Djerichov_uchebn_ch2_1_64

4.Что такое минеральные смазочные материалы?

5.Что такое органические смазочные материалы?

6.Что такое трение покоя?

7.Что такое трение движения?

8.Что такое сухое трение и на что тратится его дополнительная энергия?

9.Что такое трение скольжения?

10.Что такое трение качения?

11.Какие существуют виды трения по наличию смазочного материала?

12.Что такое адсорбция и что такое хемосорбция?

13.Что называют маслянистостью масла?

14.Откакихфакторовзависит устойчивостьсмазочного слоя, необходимого для жидкостного трения?

15.В каких случаях возникает полужидкостное трение?

16.Что такое износ трущихся поверхностей?

17.Что такое механическое изнашивание?

18.Что такое абразивное изнашивание?

19.Что такое гидроабразивное и газоабразивное изнашивание?

20.Что такое усталостное изнашивание?

21.Что такое эрозионное изнашивание?

22.Что такое кавитационное изнашивание?

23.Что такое молекулярно-механическое изнашивание?

24.Что такое коррозионно-механическое изнашивание?

Глава2. ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКАСИСТЕМСМАЗОК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

2.1.Схемы систем смазок

Взависимости от места размещения основного запаса моторного масла система смазки может быть с мокрым или сухим картером.

Всистемах с мокрым картером (рис. 4) основной запас масла находится в поддоне картера и при работе двигателя масло подается к трущимся деталям с помощью масляного насоса.

Всистемах с сухим картером (рис. 5) основной запас масла содержится в автономном масляном баке, из которого масло подается к трущимся деталям нагнетающим масляным насосом. Стекающее в поддон масло полностью удаляют откачивающим насосом в масляный бак. Такой способ исключает утечку масла через сальники коленчатого вала на крутых подъемах, спусках и кренах. Отсутствие запаса масла в зоне вращения коленчатого вала исключает забрасывание масла на стенки цилиндров, снижаетэксплуатационныйрасходмаслаиповышаетсохранность физико-химических свойств масла за счет снижения воздействия картерных газов и горячих деталей двигателя.

Воснове различных масляных систем лежит одна и та же принципиальная схема смазки. Масло из поддона или автономного бака всасываетсямаслянымнасосомчерезмаслозаборникинагнетается черезполнопоточный фильтр в главную масляную магистраль, которая просверлена в виде продольного канала в блоке цилиндров. Из главной масляной магистрали масло отводят по поперечным сверлениям к подшипникамскольженияколенчатогоираспределительноговаловикдругимточкам. Подача масла осуществляется под давлением разбрызгиванием

икомбинированным способом.

Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники скольжения коленчатого вала и опорные подшипники распределительного вала. Разбрызгиваниемсмазываютсярабочиеповерхности цилиндров, поршневыекольца, деталипривода клапанного механизма, кулачки распределительноговала. Масло, вытекающееизподшипниковколенчатого вала, разбрызгивается вращающимися деталями кривошипно-ша- тунногомеханизмасобразованием«масляноготумана». Длясмазкизеркала цилиндровмасло периодически впрыскивается изотверстий в кривошипныхголовкахшатунов. Оськоромысел, узелосевойфиксациирас-

20

21

16

Рис. 4. Схема системы смазки с мокрым картером:	Рис. 5. Схема системы смазки с сухим картером:
	1 – фильтр грубой очистки; 2 – главная масляная магистраль; 3 – маслосъемное
1 – фильтр грубой очистки; 2 – главная масляная магистраль; 3 – коренные и ша-	поршневоекольцо; 4 – коренныеишатунныеподшипникискольжения; 5 – порш-
тунныеподшипникискольжения; 4 – поршневоемаслосъемноекольцо; 5 – порш-	невые компрессионные кольца; 6 – зеркало цилиндра; 7 – опорный подшипник
невые компрессионные кольца; 6 – зеркало цилиндра; 7 – опорные подшипники	распределительноговала; 8 – распределительныйвал; 9 – фильтртонкойочистки;
распределительного вала; 8 – фильтр тонкой очистки; 9 – маслозаборник;	10 – масляный радиатор; 11 – автономный масляный бак; 12 – нагнетательный
10 – масляныйрадиатор; 11 – поддон; 12 – редукторныйклапан; 13 – маслозакачи-	насос; 13 – всасывающиемасляныенасосы; 14 – перепускнойклапан; 15 – масло-
вающий насос; 14 – перепускной клапан; 15 – датчик давления масла в системе;	заборник; 16 – редукционный клапан; 17 – датчик давления масла в системе;
16 – отверстиевовкладышеишатунедляподачимасланастенкигильзыцилиндра	18 – отверстиевовкладышеишатунедляподачимасланастенкигильзыцилиндра
22	23

