Лекція № 5 Система мащення двигунів внутрішнього згоряння (двз)

1. Призначення і класифікація систем мащення двигунів.

2. Теорія мащення та мастильні матеріали.

3. Маркування мастил.

4. Будова механізмів систем мащення.

5. Охолодження мастила.

1. Призначення. Система мащення призначена для очищення і безперебійного подавання чистого мастила у потрібній кількості, під певним тиском і за певної температури до поверхонь тертя деталей двигуна. Мастило, яке надходить до поверхонь тертя, зменшує втрати потужності на подолання тертя, сповільнює спрацювання і охолоджує поверхні деталей, а також захищає їх від корозії. Крім того, шар мастила, що є на стінках циліндрів, поліпшує компресію, перешкоджає прориву газів з камери згоряння у картер.

Класифікація. Кількість мастила, яке необхідно подавати до поверхонь тертя деталей двигуна, і спосіб його підведення залежить від умов роботи. Розрізняють три способи подачі мастила: розбризкуванням; під тиском з безперервною подачею; під тиском з періодичної (пульсуючою) подачею.

За способом підведення мастила до поверхонь тертя деталей системи мащення поділяють на три типи: система мащення розбризкуванням; система мащення під тиском (примусова); система мащення комбінована (під тиском мастило подається до корінних та шатунних підшипників колінчастого вала, підшипників розподільного вала, часто до поршневого пальця, втулок коромисел і т.д.; розбризкуванням змащується решта пар тертя).

Залежно від розміщення ємності для мастила розрізняють системи:

з "мокрим" картером, коли основною ємністю для мастила служить нижня частина картера двигуна (піддон);

з сухим картером, коли основна частина мастила знаходиться в окре­мому баку, який розміщений поза двигуном.

У малолітражних автомобілях з приводом на передні колеса систему мащення двигуна іноді об'єднують з мащенням агрегатів трансмісії. Як правило, в одному картері розміщують кривошипно-шатунний механізм та коробку передач з головною передачею і диференціалом.

Більшість автотранспортних двигунів мають комбіновану систему мащення (рис. 29). До найбільш навантажених деталей (наприклад, корінні і шатунні підшипники колінчастого вала, підшипинки розподільчого вала) масло подається під тиском. Інші деталі змащуються маслом, яке розбризкується у внутрішній порожнині двигуна під час його роботи.

Комбінована система мащення включає в себе пристрої для очищення і охолодження масла. Це дозволяє зменшити витрати масла і стирання деталей двигуна. Паливний насос, регулятор, вентилятор, водяний насос і механізми системи пуску мають самостійні пристрої для мащення поверхонь тертя.

Мащення усіх поверхонь тертя деталей тільки під тиском конструктивно виконати складно і тому такі системи не застосовуються.

На сучасних автотракторних двигунах в основному застосовують комбіновані системи мащення (рис. 23), до складу яких входять такі основні елементи: резервуар для мастила (піддон) 1; шестерінчастий мастильний насос 3 із мастилоприймачем 2 і редукційним клапаном 7; вентилі і дросельні шайби; пристрої для очищення мастила (фільтри) 5; прилади для контролю рівня, тиску і температури мастила, допоміжні пристрої для заливання і зливання мастила, вентиляції картера та ін.

У нагнітаючій вітці насоса встановлено редукційний клапан 7. З головної мастильної магістралі АВ по каналах в блоці мастило подається до корінних підшипників 18, 20 і підшипників розподільного вала 12, 13 і 15. По вертикальному каналу в блоці і отвору в одному із стояків кріплення осі коромисел мастило попадає в її порожнину, а звідти каналами проходить до втулок коромисел. Коромисла можуть мати отвори для підведення мастила до стержня клапана та штанги штовхача.

Через отвори і порожнини 19 в шийках і щоках колінчастого вала мастило під тиском подається до шатунних підшипників і далі по каналу у стержні шатуна може подаватись для змащування поршневого пальця. Іноді у нижній головці шатуна свердлять отвір, при суміщенні якого з радіальним отвором у шатунній шийці вала факел мастила викидається на стінки циліндра і кулачки розподільного вала. Зайве мастило зі стінок відводиться мастилознімними поршневими кільцями через дренажні отвори поршня. Частина мастила при цьому подається для змащування поршневого пальця в бобишках поршня. Через отвір у шатуні мастило іноді подається і для охолодження днища поршня.

