Как масло распределяется по двигателю

Задача моторного масла — смазывать вращающиеся компоненты двигателя. Для этого масло должно распределяться под давлением. Оно проходит по каналам через весь двигатель и потом попадает в маслосборник — поддон в нижней части двигателя, оснащенный сливной пробкой.

Масляный фильтр и фильтрующий элемент

Насос

Чтобы увеличить давление масла, двигатель оснащают насосом. Большинство насосов — это комплект механизмов, которые втягивают масло под низким давлением и сжимают его. В процессе, давление масла повышается и проходит через камеру, оснащенную пружинным клапаном.

Масляный фильтр

Из насоса масло попадает в масляный фильтр и проходит через фильтрующий материал в масляные каналы внутри двигателя. Масляный фильтр также оснащен клапаном, который не допускает падения давления в случае засорения фильтра.

Подшипники

Пройдя фильтр, масло попадает в пространство между подшипниками и смазывает шейку коленчатого вала. Подшипники — это обычные металлические муфты, которые охватывают вращающиеся компоненты двигателя. Основные подшипники находятся на коленвале, а подшипники шатуна — на кривошипах.

В узком пространстве между подшипниками и движущимися поверхностями коленчатого вала образуется тонкий слой масла, чтобы металлические детали не соприкасались друг с другом. Если давление масла не превышает допустимые значения, а рабочая температура находится в допустимых пределах, то масло обеспечивает защиту и продлевает срок службы деталей.

Маслосборник

Некоторое количество масла выталкивается по бокам подшипников и стекает в маслосборник. Если просвет слишком большой — 0,1 мм и больше, давление в верхней части двигателя начинает падать. Если загорелась лампочка низкого уровня масла, или вы слышите глухой стук в районе впускного клапана сверху двигателя — это признак того, что в верхнюю часть двигателя поступает недостаточное количество масла.

Коленвал и кулачковый вал

Большая часть масла смазывает коленвал, остальная часть — кулачковый вал и коромысла клапанов. От оснащения автомобиля верхним распредвалом или толкателями зависит движение масла в двигателе:

1. Оснащен толкателями. Масло под давлением выталкивается в кулачки для подъема клапана. Кулачки выкачивают масло через полые штоки толкателя клапана и смазывают коромысла клапана.
2. Оснащен верхним распредвалом. Масло поступает в распредвал и смазывает точки соприкосновения распредвала со штоками клапанов.

Поршневые кольца цилиндров

Поршневые кольца цилиндров

Во многих конструкциях шатунов предусмотрено небольшое отверстие, через которое масло разбрызгивается на цилиндр и смазывает контактную поверхность поршневого кольца цилиндра. Специальные кольца внизу комплекта поршневых колец удаляют избыточное количество масла и возвращают его в маслосборник.

После смазки распредвала и связанных с ним деталей, масло самотеком поступает в маслосборник, после чего все повторяется заново.

Устройство и принцип работы системы смазки двигателя

Система смазки в двигателе необходима для уменьшения силы трения между его подвижными деталями. Дополнительно она выполняет функции охлаждения основных узлов, повышает срок их службы, защищает от коррозии, а также очищает от загрязнений (продуктов износа и нагара). Рабочей жидкостью (смазочным материалом) при этом выступает моторное масло, которое может подаваться под давлением, разбрызгиванием или самотеком. Это определяет вид, конструкцию и принцип работы системы.

Устройство системы смазки автомобильного двигателя

Главной задачей системы смазки является обеспечение масляной пленки на соприкасающихся подвижных деталях автомобильного двигателя. Это позволяет снизить потери мощности и износ силового агрегата. Помимо этого, масло, подаваемое системой, используется в гидрокомпенсаторах, гидронатяжителях и в механизмах регулирования фаз газораспределения. В общем устройстве автомобиля смазочная система интегрирована в конструкцию двигателя и состоит из следующих элементов:

• Заливная горловина – через нее выполняется заливка или доливка масла.
• Поддон картера – представляет собой нижнюю часть корпуса двигателя, наполненную маслом. Для правильной работы двигателя количество рабочей жидкости в поддоне должно быть на определенном уровне, что измеряется при помощи различных датчиков и приспособлений (щупа). В поддоне скапливаются не только излишки масла, стекающие из механизмов двигателя, но и загрязнения, образующиеся в процессе работы. Также на поддоне расположено сливное отверстие и пробка в виде болта с шайбой. При замене масла пробку необходимо заменить вместе с шайбой.
• Маслозаборник – представляет собой конструкцию из патрубка, идущего от поддона к насосу, и фильтра грубой очистки.
• Масляный насос – всасывает смазку при помощи маслозаборника из поддона и подает ее в систему. Он запускается и отключается одновременно с двигателем. В качестве привода может выступать коленвал, распредвал или вспомогательный приводной вал. Как правило, в автомобилях для перекачки масла применяются два типа насосов: шестеренчатые (более популярные) и роторные.
• Масляный фильтр. Устанавливается на входе в насос и предназначен для очистки рабочей жидкости от стружки и нагара. Бывают двух типов – разборные (при загрязнении фильтра меняется лишь фильтрующий элемент) и неразборные (меняется весь фильтр).
• Масляный радиатор. Поскольку рабочая жидкость в системе смазки также осуществляет охлаждение, для снижения ее собственной температуры она проходит через радиатор. Последний, в свою очередь, охлаждается жидкостью системы охлаждения.
• Магистрали и каналы – по ним движется масло от одного узла к другому.
• Масляные форсунки. Используются для подачи масла на стенки цилиндров и поршни.
• Датчики давления, температуры и уровня масла – подают сигналы на электронный блок управления двигателем, передавая данные о состоянии системы смазки и режиме работы двигателя.
• Клапаны (перепускные и редукционные). Позволяют автоматизировать контроль давления масла и управлять его подачей в систему. Такие клапаны монтируются вблизи ведущих элементов системы (насоса, основных узлов двигателя, фильтра).

В некоторых моделях двигателей датчики и радиатор могут отсутствовать. При этом охлаждение масла происходит непосредственно в поддоне картера.

Принцип работы и виды систем смазки

Все смазочные системы разделяют на две основные группы: с «сухим» и с «мокрым» картером. Последняя более популярна, благодаря простоте реализации. С другой стороны конструкции с «мокрым» картером склонны к таким проблемам, как вспенивание и расплескивание моторного масла , приводящее к перепадам уровня. В этом случае его подача в систему может быть нестабильной.

Системы смазки с «сухим» и «мокрым» картером

Отличительной чертой «сухих» систем является наличие отдельного бака, в котором хранится моторное масло. Моторное масло после поступления в двигатель стекает в поддон, но не накапливается в нем, а перекачивается назад в бак дополнительным насосом. Картер в таком случае всегда остается сухим.

Эта конструкция сложнее и дороже в изготовлении, однако, позволяет уменьшить высоту двигателя и обеспечивает надежную смазку при движении автомобиля по наклонным поверхностям. Это определило сферу применения систем с «сухим» картером – преимущественно в автомобилях высокой проходимости и спецтехнике.

Принципиально масло может подаваться к основным узлам двигателя тремя способами:

• Под давлением. Масло подается принудительно ко всем узлам двигателя при помощи насоса.
• Разбрызгиванием или самотеком. Подача выполняется под действием центробежной силы вращающихся деталей двигателя. При этом масло разделяется на мелкие частички, внешне похожие на масляный туман. Благодаря этому смазка заполняет все пространство между деталями мотора и оседает на их поверхности.
• Частично под давлением и частично самотеком (комбинированный метод). В этом случае масло к наиболее важным узлам осуществляется под давлением, а для всей остальной конструкции разбрызгиванием.

В современном автомобилестроении практически всегда применяют комбинированный способ, поскольку он позволяет более экономно расходовать смазочные материалы и при этом гарантирует своевременную смазку основных деталей.