пределительноговала, распределительныешестернисмазываютсяпульсирующей подачей масла с использованием специальных золотниковых устройств.

Кроме основного круга циркуляции масла, системы смазки могут иметь параллельныеконтуры: неполнопоточногофильтра тонкойочистки; масляного радиатора; воздушного компрессора.

Емкость масляной системы можно рассчитать следующим обра-

зом.

Количество масла, циркулирующее в системе смазкидвигателя Vц, зависит от количества теплоты, отводимого маслом на номинальном режиме работы двигателя м, ккал/ч; плотности масла , кг/м3; теплоемкости масла См, ккал/(кгград); степени нагрева масла t, °С:

Vц =	Qм	, кг..
	Uм Cм 't

Количество теплоты Qм можно рассчитать по эмпирической зависимости от эффективной мощности двигателя Nc

Qм = (20…50) Nc, ккал/ч.

Количество теплоты, отводимое маслом Qi, зависит от количества теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя

Qт, ккал/ч.

Для автотракторных двигателей

Qi = (0,015…0,025) Qт, ккал/ч.

ПолнаяемкостьмаслянойсистемыVм, л, зависитоттипаиназначения машины, мощности двигателя и может быть рассчитана по эмпирической зависимости

V= Kн Vц ,

мKк

где Kн – коэффициентзапасапроизводительностинасоса( Kн = 1,5…2,0) для автотракторных двигателей;

Vц – расчетный циркулирующий расход масла, л/ч;

Kк – коэффициент, характеризующийкратностьобменамаславсистеме, для современных двигателей Kк = 3…3,2.

2.2.Основные приборы и узлы систем смазки

2.2.1.Масляные насосы

Для нагнетания масла в магистрали системы смазки, как правило, используются шестеренчатые насосы (рис. 6, а и б).

Вдвигателях с мокрым картером применяются одноили двухсекционные масляные насосы. В двухсекционных насосах большая секция обеспечивает подачу масла под давлением в главную масляную магистраль, а секция меньшего размера прокачивает масло через радиатор.

Вдвигателях с сухим картером применяются двухили трехсекционныенасосы, имеющиеоднунагнетающуюи1-2 откачивающиесекции.

Производительность насоса зависит от количества масла:

подводимого к подшипникамскольжения на шейках коленчатого вала;

перепускаемого через редукционный клапан насоса и фильтр тонкой очистки;

подводимого к распределительному валу, механизмам привода клапанов и вспомогательных агрегатов.

Подача масла должна обеспечить требуемую циркуляцию масла

Vц с учетом износа шестерен насоса, увеличения зазоров в подшипниках, изменения вязкости масла.

Действительная производительность насоса будет определяться по формуле

Vд = (2,0…3,5) Vц;

расчетная производительность – по формуле

Vд

Vн = Kн ,

где Kн – коэффициент подачи насоса, равный 0,7…0,82.

24

25

а)		б)		в)

г)

Рис. 6. Масляные насосы:

а – односекционный; б – двухсекционный; в – редукционный клапан магистрали фильтра центробежной очистки масла: 1 – корпус нижней секции; 2 – ведомая шестернянижнейсекции; 3 – перегородка; 4 – ведомаяшестерняверхнейсекции; 5 – корпусверхнейсекции; 6 – валприводанасоса; 7, 8 – ведущиешестерниверхней и нижней секций; 9 – плунжер редукционного клапана; г – двухсекционный: 1 – крышка; 2, 8 – ведущаяиведомаяшестерни; 3 – штифт; 4 – корпус; 5 – ведущий валик; 6 – трубка маслоприемника; 7 – ось ведомой шестерни; 9 – прокладка;

10 – выходной канал

Число оборотов насоса nн определяют по формуле

nн = i nн,

где i – передаточное отношение привода, равное 0,5…1,3; nн – число оборотов ведущего вала насоса, с–1.