У ряді конструкцій мастило під тиском подають до штовхачів для їх змащування, до коромисел мастило іноді подається через порожнинні штанги.

Для контролю за роботою системи мащення в головну магістраль встановлюють манометр 11 або пристрій світлової сигналізації, який спрацьовує при відхиленні тиску від норми.

Для форсованих двигунів, а також для двигунів із повітряним охолодженням, в яких можливе перегрівання мастила, у систему мащення включають дистанційний термометр. Для охолодження мастила в системі мащення передбачають радіатор 4, через який мастило перекачують або окремим насосом, або за допомогою основного насоса 3. Для вимкнення радіатора встановлюють запобіжний клапан 6.

2. Опір, який виникає внаслідок відносного переміщення одного тіла по іншому, називається тертям руху, яке у більшості випадків призводить до зносу поверхонь цих тіл. У результаті такого в спряженні збільшується проміжок. Крім цього, в зоні взаємодії зростає виділення тепла. На перебореня опору затрачається механічна енергія.

Тертя руху у спряженні може бути двох видів: ковзання і кочення. Залежно від умов мащення розрізняють тертя без мащення, яке виникає між двома тілами при відсутності на поверхнях тертя введеного мастильного матеріалу; рідке тертя, яке являє собою опір відносному переміщенню між двома тілами, де між їх поверхнями знаходиться шар рідини, яка володіє об’ємними властивостями; граничне тертя, яке появляєься між двома твердими тілами при наявності на поверхнях тертя шару рідини, яка володіє власитвостями, що відрізняються від об’ємних.

Мастильні рідини (мастила) служать для того, щоб знизити затрати потужності на тертя, зменшити стирання поверхонь деталей, відвести теплоту. Крім того, масло змиває з поверхонь продукти стирання і можливе забруднення, охороняє ці поверхні від корозії, а в окремих випадках ущільнює рухомі спряження деталей.

Однією з важливих властивостей масла являється маслянистість, тобто здатність масла розтікатись по поверхні і утворювати на цій поверхні щільну та безперервну і нерозривну плівку.

Н.П. Петров встановив, що рух мастила у підшипниках підпорядковується законам гідродинаміки. Тому, розроблену ним теорію рідиного мащення називають гідродинамічною теорією мащення. За відношенням до підшипників ковзання ця теорія відображена на рис. 30, де показано етапи утворення масляного клина.

Найменші затрати енергії на тертя і втрати параметрів у деталях відбувається під час рідинного тертя. Для цього повинні бути створенні відповідні умови у деяких спряженнях механізмів тракторів і автомобілів. Хоча деякі спряження працюють в умовах граничного тертя, наприклад: поршень-циліндр.

Для досягнення найбільшої надійної і довготривалої роботи механізмів трактора та автомобіля, мастильні матеріали повинні забезпечувати ряд експлуатаційно-технічних вимог:

- мати оптимальну в’язкість на всіх експлуатаційних режимах;

- високу маслянистість і необхідну протиокислюючу стійкість (бути хімічно стійкими);

- не викликати і не сприяти корозії деталей;

- не містити мінеральних кислот і лугів, води і механічних домішок.

Крім того, мастила повинні відповідати високій температурі запалювання і незначній випаровуваності, добре вимивати нагар і інші домішки із зазорів між поверхнями тертя.

За родом вихідної сировини мастила поділяють на:

а) нафтові;

б) рослинні та тваринні;

в) синтетичні.

Для мащення механізмів тракторів і автомобілів застосовують мастила, які отримують в основному шляхом перегонки нафти (нафтові масла). Автотракторні нафтові масла ділять на дистиляторні, які отримують фракційною перегонкою із мазуту; залишкові, які отримують від перегонки мазуту і змішані – суміш перших з другими.

За способом очищення від небажаних домішок, нафтові мастила відносять до трьох груп: кислотно-лугової очистки; кислотно-контактної очистки та селективної очистки.

Для покращення експлуатаційних властивостей мастила, в нього додають у невеликих кількостях присадки, наприклад:

- в’язкістні – збільшують в’язкість мастила і покращують його в’язкістно-температурні властивості;

- депресорні – понижують температуру застигання мастила;

- антикорозійні – зменшують корозійну дію металів;

- протизношуючі – покращують мастильні властивості мастила;

- багатофрикційні – мають властивості покращувати одночасно декілька показників.

Для двигунів використовують різні типи мастил, а для інших вузлів та агрегатів – трансмісійні мастила.

