5.12. Смазывание деталей и фильтрация масла
Если двигатель с турбонаддувом создаётся путём модернизации ранее существовавшего двигателя с естественным всасыванием, то в системе его смазки необходимо предусмотреть смазку самого турбокомпрессора. Кроме того, как указано в предыдущих разделах, масло двигателя с наддувом применяется для охлаждения поршней, а следовательно необходимо предусмотреть соответствующие охладители масла. При этом, желательно, чтобы температура масла не превышала 200 0С. В конечном итоге всё это требует повышения ёмкости масляной системы и производительности масляного насоса.
Первый элемент, который следует рассмотреть – это масляный насос. На первый взгляд кажется, что достаточно изменить (повысить) скоростной режим работы насоса и все проблемы с интенсификацией подачи масла будут решены. Однако, это решение в редких случаях удаётся применить, т. к. масляный насос обычно проектируется на режим, частота вращения которого (а следовательно скорости движения масла) ограничена величиной определённого числа Рейнольдса. Поэтому повышение частоты вращения элементов масляного насоса обычно приводит к резкому повышению затрат мощности на его привод, к дополнительному нагреву масла, к образованию масло – воздушной эмульсии (вспениванию масла), а следовательно – к ухудшению условий смазки. Поэтому единственно правильным решением является замена масляного насоса новым с повышенной производительностью и с аналогичными характеристиками. Вариантом решения здесь является применение нового насоса, конструкции, аналогичной старому, повышенных габаритов, например с увеличенной в два раза длиной корпуса. В этом случае поддерживается уровень давления масла, а его количество получается достаточным для смазки двигателя и турбокомпрессора, для охлаждения подшипников и поршней. На рис. 5.29 показан чертёж части двигателя с носком коленчатого вала, с приводом к масляному насосу и самим насосом, у которого при наддуве двигателя была увеличена длина зубьев шестерен (А).
Рис.5.29. Изменения конструкции системы подачи масла.
Проблема выбора количества масла связана, в частности, с необходимостью его охлаждения после того, как часть масла охлаждала элементы поршня, а также элементы турбокомпрессора. У последнего высокие температуры создаются в зоне газовой турбины и задачей масла кроме смазки подшипников является и охлаждение. Причём, для сохранение несущей способности масляного клапана в подшипниках турбины и для поддержания допустимого уровня теплового состояния её элементов необходима довольно быстрая смена масла в узлах трения. На схеме 5.30 показана схема движения масла в корпусе турбокомпрессора для смазки подшипников и для охлаждения вала. Подвод масла к турбокомпрессору целесообразно осуществлять вскоре после масляного насоса в верхней части корпуса ТК.
Рис.5.30. Схема прохода масла в турбокомпрессоре.
Масло после смазки подшипников и охлаждения осей ТК сливается в его нижнюю часть (1), откуда быстро удаляется. Пребывание масла в нижней части корпуса ТК должно быть возможно более коротким, поскольку от этого зависит эффективность охлаждения элементов машины. Т. е. слив через отверстие 2 должен быть весьма активным. Очевидно, что с увеличением нагрузки на двигатель растут температуры турбокомпрессора и одновременно повышаются температуры поршня. Как уже отмечалось ранее, максимальные температуры масла в этом крайнем случае не должны превышать 200 0С, для исключения интенсивной потери качеств масла. В двигателях с турбонаддувом используется масло более высокого качества. Однако, даже в этом случае как правило, частота смены масла в двигателе с наддувом превышает частоту его смены в безнаддувных ДВС.
Система охлаждения масла должна обеспечивать средний уровень его температур порядка 100 0С, т. е. таких, при которых не происходит его интенсивного окисления и других деградационных процессов. Охлаждение масла происходит в водо – масляных или реже в масло – масляных холодильниках. Принцип работы водо – масляного холодильника показан на рис. 5.31. По стрелке А показан вход масла в холодильник, а по стрелке В – выход охлаждённого масла. Масло проходит между трубками 4 радиатора холодильника, по которым протекает вода, и отдаёт ей своё тепло. Холодная вода входит со стороны, показанной стрелкой С, а нагретая, с отобранным у масла теплом – по стрелке D.
Рис. 5.31. Схема холодильника масла.
Очевидно, что холодильник с заполняющими его водой и маслом является довольно тяжёлым узлом двигателя. С учётом вибрационных нагрузок на него, ответственно должны быть решены вопросы его крепления. Холодильник кроме своей функции охлаждения масла во время работы двигателя должен выполнять функцию прогрева масла горячей водой перед пуском двигателя, чтобы обеспечить снижение потерь на трение и адекватные условия смазки подшипников в начальной стадии работы двигателя. Иногда применяются холодильники воздушно – масляные, но они не обеспечивают предпускового прогрева масла.
Очевидно, что фильтры масла должны обеспечивать эффективную его очистку при указанном повышенном количестве циркулирующего масла и в новых условиях, которые создаются применением наддува. Во многих случаях на двигателях с наддувом применяют дополнительные фильтры масла, которое проходит через узел турбокомпрессора. Схема такой системы показана на рис. 5.32. Загрязнителями масла в ТК являются прежде всего примеси в воздухе, проходящем через компрессор.
Р
ис.5.32.
Схема системы с дополнительным
холодильником масла.
Другой конструкцией фильтра является схема Volvo, где в одном агрегате соединены как функции фильтрации масла, так и функции его охлаждения (рис. 5.33).
Как показано на рисунке, охлаждающая вода входит в радиатор по каналу А, проходит трубки 1 радиатора и удаляется по каналу Б. Масло по каналу В входит в агрегат, проходит между трубок 1 радиатора охлаждения и, пройдя через фильтр 2, направляется к турбокомпрессору по каналу Г.
Рис. 5.33. Комбинированный фильтр – холодильник масла.
В фильтре имеется предохранительный байпасный клапан 3, благодаря которому масло проходит мимо фильтра в случае его чрезмерной загрязнённости и следовательно повышенного гидравлического сопротивления.
В данной главе рассмотрены основные моменты модификации двигателя при применении наддува. Однако, не исследованы вопросы пуска двигателя, изменения впускных и выпускных трубопроводом, вопросы охлаждения наддувочного воздуха. Все эти вопросы будут рассмотрены в следующем разделе.