Система воздушного охлаждения
В системе воздушного охлаждения избыточное тепло отводится от наружной поверхности двигателя направленным потоком воздуха. Основными элементами системы воздушного охлаждения являются осевой вентилятор 1 (рис. 2.27) с направляющим аппаратом 2, направляющий кожух (дефлектор) 3, отражатели 6 и 7, привод вентилятора, охлаждающие ребра цилиндров 4 и головок 5 цилиндров.
Рис. 2.27. Система воздушного охлаждения
При работе двигателя воздух поступает к вентилятору через направляющий аппарат, а затем нагнетается под кожух. От кожуха воздушный поток с большой скоростью направленно подается к цилиндрам и головкам, проходит между ребрами и охлаждает нагретые узлы.
Двигатели воздушного охлаждения по сравнению с двигателями жидкостного охлаждения имеют меньшие габариты и массу на единицу мощности, проще в обслуживании, у них отсутствует опасность разрушения от замерзания, однако температурный режим большинства основных деталей двигателя напряженный, среднее эффективное давление и литровая мощность ниже. Двигатели воздушного охлаждения имеют повышенный шум.
Система смазки Назначение и классификация систем смазки
Система смазки предназначена для подачи смазочных материалов к трущимся поверхностям деталей двигателя с целью уменьшения трения и износа, для охлаждения деталей, очистки их от нагара и продуктов износа, защиты от коррозии. Кроме того, смазка способствует герметичности соединения цилиндра с поршнем. Наименьшее трение и износ поверхностей будут при жидкостном трении, поэтому конструктивные формы сопряженных деталей двигателя и системы их смазки должны быть таковы, чтобы обеспечивать в наибольшей степени жидкостное трение. Условия смазки отдельных
80
деталей двигателя различны. Некоторые детали (шатунные и коренные подшипники коленчатого вала) находятся под воздействием больших нагрузок, но при сравнительно низкой температуре (100-150° С) и поэтому допускают жидкостное трение. Другие детали (поршни, гильзы, выпускные клапаны) находятся под воздействием не только значительных нагрузок, но и высоких температур (до 1000° С), что не позволяет обеспечить жидкостное трение из-за возможности возникновения нагарообразования. Поэтому указанные детали работают в условиях полужидкостного и даже сухого трения.
В зависимости от способа подачи масла к узлам трения различают следующие типы систем смазки: 1) разбрызгиванием, 2) под давлением, 3) комбинированную.
При системе смазки разбрызгиванием масло, находящееся в картере, во время вращения коленчатого вала разбрызгивается нижними головками шатунов. Частицы масла, дробясь на мельчайшие капельки или в виде масляного тумана, попадают на места смазки либо непосредственно, либо по каналам, подведенным к местам сопряжения. Смазка разбрызгиванием наиболее проста, но ее интенсивность уменьшается по мере снижения уровня масла в картере и снижения частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, отсутствие направленной циркуляции масла не позволяет очищать масло от примесей путем пропуска его через фильтр. Система смазки разбрызгиванием применяется только в пусковых двигателях, работающих непродолжительное время.
Система смазки под давлением обеспечивает непрерывную подачу масла к поверхности трения с помощью насоса. При этом виде смазки к трущимся поверхностям подается необходимое количество масла и обеспечивается его интенсивная циркулярция. Недостатком системы смазки под давлением является ее чрезмерная конструктивная сложность. Наиболее распространена в современных двигателях комбинированная система смазки, при которой наиболее нагруженные поверхности (коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала и т. п.) смазываются маслом под давлением, а менее нагруженные – разбрызгиванием.
Комбинированная система смазки
Комбинированные системы смазки в зависимости от места нахождения основного количества масла подразделяются на системы: с мокрым картером (картер заполнен маслом) и с сухим картером (картер без масла). Во втором случае масло находится в специальных баках, расположенных внутри картера или вне его. Система смазки с сухим картером применяется в высокооборотных двигателях вследствие сильного пенообразования масла, если оно находится в картере, а также в двигателях, которые устанавливаются на машинах, рассчитанных на работу при больших углах подъема. В большинстве автотракторных двигателей применяется комбинированная система смазки с мокрым картером, устройство и работа которой показана на рис. 2.28.
81
Рис. 2.28. Комбинированная система смазки двигателя:
а – общий вид; б – узел подвода масла к валу коромысел; в – узел смазки втулки и пятки коромысла и наконечника штока; г – шатунный подшипник в
момент впрыска масла на стенки цилиндра
Циркуляция масла в системе создается двухсекционным шестеренчатым насосом 3, в который масло поступает из картера через маслоприемник 16. Верхняя секция насоса подает масло через канал 4 в корпус масляных фильтров. Весь поток масла проходит через фильтр грубой очистки 6, где очищается от механических примесей. Далее часть потока масла (20-25%) направляется в фильтр тонкой очистки 7, где очищается от мельчайших примесей и сливается в поддон картера. Основной же поток масла из фильтра грубой очистки направляется в распределительную камеру 5, откуда поступает в два магистральных канала 10 и 15, идущих вдоль блока цилиндров.