Как работает комбинированная система смазки с мокрым картером

Процесс смазки двигателя представляет собой повторяющийся цикл. Он состоит из следующих этапов:

• В момент запуска двигателя приводится в действие масляный насос.
• Маслозаборник начинает всасывать масло из поддона картера, выполняя грубую очистку.
• На входе в насос масло проходит через масляный фильтр, где выполняется тонкая очистка.
• Из насоса по магистралям масло подается на такие узлы двигателя как подшипники (вкладыши) коленвала, опоры распредвала, поршневые кольца, а также на рабочую поверхность цилиндров. Для этого в системе могут быть установлены специальные форсунки или просто выполнены отверстия в блоке.
• Излишки масла, подаваемой на основные узлы, стекают через специальные зазоры на кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы. Их движущиеся элементы выполняют разбрызгивание рабочей жидкости, что обеспечивает ее попадание на остальные детали двигателя.
• Масло стекает обратно в поддон картера, смывая с деталей мотора металлическую стружку, нагар и другие загрязнения.
• После этого цикл повторяется.

Давление масла в системе может находиться в пределах от 0,2 МПа до 1,6 МПа.

Уровень масла и его значение

Для разных типов двигателей требуется различный объем масла в системе. В конструкциях с «мокрым» картером минимальное и максимальное значение уровня рабочей жидкости определяется при помощи специального щупа, который расположен на блоке цилиндров. Он имеет две метки «min» и «max».

Проверку уровня масла в системе выполняют на заглушенном двигателе после того, как он проработал некоторое время. В этом случае оно достаточно прогревается и стекает в поддон. Щуп вытаскивают, протирают тряпкой (ветошью) и погружают обратно в поддон. Далее достают повторно и проверяют уровень. Если масло, попавшее при этом на щуп, выходит за пределы максимального или минимального значения необходима доливка или слив масла. Также этот способ позволяет определить состояние и степень загрязнения.

В зависимости от вида и мощности мотора объем масла в системе смазки может быть от 3,5 до 7,5 литров.

Отличия систем смазки бензинового и дизельного двигателя

Особых конструктивных различий в смазочных системах бензинового и дизельного моторов нет. Однако, поскольку работа дизельного двигателя связана с более высокими температурами, основным отличием является используемое моторное масло. Базовая основа дизельного масла аналогична используемой в бензиновых моторных маслах, но имеет другой пакет присадок, которые позволяют обеспечить ей следующие функции:

• Высокую моющую способность – дизельные двигатели склонны к обильному образованию сажи, а потому требуют интенсивной очистки.
• Устойчивость к окислению – из-за высокой степени сжатия, в картер дизеля могут проникать отработавшие газы, что приводит к окислению моторного масла и более быстрой выработке его ресурса.

Масло, используемое в смазочной системе, может быть синтетическим, минеральным или полусинтетическим. В зависимости от того, какой тип используется, определяют сроки его замены.

Максимально долго служат синтетическое и полусинтетическое масло, которые при нормальных условиях эксплуатации не требуют обновления до 10-15 тысяч километров пробега.

Минеральные масла служат около 5 тысяч километров пробега.

Система смазки является неотъемлемой частью любого двигателя, обеспечивающей его работоспособность. Очень важно проводить своевременный техосмотр, контролировать уровень и состояние масла.

Устройство и принцип работы смазочной системы двигателя

Принципиальная задача системы смазки двигателя в разрезе десятилетий развития ДВС осталась неизменной – подача к трущимся элементам смазывающего и теплоотводящего материала. Но повсеместные ужесточения экологических норм заставляют конструкторов находить скрытые ресурсы для повешения КПД мотора и уменьшения вредных выбросов в атмосферу. Рассмотрим устройство системы смазки двигателя, их виды, принцип работы масляного насоса и редукционного клапана.

Схема циркуляции масла в двигателе

Моторное масло из поддона всасывается шестеренчатым насосом и подается к фильтру. Проходя через фильтрующий элемент, масло по каналам в блоке цилиндров и ГБЦ подается к шейкам коленчатого вала, кулачкам и постелям распределительного вала. Давление в системе смазки зависит от скорости вращения коленчатого вала. Минимальное давление развивается насосом на холостом ходу, а максимальное ограничивается редукционным клапаном.

