Устройство и принцип работы системы смазки ДВС

Любой двигатель – это устройство, в котором один вид энергии превращается в другой. В случае ДВС тепловая энергия преобразуется в возвратно-поступательное движение цилиндров, которые, в свою очередь, заставляют вращаться коленчатый вал, приводящий в движение транспортное средство.

Поскольку все процессы в моторе происходят с большой частотой, возникают силы трения, разрушительный эффект которых можно предотвратить, используя сложную систему, но эффективную смазки.

Чтобы представлять себе, насколько важен правильный уход ха этой компонентой современного автомобиля, нужно обладать хотя бы начальными знаниями об устройстве системы смазки, её назначении и принципе функционирования. Этим сейчас мы и займёмся.

Назначение СС автомобильного двигателя

ДВС представляет собой сложнейший комплекс узлов и агрегатов, связанных в единое целое и обеспечивающих стабильную работу силового агрегата. Но поскольку в нём имеется немало трущихся с большой скоростью частей, для их бесперебойного функционирования требуется обеспечить надёжную доставку смазочного материала. Этим и занимается система смазки: не будь её, мотор не продержался бы и десяти минут. Работа силового агрегата «на сухую» чревата быстрым разогревом трущихся поверхностей до критичного уровня, после которого из-за теплового расширения происходит уменьшение зазоров с последующим разрушением деталей двигателя, подверженных усиленному трению.

Сложность реализации системы смазки двигателя заключается в том, чтобы не только обеспечить доставку смазочной жидкости в нужное место, хотя это тоже непростая инженерная задача, но и чтобы обеспечить циркуляцию машинного масла по замкнутому циклу с минимальными потерями.

Перечислим список задач, решаемых посредством использования СС:

• снижение силы трения за счет образования на трущихся поверхностях тончайшей защитной плёнки,
• охлаждение поверхностей деталей силового агрегата,
• очистка технической жидкости о защищаемых поверхностей от металлической стружки и других твёрдых загрязнителей,
• обеспечение бесперебойной циркуляции смазочной жидкости под требуемым давлением,
• предотвращение преждевременного износа деталей СА.

Устройство системы смазки

Существует немалое количество разнообразных типов ДВС, отличающихся друг от друга на концептуальном уровне. Но и внутри каждой группы вы вряд ли найдёте абсолютно идентичные моторы. Неудивительно, что и система смазки может быть реализована по-разному, и потому описывать её устройство можно только на схематическом уровне, да и то, ссылаясь на некий гипотетический среднестатистический двигатель.

Впрочем, и этого вполне достаточно для понимания автомобильных азов.

Начнём с картера, который обычно упоминают вместе с поддоном. Так вот, поддон является частью картера, расположенной в самой нижней части мотора, и представляет собой открытую сверху ёмкость, в которую стекает масло, выполнившее свою основную задачу. Здесь оно охлаждается и отстаивается, чему способствуют специальные перегородки, гасящие любые колебательные процессы, возникающие в процессе движения автотранспортного средства. Ну, а дальше моторное масло направляется в масляный фильтр. Отметим, что объем (вместимость) системы смазки двигателя среднестатистического легкового авто лежит в пределах от 3 до 6 литров.

Это место, где техническая жидкость очищается от того мусора, который неизбежно появляется на трущихся поверхностях в результате интенсивной работы и попадания извне. О металлической стружке микроскопических размеров мы уже упоминали. Другими загрязнителями может быть нагар и копоть, образующиеся при сгорании топливно-воздушной смеси, пыль и даже частички грязи. Маслофильтр всё это задерживает, постепенно засоряясь, что приводит к ухудшению фильтрации. Регулярная замена моторного масла (согласно рекомендациям автопроизводителя) позволяет избежать таких негативных последствий засорения масляного фильтра, как ухудшение смазочных свойств жидкости, что приводит к накапливающейся потере мощности силового агрегата и более губительным для мотора явлениям.

Чтобы ММ циркулировало по системе, оно должно находиться под давлением. Это функция масляного насоса, который проталкивает жидкость по системе, подавая его к трущимся поверхностям, в направлении поддона, к маслофильтру и дальше по кругу. В современных ТС используются две разновидности маслонасосов – шестеренчатые и роторного действия. Для шестерёнчатых насосов характернее постоянный уровень создаваемого в системе давления, роторные агрегаты способны изменять этот показатель в зависимости от потребностей. Отметим, что в зависимости от конструктивных особенностей конкретного двигателя, создаваемое маслонасосом давление в масляной магистрали может находиться в диапазоне 2-16 атмосфер.