Крім того, для покриття поверхонь окремих вузлів машини використовують пластичні мастила. Це густі мазеподібні продукти, які отримують, вводячи в мінеральні і синтетичні масла чи в їх суміші різного роду затверднювачі від 5 до 30%. Як правило, це солі жирних кислот (мило).

За призначенням пластичні мастила ділять на три основні групи: антифрикційні; консерваційні; ущільнюючі. Якщо для виробництва затверджувачів – мила використовують рослинні і тваринні жири, то мастило називають жирове, а якщо синтетичні жирні кислоти – синтетичне.

3. Маркування мастил. Залежно від сфери використання встановлено шість груп мастил – А, Б, В, Г, Д, Е. Групи мастил Б, В, Г, в свою чергу, поділяються на підгрупи Б₁ і Б₂; В₁ і В₂; Г₁ і Г₂. Підгрупи з індексом „1” кожної групи призначені для застосування в карбюраторних двигунах, а підгрупи з індексом „2” – в дизельних двигунах.

Мастила відповідних груп (підгруп) призначені:

група А – для нефорсованих карбюраторних двигунів;

підгрупа Б₁ – для малофорсованих карбюраторних двигунів;

підгрупа Б₂ – для малофорсованих дизельних двигунів;.

підгрупа В₁ – для середньофорсованих карбюраторних двигунів;

підгрупа В₂ – для середньофорсованих дизельних двигунів;

підгрупа Г₁ – для високофорсованих карбюраторних двигунів;

підгрупа Г₂ – для високофорсованих дизельних двигунів;

група Д – для високофорсованих дизельних двигунів з наддувом при використанні палива з вмістом сірки до 1%;

група Е – для високофорсованих дизельних двигунів, працюють на паливі з високим вмістом сірки до 3%.

Основним експлуатаційним показником мастила є його кінематична в’язкість, значення якої (в мм²/с) при 100 °С входить в маркіровку мастила. Для зимових сортів мастила в’язкість нормують при -18°С. У цьому випадку до марки мастила додається індекс "З", що означає "загущене".

Залежно від в’язкості й експлуатаційних властивостей за ГОСТ 17479.1-85 встановлені марки моторних мастил (М-8В₁, М-6_З/12Г₁, М-10Г₂, М-10Д і т.д.), в умовному позначенні яких закладені типи двигунів. Наприклад, мастило М-8В₁: літерою "М" позначається моторне мастило, цифра 8 характеризує його в’язкість при 100°С (в мм²/с), літера "В" з індексом "1" вказує, що мастило за експлуатаційними властивостями відноситься до групи В і призначено для мащення середньофорсованих карбюраторних двигунів. Мастило М-6₃/12Г₁: літера "М" – моторне мастило, цифра 6 показує, що мастило відноситься до класу в’язкості, в якому в’язкість при 18°С не повинна перевищувати 10400 мм²/с, індекс "З" означає, що мастило містить загущуючі присадки, цифра "12" після знака дробу показує, що в’язкість мастила при температурі 100°С дорівнює 12 мм² /с, а літера "Г" з індексом "1" означає належність мастила за експлуатаційними властивостями до групи "Г" і вказує на можливість його використання для високофорсованих карбюраторних двигунів. Крім цього, до маркування входять індекси, які характеризують спосіб очищення мастила, наявність присадок та інше.

4. Основні складові механізми схем систем мащення залежать від типу двигуна, його потужності і техніко-експлуатаційних параметрів.

Як правило, в системах передбачено три клапани: редукційний, який перепускає масло підвищеної в’язкості 0,7…0,8 МПа; запобіжний, пропускає масло мимо центрифуги з тиском 0,30…0,45 МПа; зливний, коли тиск в головній магістралі більше 0,25…0,45 МПа.

Під час роботи двигуна через нещільності між дзеркалом циліндра і поршневими кільцями, із надпоршневого простору в картер проникає повітря, відпрацьовані гази і пари палива, що приводить до зниження якості мастила. Тому регулювання тиску в картері проводиться за допомогою сапуна. Таке явище називають вентиляцією картера двигуна. Сапуни бувають різної конструкції. Крім цього, більшість карбюраторних двигунів має примусову вентиляцію картера.