Для контроля водителем исправности системы в блоке цилиндров, а иногда и в ГБЦ, вмонтирован датчик давления масла. На современных авто стрелочным указателем давления на приборной панели оборудуются лишь немногие спортивные автомобили. На большинстве авто их заменили индикатором низкого давления, который загорается лишь при падении напора в масляных магистралях.

Усложнение конструкции

На примере дизельного двигателя объемом 2,5 л от VW можно увидеть, насколько сложнее стала схема работы смазочной системы современного двигателя. Давайте рассмотрим предназначение каждого из элементов.

• Двухступенчатый масляный насос шестеренчатого типа с внутренним зацеплением. Устанавливается в поддоне картера.
• Клапан регулировки давления масла. С помощью электромагнитного клапана ECU (Engine Control Module) направляет масло в разные каналы, переключая тем самым режимы работы масляного насоса. При регулировании производительности учитывается нагрузка на двигатель, температура охлаждающей жидкости, обороты коленчатого вала и сигналы с АКПП. При подаче управляющего сигнала клапан открывается, пропуская масло в каналы первой ступени (давление в системе порядка 1,8 атмосфер). При отсутствии управляющей «массы» возвратная пружина возвращает клапан в исходное положение, изменяет направление протекания масла, поднимая давление в системе до 3,3-4 Атм.

Изменение производительности позволяет снизить механические потери, затрачиваемые на смазывание и охлаждение трущихся пар двигателя. Такое решение повышает общий КПД двигатели, уменьшая количество вредных выбросов.

• Обратные клапаны в возвратных трубопроводах. Пропускают смазку только в одном направлении и предотвращают полный слив масла из каналов после остановки двигателя. Заполненные каналы позволяют избежать масляного голодания в первые секунды после запуска мотора.
• Предохранительный клапан. Открывается при холодном запуске, когда в системе развивается чрезмерное давление.
• Клапан малого контура циркуляции. Срабатывает при засорении фильтрующего элемента, открывая путь маслу в обход фильтра.
• Масляный охладитель. Через корпус теплообменника циркулирует масло и охлаждающая жидкость.
• Охладитель способствует поддержанию теплового баланса двигателя и препятствует перегреву масла.
• Клапан масляной форсунки. Открывается при достижении в системе расчетного давления, открывая магистраль к форсункам.
• Масляная форсунка. Разбрызгивает масло на днище поршня, отводя от него тепло.
• Редукционный клапан. Срабатывает при достижении в системе чрезмерного давления, защищает ГБЦ от лишнего масла.

Масляный насос

Среди различных типов конструкции наибольшее распространение получили шестеренчатые и роторные масляные насосы. Устройство масляного насоса шестеренчатого типа с наружным зацеплением:

1. Ведомая шестерня.
2. Канал забора масла с поддона.
3. Ведущая шестерня. Именно она посредством червячной, цепной или шестеренчатой передачи соединена с коленчатым валом двигателя.
4. Приводной вал (в данном типе масляного насоса соединяет коленвал и ведущую шестерню).
5. Канал нагнетания.
6. Ось вращения ведущей шестерни.

При вращении шестерен масло всасывается из заборного канала и подается по каналам нагнетания к трущимся парам двигателя. Давление масла в системе смазки и производительность насоса напрямую связаны со скоростью вращения коленчатого вала. При превышении давления, достаточного для смазывания и отвода тепла трущихся элементов, лишняя смазка стравливается редукционном клапаном.

В отличие от шестеренчатого насоса с наружным зацеплением, в помпах с внутренним зацеплением ведущая шестерня вращается внутри ведомой. Принцип работы смазочной системы с точки зрения нагнетания давления остается неизменным и схож с работой роторной помпы. Внутри корпуса устанавливается внешний и внутренний роторы. Вращение последнего приводит к всасыванию смазки и подаче ее под давлением в нагнетательный канал.