Маслорадиатор – следующий элемент системы смазки. Его основное предназначение – охлаждение рабочей жидкости, поскольку в поддоне картера оно снижает температуру недостаточно. Различают два типа радиаторов – воздушнопотоковые и с жидкостным охлаждением. Первые устанавливаются в таком месте, чтобы на радиатор набегал мощный поток встречного воздуха, вторые используют охлаждающую жидкость, циркулирующую по системе.

Обеспечение требуемого давления – задача непростая, поскольку двигатель, как правило, работает неравномерно, то с увеличением, то с резким падением оборотов. При ускорении автомобиля давление в системе смазки может нарастать выше критического уровня, что грозит необратимыми последствиями для силового агрегата. Перепускные и редукционные клапаны, устанавливаемые в районе маслофильтра или маслонасоса, ответственны за сброс давления в подобных случаях. А сигналом для их активации служат данные, непрерывно поступающие от датчика давления масла. Если, к примеру, маслофильтр безнадёжно засорился, перепускной клапан открывает дополнительный канал движения жидкости в обход фильтра, чтобы предотвратить остановку мотора.

Маслофильтр

Слежение за параметрами ММ в системе осуществляется датчиками, которые отслеживают и давление, и температуру технической жидкости. Контроллер датчиков отсылает измеряемые величины в бортовой компьютер, а ЭБУ принимает решения, реагируя на критические отклонения соответствующим образом. Если в результате нормализовать температуру или давление масла не удалось, на приборной панели активируется лампочка, предупреждающая водителя о возникновении опасных неполадок.

Каналы смазки обеспечивают бесперебойную доставку масла к трущимся механизмам под высоким давлением

Поступление ММ в систему из насоса осуществляется через главную магистраль, одна из функций которой – обеспечить смазку подшипников коленвала.

Отметим, что это простейшая схема системы смазки легкового автомобиля. Реальная СС может содержать немалое количество дополнительных компонентов, улучшающих её эксплуатационные характеристики.

Принцип функционирования СС

Большинство двигателей последних поколений снабжается комбинированной системой смазки, суть которой заключается в смазывании обильно трущихся деталей/узлов под определённым давлением, а нагруженных менее интенсивно – самотёком/разбрызгиванием.

Мы уже рассмотрели схему системы смазки двигателя, теперь перейдём к описанию, как всё это работает.

При включении зажигания запускается маслонасос, призванный создать давление и закачать жидкость в каналы, которые за время стоянки автомобиля оказались опустошенными. На э то уходит несколько секунд, и именно столько горит лампочка недостаточного давления в системе смазки.

Как только заработал насос, масло из поддона начинает подаваться на маслофильтр, затем – для смазки подшипников коленвала (шатунных/коренных шеек) и в распределительный вал, после чего наступает очередь верхних опор шатуна (к пальцам поршневой группы).

Следующий этап «большого шёлкового пути» – смазка цилиндров, куда жидкость попадает через форсунки или специальные отверстия, находящиеся в нижней опоре шатуна.

Все остальные узлы силового агрегата смазываются методом разбрызгивания. Работает это следующим образом: вытекая через зазоры в вышеописанных смазываемых поверхностях, масло разбрызгивается, попадая на движущиеся узлы ГРМ и кривошипно-шатунного механизма. Разбрызгивание из-за высокой скорости вращения деталей столь интенсивно, что формируется масляный туман, который обволакивает все остальные детали мотора. В дальнейшем под действием земного тяготения смазка конденсируется и стекает вниз, в поддон картера, замыкая таким образом цикл.

Вышеописанная схема является самой популярной и называется смазкой с мокрым картером. В то же время на мощных двигателях применяется система «сухой картер», в которой для промежуточного хранения ММ используется отдельный бак, а поддон картера остаётся сухим. Подобная схема позволяет избавиться от зависимости давления в системе от уровня жидкости в картере и пространственного положения маслозаборника, которая имеет место в обычных системах смазки.

Классификация систем смазки

Существует несколько критериев, согласно которым происходит подразделение ДВС на категории. В частности, по методу подачи смазывающей жидкости к деталям силового агрегата:

• под давлением, обеспечиваемым работой маслонасоса,
• методом разбрызгивания,
• комбинированный способ.

Подача масла к трущимся деталям под давлением необходима, если никаким другим способом невозможно обеспечить точно дозированную доставку смазки к детали в единицу времени. В большинстве современных двигателей масляный насос присутствует.