До основних вузлів і механізмів поршневих двигунів слід віднести: мастильні насоси. Мастильні насоси служать для нагнітання мастила у систему мащення двигуна. На автотракторних двигунах застосовуються шестерінчасті мастильні насоси. Мастильний насос, який має одну пару шестерень, називається односекційним. Застосовуються також двох- і трьохсекційні. Масляні насоси тракторних дизелів приводяться в обертовий рух від шестерні колінчастого вала, а в автомобільних карбюраторних двигунах – від шестерні, яка виконана заодно із розподільчим валом.

У мастилі в процесі роботи двигуна поступово збираються частинки незгорілого палива, продукти окислення (нагар, смолисті відклади), а також частини пилу і продукти стирання деталей двигуна. Тому мастило, у процесі експлуатації тракторів і автомобілів необхідно очищати. Найбіш ефктивним засобом боротьби з поліпшенням якості мастила в двигунах є його фільтрація. За допомогою фільтрів можна видалити з масла не тільки крупні частинки металів, але різні механічні і найдрібніші домішки.

У більшості автотракторних двигунів використовують повнопотокові реактивні центрифуги (центробіжний очисник). В реактивних центрифугах мастило очищається під дією ценробіжних сил, які виникають при обертанні ротора з частотою біля 6000 об/хв.

5. Для нормальної роботи двигуна температура масла в системі повинна знаходитись у межах 70-80⁰С. Під час збільшення температури більше 90⁰С якість масла погіршується, і як наслідок цього зростає стирання поверхонь деталей двигуна і витрати мастила. Для підтримання температури у необхідних межах при роботі двигуна з підвищеними навантаженнями і при високій температурі оточуючого повітря в системі мащення використовують спеціальні охолоджувачі радіатори (рис. 31).

Рис. 31. Охолодження мастила: а – оребрений піддон; 1 – внутрішнє оребрення; 2 – зовнішнє оребрення; 3 – мастилоприймач; 4 – ребра-заспокоювачі; б – повітряний мастильний трубчастий радіатор; 1 – трубка радіатора; 2 – з’єднувальна муфта з хомутами; 3 – суцільнокатане оребрення трубки; 4 – набране оребрення із кілець; 5 – оребрення із навитої стрічки; в – рідинний мастильний трубчастий радіатор; г – варіанти турболізаторів для рідинного мастильного радіатора

Мастильні радіатори є нерозбірними вузлами із нержавіючих сталевих чи латунних трубок овального січення з’єднаних між собою ємностями. Встановлюють на двигуні спереду радіатора водяного охолодження.

Ємкостями для масла являються піддони картера. Вони можуть бути чавунними, із алюмінієвого сплаву, сталеві, штамповані. Кріпляться до блок-картера болтами через прокладку. Рівень мастила у піддоні картера двигуна перевіряють мастильномірною лінійкою. Контроль тиску масла в системі здійснюється показниками мембранного типу або електричним імпульсним.

Середня температура газів упродовж робочого циклу двигуна складає 200...900С. Частина тепла газів передається деталям (циліндрам, головці циліндрів, поршням, клапанам і т.д.), в результаті чого їх температура зростає. Якщо вказані деталі не охолоджувати то робота двигуна може бути порушена за наступними причинами:

- погіршуються мастильні властивості масла, в результаті чого зростають втрати на тертя, збільшується стирання деталей і витрата масла;

- з’являються умови передчасного запалення суміші і детонації під час її згоряння (карбюраторні двигуни);

- зменшуються проміжки в рухомих з’єднаннях і створюються умови заклинення рухомих деталей.

Вентиляція картера. Під час роботи двигуна з надпоршневого простору в картер проникають повітря, робоча суміш і відпрацьовані гази. У газах, які проникли в картер, містяться сірчані з’єднання і пари води. Вони утворюють кислоту, яка погіршує якість мастила. Пари води викликають змінення мастила, утворення емульсії, що ускладнює доступ мастила до поверхонь тертя. Відпрацьовані гази, які проникають у картер, підвищують у внутрішній порожнині двигуна тиск, що викликає підтікання мастила через ущільнення. Для усунення картерних газів застосовують систему вентиляції картера, яка може бути виконана з відведенням газів у навколишнє середовище - відкрита система або в систему живлення двигуна – закрита система. Другий випадок дозволяє спалювати пари бензину, які містяться у картерних газах.

У закритих системах вентиляції картерні гази при втягуванні в систему живлення обов’язково проходять через мастиловловлювачі. Крім цього, застосовують пристрої зменшення втягування газів в систему живлення при роботі двигуна на малих обертах (при невеликих відкриттях дроселя), тобто великих розрідженнях.