Производительностьоткачивающих секцийVотк должна бытьзначительнобольшепроизводительностинагнетающихVнаг, таккакмасло, удаляемоеизкартера, вспенивается. Поэтомудлядвухоткачивающихсекций Vотк = (2,0…2,5)Vнаг, адляоднойоткачивающейсекцииVотк = (1,5…2,0)Vнаг.

2.2.2. Редукционные клапаны

Редукционные клапаны предназначены для поддержания требуемогодавлениявмасляноймагистраливслучаеизменениярасходамасла из-за повышенного износа подшипников, повышения гидравлического сопротивленияфильтров, изменениявязкостимасла, температурыидругих причин.

Основной редукционный клапан (рис. 6, в) предотвращает недопустимыеколебаниядавлениямасланавыходеизнасоса, асливнойклапан поддерживает более точное давление непосредственно у подшипников коленчатоговала. Притакойсхемепрактическиполностьюисключается снижение давлениявмагистралипри увеличениирасхода маслапо мере износа подшипников.

Редукционный клапан в конце главной масляной магистрали ускоряет достижение рабочего давления при запуске холодного двигателя, вследствие чего снижаются пусковые износы подшипников скольжения на опорных и шатунных шейках коленчатого вала.

2.2.3. Масляные фильтры

Масляные фильтры предназначены для постоянной очистки масла отмеханическихпримесей, попадающихизвнеиввидепродуктовизносаиокислениямасла. Очисткамаслаявляетсяважнейшимфакторомдостижения высокой долговечности двигателя.

Первая фильтрующая ступень очистки масла от крупных частиц механических примесей обеспечивается сеткой маслоприемников. Помимо сетчатых фильтров применяются фильтры грубой и тонкой очистки масла или фильтры центробежной очистки (центрифуги).

Фильтры грубой очистки устанавливают перед главной магистральюиочищаютвесьпотокмасла, поступающегодлясмазкидеталейдвигателя. Фильтрыгрубой очисткимогутбыть пластинчато-щелевые или ленточно-щелевые (рис. 7–9). Они могут задерживать частицы размером более 60…70 и 40…90 мкм соответственно.

26

27

Фильтры тонкой очистки очищают масло от загрязнений разме-	более 10–15 % масла, циркулирующеговосновномконтуре, чтоне исклю-
ром более 0,5…1,0 мкм. Фильтр тонкой очистки имеет сменный фильт-	чаетпопаданиявзазорытрущихсядеталейкрупныхчастиц(до40…60 мкм),
рующий элемент, состоящий из набора картонных дисков и фигурных	способных вызвать абразивный износ.
прокладок. Такой фильтрующий элемент оказывает большое сопротив-	На многихдвигателях современных легковыхавтомобилейприме-
ление проходящему через него маслу, поэтому фильтр тонкой очистки	няются полнопоточные фильтры (рис. 8, 9) со сменными бумажными
включаетсяпараллельномасляноймагистрали. Маслоизфильтрастека-	фильтрующими элементами.
ет в поддон картера двигателя. Вследствие высокого гидравлического
сопротивления фильтры устанавливают дополнительно к полнопоточному
фильтругрубойочистки(см. рис. 7) параллельноглавноймасляноймагист-
рали. При таком включении через фильтр тонкой очистки проходит не