Тратить мощность мотора на поддержку высокого давления, необходимого для смазки всех деталей мотора, нуждающихся в этом, не всегда рационально. Поэтому там, где это возможно, используют метод разбрызгивания, когда масло самотёком попадает на вращающиеся детали и разбрызгивается по всему объему полости, создавая плотный масляный туман, обволакивающий всё вокруг себя.

Отметим, что метод разбрызгивания имеет немалое число недостатков:

• он не обеспечивает равномерную смазку, поскольку масло конденсируется на смазываемых поверхностях случайным образом,
• при таком способе требуется намного большее количество смазывающей жидкости,
• поскольку процесс смазки квантован, вероятность окисления металлических поверхностей возрастает.

В большинстве случаев на автомобилях применяется комбинированная схема циркуляции масла в системе, для которой характерны недостатки и преимущества обоих вышеперечисленных способов.

Вторым важным фактором для СС является своевременное охлаждение разогретого внутри силового агрегата масла – если этого не делать, смазывающие свойства будут уменьшаться с поднятием температуры, что грозит перегревом мотора. Существующие способы охлаждения смазки:

• метод открытой вентиляции картера двигателя,
• охлаждение картера методом закрытой вентиляции.

При первом способе формирующиеся в картере газы выводятся в атмосферу через специальное отверстие, во втором случае газ направляется назад в цилиндр, где благополучно сжигается.

Некоторые модели силовых агрегатов комплектуются масляными радиаторами, в которых охлаждение моторного масла происходит либо обдувом встречным потоком воздуха, либо охлаждающей жидкостью, циркулирующей по трубкам радиатора.

Масляный радиатор

Поскольку наибольшее распространение получил комбинированный метод подачи масла, имеет смысл более подробно рассказать о его разновидностях, уже упоминавшихся нами: мокром и сухом картере.

Мокрый картер

Этот способ считается общеупотребительным из-за простоты его реализации. Конструктивно системы смазки с мокрым картером состоит из следующих компонентов:

• масляного поддона,
• маслонасоса,
• маслоприёмного устройства,
• редукционного клапана,
• маслопроводов,
• фильтров тонкой/грубой очистки ММ,
• радиатора,
• датчиков уровня и давления смазочной жидкости,
• маслозаливной горловины.

При работающем силовом агрегате маслонасос через сеточку маслоприёмного устройства нагнетает жидкость под давлением в ФГО, откуда она направляется в находящийся в блоке цилиндров центральный маслопровод. Отсюда под давлением через имеющиеся в перегородках БЦ каналы масло попадает в коленвал, смазывая сначала коренные подшипники, а затем и шатунные. Излишки смазки выдавливаются наружу через технологические зазоры и, попадая на вращающиеся детали коленвала, разбрызгиваются по всему объёму двигателя, смазывая самотёком поршневые пальцы, внутренние поверхности цилиндров, другие детали мотора. Параллельно ММ подаётся по маслопроводу в распредвал, смазывая его подшипники, шестерни и оси клапанных коромысел. Незначительная часть смазки (не более 20% от всего объема, циркулирующего в системе) попадает в фильтр тонкой очистки, откуда, очистившись, следует обратно в поддон

Параллельно деталям двигателя часть масла поступает в радиатор для принудительного охлаждения.

Связка из перепускного и редукционного клапанов обеспечивают нормальное функционирование системы при существенных колебаниях нагнетаемого маслонасосом давления.

Сухой картер

Этот тип СС считается более эффективным, однако техническая реализация метода сухого картера более сложна, а сам двигатель получается более дорогостоящим. В таких системах масло поступает не в поддон, а в специальный бак, расположенный автономно, и уже отсюда насос закачивает его в главную магистраль.

Главное преимущество такой системы – обеспечение стабильного снабжения маслом деталей силового агрегата на неровных участках дороги (спусках/подъёмах с большим градиентом, боковых кренах). В мокрых системах при таких условиях налицо кислородное голодание, особенно если неровный участок дороги – затяжной, при этом может наблюдаться утечка смазывающей жидкости через сальники коленвала. Системы с сухим картером таких недостатков лишены.

Ещё одно их преимущество – возможность уменьшить высоту двигателя и тем самым увеличить дорожный просвет или поднять выше центр масс. При такой компоновке системы смазки расход технической жидкости уменьшается, а изначальные эксплуатационные характеристики моторного масла менее подвержены изменениям, то есть ММ получает более продолжительный ресурс работы до регламентной замены.

