильтре может происходить при использовании масла с вы­сокой вязкостью или в случае значительного загрязнения фильтрующего элемента.

В зависимости от конкретных требований фильтры обоих типов могут снабжаться об­ратным клапаном, устанавливаемым на входе или выходе фильтра. Эти клапаны предотвра­щают опорожнение фильтра после остановки двигателя.

В настоящее время интервалы замены моторного масла и масляного фильтра со­ставляют от 15 000 до 50 000 км для легковых автомобилей и от 60 000 до 120 000 км для коммерческих автомобилей.

Фильтрующий материал фильтров

Для фильтрации масла применяются различ­ные материалы. В основном они представляют собой волоконные материалы различной кон­фигурации. Чаще всего используется гоф­рированный материал, однако в некоторых случаях, особенно в перепускных фильтрах, применяется спирально намотанный материал или набивной волоконный материал. Основ­ным материалом, используемым в фильтрах, является целлюлоза. Возможно добавление к целлюлозе пластмассового волокна или сте­кловолокна. Для повышения маслостойкости и стабильности материала он пропитывается смолой. В последнее время все более широко используются фильтрующие элементы из чи­сто синтетических волоконных материалов, поскольку они имеют более высокую хими­ческую стойкость, что позволяет увеличить интервал их замены. Эти материалы также дают лучшие возможности структурирования трехмерной матрицы волокна в целях опти­мизации процесса фильтрации и повышения эффективности задержания твердых частиц. (см. рис. «Система смазки с полнопоточным и перепускным фильтрами» )

Полнопоточные фильтры

Все современные автомобили снабжаются полнопоточными масляными фильтрами. В соответствии с этим принципом фильтрации через фильтр проходит весь поток смазочного масла. Следовательно, все частицы, которые могут вызывать износ и повреждение компо­нентов двигателя, задерживаются фильтром при первом же прохождении через него.

Факторами, определяющими площадь фильтрации, являются объемный расход масла и способность фильтра к задержанию твердых частиц. (см. рис. «Тонкость фильтрации полнопоточных и перепускных фильтров по стандарту ISO 4548-12» )

Перепускные фильтры

Перепускные фильтры тонкой очистки или центробежного типа, служат для сверхтонкой очистки или микрофильтрации моторного масла. Эти фильтры способны очищать масло от значительно более мелких частиц, чем пол­нопоточные фильтры. Они могут удалять из масла мельчайшие абразивные частицы, что предотвращает быстрый износ компонентов двигателя. Для предотвращения увеличения вязкости масла также следует очищать его от частиц сажи. Максимально допустимая кон­центрация сажи составляет приблизительно 3-5%. При более высоких концентрациях имеет место значительное увеличение вязко­сти масла, что вызывает снижение его функ­циональной эффективности.

По этой причине перепускные фильтры устанавливаются в основном на дизельных двигателях. Через перепускной фильтр про­ходит только часть потока масла, выходя­щего из двигателя (8-10%).