		Рис. 8. Полнопоточный фильтр очистки масла
		со сменным бумажным фильтрующим элементом
	Рис. 7. Полнопоточный масляный фильтр со сменным бумаж-	двигателя «Москвич-412»:
		1 – крышка корпуса; 2 – выпускная трубка; 3 – пере-
	ным фильтрующим элементом автомобиля ГАЗ-24 «Волга»:
		пускной клапан; 4, 5, 7 – уплотнительные кольца;
	1 – пробка сливного отверстия; 2 – центральный стержень;
		6 – стяжной болт; 8, 14 – стальные шайбы; 9 – пру-
	3 – корпус фильтра; 4, 10 – датчики указателей давления мас-
		жина; 10 – медная шайба; 11 – пробка; 12 – фильтру-
	ла; 5 – перепускной клапан; 6 – уплотнительная прокладка;
		ющий элемент; 13 – корпус фильтра
	7 – колпачковая гайка; 8 – крышка; 9 – фильтрующий элемент
	28	29

Рис. 9. Полнопоточный фильтр двигателя автомобиля

«Москвич-214»:

1 – спускнаяпробка; 2, 7 – уплотнительныерезиновыекольца; 3 – стяжной болт; 4 – внутренний цилиндр (каркас); 5 – корпус; 6 – сменныйфильтрующийэлемент; 8 – перепускнойклапанвсборе; 9 – крышка; 10 – колпачок; 11 – седлоперепускного клапана; 12 – шарик перепускного клапана

Полнопоточные центробежные фильтры тонкой очистки с гидравлическим или механическим приводом являются самым эффективным способом очистки от всех примесей размером более 0,5…1,0 мкм

(рис. 10).

Рис. 10. Фильтр центробежной очистки масла двигателя ЗМЗ-53:

1 – ось ротора; 2 – жиклер; 3 – поддон; 4 – ротор; 5 – колпак ротора; 6 – кожухфильтра; 7 – фильтрующаясетка; 8 – гайкакрепленияколпака; 9 – гайкакрепления ротора; 10 – гайка-барашеккрепления кожуха

Например, вфильтрецентробежнойочисткимасладвигателяЗМЗ-53 (см. рис. 10) масло поступает от насоса через пустотелую ось 1 ротора. Далее из пространства под колпаком 5 масло проходит через фильтрующую сетку 7 и жиклеры 2 в полость корпуса фильтра, откуда стекает в поддон картера. Пластмассовый ротор 4 приводится в быстрое враща-

30

31

тельное движение в результате реакций двух струй масла, выбрасываемыхизжиклеров2. Приэтомтяжелыечастицыгрязииосадковотбрасываются к внутренней поверхности стенок колпака 5 и оседают на них. Другой пример. На двигателе ЗИЛ-130 устанавливают полнопоточный фильтр центробежной очистки масла (рис. 11), включаемый в систему смазки последовательно.

Маслоотнасосаподаетсяпоканалу20 подвставку7 фильтра. Часть масла, пройдя сетчатый фильтр 6, поступает к двум жиклерам 1. Другая часть масла, попадая под колпак 5, подвергается центробежной очистке при вращении ротора 3. Очищенное масло, обогнув сверху вставку 7, подаетсяв радиальныеотверстия оси 9, а затемчерез трубку18 и отверстие22 поступаетвраспределительнуюкамерублокацилиндров. Перепускной клапан 23 при значительном износе подшипников скольжения коленчатоговалаилиприиспользованиигустогомаславовремяпускадвигателя перепускаетчастьмаславраспределительнуюкамеру, минуяфильтр.

Преимущество фильтра центробежной очистки состоит в том, что он в первую очередь задерживает тяжелые примеси. Кроме того, работу фильтра можно легко и надежно проверить прослушиванием вращения ротора после остановки двигателя.

Недостатком центрифуг является резкое ухудшение фильтрации масла при понижении его температуры и повышения вязкости.

Механическиепримеси, содержащиежелезо, удаляютполнопоточнымимагнитосетчатымифильтрами, т. е. комбинациеймагнитных стержней с сетчатым фильтром.

Для дополнительной очистки масла, которое поступает в подшипники скольженияколенчатоговала, применяютсяцентробежныеловушки в шейках вала. Продукты износа, содержащие железо, удаляют магнитными пробками, устанавливаемыми в поддонах двигателя.