Типовый состав СС с сухим картером:

• масляная центрифуга,
• радиатор охлаждения,
• полнопоточный фильтр ГО,
• перепускной клапан,
• змеевик, используемый для подогрева ММ,
• масляный бак,
• предпусковой маслонасос,
• сетчатый маслоприёмный фильтр,
• основной маслонасос.

Замена масляного фильтра

При включении зажигания начинает работать предпусковой маслонасос, нагнетающий ММ из отдельно расположенного автономного бака в главную магистраль (минуя все маслофильтры). Это позволяет на этапе холодного пуска уменьшить трение, что существенно увеличивает общий ресурс мотора.

Зимой, в сильные морозы масло становится более густым, поэтому перед пуском двигателя жидкость, находящаяся в баке, основном маслонасосе и главной магистрали, разогревается специальным предпусковым подогревающим устройством жидкостного типа (через змеевик с предварительно нагретой охлаждающей жидкостью).

После того, как заработал основной нагнетающий маслонасос, ММ из бака подаётся через два фильтра (сетчатый маслоприёмный и полнопоточный ФГО) в главную магистраль. Дальше всё происходит так же, как и у системы смазки мокрого типа.

После завершения цикла смазки жидкость стекает в маслоприёмники силового агрегата, откуда 80-90% её направляется в автономный бак посредством откачивающего сегмента основного маслонасоса. На пути следования масла расположен радиатор, где оно охлаждается. В зимнее время года на первых минутах работы мотора масло ещё не успевает прогреться до рабочих величин, и чтобы не допустить разрушения радиатора, срабатывает перепускной клапан.

Оставшееся количество масла (10-20%) попадает в фильтр ТО, представляющий собой масляную центрифугу, где очищается и стекает самотёком в картер.

В некоторых модификациях центрифуга отсутствует, а тонкая очистка масла осуществляется дополнительным неполнопоточным фильтром, устанавливаемом в едином корпусе с фильтром ГО ленточно-щелевого типа.

Особенности эксплуатации и техобслуживания СС

Как и любой другой узел или агрегат автомобиля, система смазки нуждается в своевременном и качественном обслуживании, а также в соблюдении рекомендаций, касающихся её эксплуатации. И первое, что необходимо обязательно заполнить всем водителям – это правильный пуск холодного мотора, особенно зимой, при отрицательных температурах.

Во время продолжительной стоянки масло под действием силы тяжести стекает по магистрали в поддон картера, и большая часть деталей двигателя остаются без смазки или с минимальным её количеством. Осуществляя запуск двигателя, вы провоцируете масляное голодание, которое, хотя и кратковременное, но успевает нанести незначительный вред. Таким образом, несоблюдение режима пуска только усугубляет ситуацию – в этом случае аккумулирующий эффект проявляется намного сильнее, снижая общий ресурс силового агрегата.

Ещё хуже обстоят дела, когда пуск мотора осуществляется при температурах ниже 20 градусов мороза. Дефицит смазки будет ощущаться до тех пор, пока масло не прогреется до рабочих показателей (порядка 90 градусов). Так что зимой следует использовать специальные методики, позволяющие снизить нагрузку на мотор.

Не менее важным является тщательное соблюдение регламента технического обслуживания системы смазки двигателя. Сроки замены масла вместе с маслофильтром обычно указываются в руководстве пользователя, для большинства иномарок это от 10000 до 20000 километров пробега. На новом автомобиле первая замена техжидкостей производится после наезда 1000-2000 км.

Для полноты картины опишем основные неисправности СС. Их не так много, но что более важно – симптомов при любых проблемах всего два: увеличение расхода и снижения уровня давления в системе.

Каждый из этих признаков может свидетельствовать о целом ряде поломок, которые опытному автомобилисту не составит труда диагностировать более точно.

Если вы заметили, что масло уходит быстрее обычного, это может указывать на следующие проблемы:

• маслофильтр установлен негерметично (в этом случае будут подтёки в месте его крепления),
• в утечке виновна прохудившаяся прокладка картера мотора или маслонасоса,
• имеются сквозные повреждения поддона,
• вентканалы картера засорены,
• есть проблемы с КШП и/или ГРМ.

Понижение давление ММ может свидетельствовать о таких неприятностях:

• маслофильтр сильно засорён и требует немедленной замены,
• сломан редукционный клапан,
• маслонасос не функционирует как положено,
• имеет место недостаточный уровень масла,
• «врёт» датчик масляного давления.

Поскольку устранение большинства из этих неисправностей требует частичной разборки мотора, таким ремонтом лучше заниматься при наличии достаточного опыта и знаний.