Редукционный клапан

Поскольку производительность нерегулируемых насосов напрямую зависит от количества оборотов двигателя, максимальное безопасное давление масла в системе смазки поддерживается редукционным клапаном. Он представляет собой запорный клапан, подпертый возвратной пружиной. Когда расчетное давление масла со стороны клапана преодолевает усилие пружины, клапан открывается, перепуская излишки масла обратно в поддон картера.

Двухступенчатые масляные насосы

Конструкцию двухступенчатого масляного насоса рассмотрим на примере агрегата роторного типа от автоконцерна VAG.

1. Первая ступень работы определяется конструкторами, исходя из необходимого двигателю объема масла на всех режимах работы. Из полости нагнетания масло направляется в каналы двигателя и к подвижному ротору в месте его упора в регулировочную пластину. В таком режиме объем полости всасывания и, как следствие, количество прокачиваемого масла небольшое.
2. Вторая ступень. При повышении оборотов двигателя возникает потребность в большем количестве смазки. Давление на подвижный ротор ослабевает. Теперь регулировочная пружина доворачивает статор на несколько градусов, изменяя положение ведомого ротора. Таким образом увеличивается объем полости всасывания и количество прокачиваемой смазки.

В двигателях FSI Audi объемом 2,8 и 3,2 литра переход с первой на вторую ступень происходит на оборотах коленвала свыше 4600. Благодаря двухступенчатым помпам конструкторам удалось на 1/3 снизить расход топлива.

Клапан N428

Клапан управления масляного насоса N428 предназначен для регулировки давления на управляющий поршень. В зависимости от давления на поршень, изменяется положение статора и объем камеры всасывания. Часть масла из полости нагнетания всегда подается в управляющую магистраль к клапану N428. По команде блока управления двигателя на клапан подается питание, масло подается к управляющему поршню. По своему устройству N428 представляет собой электроуправляемый гидравлический 3/2 ходовой клапан.

Отличие мокрого картера от сухого

Выше нами рассмотрен исключительно мокрый картер, когда основной объем системы смазки двигателя находится в поддоне и забирается оттуда масляным насосом.

На схеме представлены детали и приборы системы смазки мотора с сухим картером. Основное отличие в том, что поддон двигателя не используется для хранения масла. Весь стекший туда смазывающий материал откачивается специальным насосом и подается в отдельный бак. Оттуда давление в масляной системе создается уже при помощи нагнетающей помпы. Такая система смазки двигателя применяется на автомобилях повышенной проходимости и гоночных болидах. Основные преимущества:

• уменьшается высота поддона, что позволяет установить мотор ниже. Снижение центра масс улучшает курсовую устойчивость и управляемость автомобиля;
• сухой картер исключает масляное голодание при движении авто в больших продольных и поперечных углах, что актуально для внедорожников на пересеченной местности;
• исключено масляное голодание вследствие отлива смазки (перетекания из одной части в другую) при длительном движении автомобиля в дуге, что актуально для кольцевых автогонок и соревнований по дрифту;
• моторное масло лучше охлаждается.

Но не лишена система и недостатков, так как усложнение системы снижает надежность и увеличивает массу автомобиля.

Видео: Система смазки двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в 3D. Как работает?

Неполадки в системе смазки

• механический износ деталей масляного насоса. Происходит вследствие несвоевременной замены масла, фильтрующего элемента. При износе в зоне всасывания не создается достаточное разряжение, из-за чего падает производительность помпы;
• коксование и засорение посторонними предметами маслоприемника. Случается при несвоевременной замене масла, разрушении пластиковых элементов натяжительных и успокоительных башмаков;
• подвисание редукционного клапана;
• электрическая неисправность или проблемы с проводкой клапана управления двухступенчатым насосом;
• выход из строя датчика давления масла, из-за чего на приборной панели загорается сигнальная лампа низкого давления;
• заклинивание обратного клапана в возвратных магистралях;
• поломка указателя давления масла;
• заклинивание масляного термостата, применяющегося для более быстрого прогрева смазки.

Современная смазочная система состоит из множества механических и электронных компонентов, ввиду чего надежность ее значительно снизилась. Поэтому крайне важно следить за соблюдением сервисных интервалов, качеством фильтров и моторного масла.