При перепаде давления на фильтрах, которое превышает допустимое (0,8…1,2 кг/см2), перепускные клапаны открывают прямой проход масла в главную магистраль.

2.2.4. Масляный радиатор

Масляный радиатор предназначен для принудительного охлаждения масла и поддержания нормального теплового режима двигателя.

Приэкспериментальномисследованиибылоустановлено, чтопредельно допустимая температура подшипников скольжения на коленча-

32

Рис. 11. Полнопоточный фильтр центробежной очистки масла двигателя ЗИЛ-130:

1 – жиклеры; 2, 12 – прокладки; 3 – ротор; 4 – уплотнительное кольцо; 5 – колпак; 6 – сетчатыйфильтр; 7 – вставка; 8 – кожух; 9 – ось ротора; 10 – кольцо вставки; 11 – стопорное кольцо; 13 – шайба; 14, 15, 16 – гайки; 17 – упорнаяшайба; 18 – трубка оси; 19 – упорный подшипник; 20 – канал; 21 – пробка;

22 – отверстие; 23 – перепускной клапан

33

том валу двигателя составляет tп 80…100 °C, а предельно допустимая температура масла на выходе из подшипников скольжения равна

tвых 105…110 °C.

Вводно-масляномрадиаторетеплота передаетсяот маслакохлаждающейжидкости, а в воздушно-масляном радиаторе теплота передается воздушному потоку, создаваемому вентилятором или при движении автомобиля.

Масляныерадиаторывключаютвсистемусмазкипоследовательно или параллельно основному контуру масла. В первом случае охлаждаемое масло, пройдя радиатор, поступаетвглавнуюмасляную магистраль и к подшипникамскольжения коленчатого вала, а во втором – оно перепускается в картер.

Для того чтобы обеспечить оптимальный температурный режим масла в системе, необходимо подобрать радиатор, который бы принудительно его охлаждал до необходимых пределов. Для этого необходимо произвести расчет радиатора по следующей методике.

ПлощадьповерхностиохлаждениярадиатораF рассчитываютпоуравнениютеплопередачи, исходяизрасчетногоколичестватеплаQр, отводимогомасломна номинальном режиме работы двигателяQм. Для обеспечения установившегося теплового режима величина Qр должна быть равна количествутеплотыQм, ккал/ч, воспринимаемомуотдеталейдвигателя

Qр = Qм.

Количество теплоты, отводимое маслом на номинальном режиме работы двигателя, зависит от количества теплоты, выделившейся при сгорании топлива Qт, ккал/ч, и коэффициента теплоотдачи от двигателя к маслу Kм. По эмпирической зависимости

Qм = (0,015…0,025) Qт

или

Qм = (20…50) Nс.

Количествотеплоты, отводимоерадиатором, зависитоткоэффициентатеплоотдачимаславокружающуюсредуKр, ккал/(м2 чград), средней температуры масла в радиаторе tр.ср и площади поверхности охлаждения F:

Qр = F Kр (tр.ср – tв).

Тогда

	F =	Qм	=				Qм				,
		Q		K	р	(t	р.ср	t	в	)
		р

где tв – температура воздуха.

Величина Кр, котораянаходитсявпределах100…300 ккал/(м2 ч× ×град), предназначена для радиаторов с прямыми гладкими трубками, а величина в пределах 700…1000 ккал/(м2 ч град) предназначена для радиаторов с завихрением масла.

Величина tр.ср, °C, определяется как полусумма температур масла, которое входит в радиатор tр.вх, и температурой масла tр.вых из него

t = tр.вх tр.вых .

р.ср 2

Температуру tр.вх обычно принимают равной температуре масла, выходящего из подшипника:

tр.вх = tвых.п.

Температура выходящего из радиатора масла

tр.вых = tр.вх – tр .

Перепадтемпературмаславрадиаторедолженсоответствоватьвеличине подогрева масла в двигателе

Qр

tр = Cм Vц Υм ,

где Qр – количество теплоты, отводимое маслом от двигателя, ккал/ч; Cм– теплоемкость масла, ккал/(кг град);

Vц – циркуляционный расход масла, м3/ч; Υм – плотность масла, кг/м3.

34

35

2.2.5. Вентиляция картеровдвигателей

Для удаления картерных газов, образующихся в результате прорыва продуктов сгорания, паров топлива и продуктов их взаимодействия с маслом предназначена вентиляция картеров двигателя.

Вовремяработы двигателячереззазоры вместах установкипоршневых колец и зазоры между стержнями клапанов и направляющими втулками в картер проникают отработавшие газы. Кроме этого, при пуске двигателя в цилиндрах конденсируются пары бензина, которые, попадая в картер, разжижают масло и ухудшают его смазывающие свойства. Также в отработавших газах еще есть пары воды, которые, конденсируясь в картере, вспенивают масло и приводят к образованию густых и липких эмульсий, а в соединениях с сернистым газом они образуют кислоты, которые разъедают рабочие поверхности деталей и ускоряют их износ.

Поэтому для уменьшения давления в картере и увеличения срока службы масла необходимо удалять из картера отработавшие газы, пары бензинаипарыводы. Дляэтогослужитпринудительнаявентиляциякартера, которая повышает долговечность двигателя, его экономичность и снижает процесс старения масла.

Принудительная вентиляция картера может быть двух видов: открытая система вентиляции, при которой картерные газы отводят в атмосферу, и закрытая, когда картерные газы отсасывают во впускную системудвигателя.

Открытаявентиляцияосуществляетсяподдействиемразрежения, возникающего в вытяжной трубе (рис. 12) вследствие относительного перемещения воздуха при движении автомобиля.

В месте забора картерных газов устанавливают маслоулавливающие устройства. Воздушные фильтры исключают попадание пыли в картер.

Недостаткомоткрытойвентиляциикартераявляютсянизкаяинтенсивность и возможность попадания газов в кабину водителя.

Взакрытыхсистемахкартерныегазыотсасываютсяввоздухоочиститель и далее через карбюратор во впускной трубопровод (рис. 13 и 14). Газы могут отсасываться двумя путями:

первый путь – вверх в пространство за фильтрующим элементом воздушного фильтра и затем через карбюратор во впускной трубопровод;

второй путь – через малый шланг в калиброванное отверстие золотникового устройства карбюратора, которое ограничивает количество отсасываемых газов и регулирует режим отсоса газов при различной частоте вращения коленчатого вала.

Если картерные газы будут проходить непосредственно через карбюратор, то они могут вызвать осмоление его каналов, жиклеров и подвижных деталей, что нарушит нормальную работу системы смесеобразования. Поэтому отвод картерных газов непосредственно во впускной трубопровод исключает осмоление карбюратора.

Рис. 12. Открытая вентиляция картера двигателя ЗМЗ-53:

1 – воздухоочиститель; 2 – маслоналивной патрубок; 3 – маслоотражатель; 4 – отсасывающая трубка

36

37

Рис. 13. Закрытая вентиляция картера двигателя ВАЗ-2105:

а – на малой частоте вращения холостого хода; б – при открытии дроссельной заслонки; 1 – золотник; 2 – калиброванное отверстие; 3 – впускной трубопровод; 4 – дроссельная заслонка; 5 – шланг отвода газов в задроссельное пространство; 6 – карбюратор; 7 – воздушный фильтр; 8 – всасывающий патрубок; 9 – пламегаситель; 10 – шланг; 11 – крышка маслоотделителя; 12 – маслоотделитель;

13 – сливная трубка маслоотделителя

Горючая смесь Картерные газы

Рис. 14. Закрытая вентиляция картера двигателя автомобиля «Москвич-2140»: 1 – маслоналивная горловина; 2 – воздушный фильтр; 3 – карбюратор;

4 – впускной трубопровод; 5 – цилиндр

2.3. Условия работы моторного масла

Работоспособностьдвигателявнутреннегосгорания(ДВС) зависит от четкого функционирования системы смазки, рабочим телом которой является моторное масло.

Как отмечалось выше, основным назначением системы смазки являетсясвоевременныйподводчистогои, принеобходимости, охлажденного моторного масла к трущимся деталям для уменьшения трения

38

39