Правый магистральный канал 15 предназначен для подвода масла к правому ряду толкателей клапанов и смазки компрессора 8, после чего масло по трубке 12 сливается в поддон картера. Левый магистральный канал служит для смазки левого ряда толкателей клапанов и коренных подшипников коленчатого вала. От коренных подшипников масло, очищенное в ловушках 14, по каналам подводится к подшипникам распределительного вала и по сверлениям в коленчатом валу – к шатунным подшипникам. В теле шатунов имеются отверстия 19. В момент совмещения отверстий 19 со сверлениями в шейках коленчатого вала масло выпрыскивается на стенки цилиндров. Масло, снимаемое со стенок цилиндров маслосъемными кольцами, смазывает поршневые пальцы, после чего отводится внутрь поршня.
Для смазки втулок коромысел в средней шейке распределительного вала выполнено сверление, которое периодически соединяется с каналом 9 подвода масла к средней стойке осей коромысел 17, далее масло поступает во внутреннюю полость оси 18 коромысел и затем к соответствующим втулкам
82
коромысел, сферическим опорам штанг, клапанам и механизмам поворота клапанов. По каналам 11 и сверлению в передней шейке распределительного вала масло поступает к упорному фланцу и далее на распределительные шестерни. Нижняя секция насоса через кран 2 и канал 1 подает масло в масляный радиатор 20, откуда охлажденное масло по трубопроводу 13 поступает в картер двигателя. При включенном масляном радиаторе температура масла в картере не превышает 80–90° С.
Таким образом, в рассмотренной системе смазки под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала, опоры валика привода прерывателя-распределителя и валика масляного насоса, толкатели и втулки коромысел и компрессор. Остальные детали двигателя смазываются разбрызгиванием или при движении масла самотеком.
Основные элементы системы смазки
Масляный насос предназначен для подачи масла под давлением к трущимся деталям и к приборам очистки и охлаждения масла. Наиболее распространены в автотракторных двигателях одно- и двухсекционные шестеренчатые насосы с внешним зацеплением шестерен. Они отличаются простотой устройства, малыми габаритами, надежностью работы и равномерностью подачи масла.
Односекционный шестеренчатый насос (рис. 2.29) состоит из ведущей 5 и ведомой 2 шестерен, расположенных в корпусе 4. Ведущая шестерня закреплена с помощью шпонки на валу, который вращается от распределительного вала. Ведомая шестерня свободно вращается на оси, запрессованной в корпусе. При работе насоса масло проходит в полость корпуса по трубопроводу 6, захватывается зубьями шестерен и поступает в трубопровод 3 под давлением (рис. 2.29, а). Для предохранения системы смазки от чрезмерного повышения в ней давления масла в насосе установлен редукционный клапан 1, который регулируется на давление 0,25–0,3 МПа. При срабатывании клапана масло вновь перекачивается во всасывающую полость насоса (рис. 2.29, б).
Рис. 2.29. Схема работы шестеренчатого насоса при допустимом (а) и при повышенном (б) давлении в системе
Двухсекционные насосы имеют две секции, в каждой из которых расположена пара шестерен. Устройство и работа каждой секции не отличаются от устройства и работы односекционного насоса. Двухсекционные насосы применяются в том случае, когда в системе смазки установлены масляный
83
радиатор и фильтр центробежной очистки масла. В этом случае основная (верхняя) секция подает масло в систему смазки, а дополнительная (нижняя) – в масляный радиатор (ЯМЗ, ЗИЛ-130) или в фильтр центробежной очистки масла (ГАЗ-53А и ГАЗ-66).
Масляные фильтры очищают масло от посторонних примесей и осадков. Фильтры могут быть разделены на две группы – фильтры грубой очистки и фильтры тонкой очистки. Фильтры грубой очистки очищают масло от крупных частиц (0,04–0,07 мм) механических примесей. Они устанавливаются между масляным насосом и магистральными каналами и через них пропускается весь поток масла. Фильтры грубой очистки должны обладать высокой пропускной способностью, т. е. малым сопротивлением фильтрующего элемента, который выполняется пластинчато-щелевым или ленточно-щелевым.
Пластинчато-щелевой фильтр состоит из корпуса 1 (рис. 2.30, а), фильтрующего элемента, отстойника 8, спускной пробки 9 и перепускного клапана. Фильтрующий элемент состоит из большого числа фильтрующих стальных пластин (дисков) 4 толщиной 0,35 мм, чередующихся с промежуточными пластинами (звездочками) 6 толщиной 0,08 мм. Эти пластины надеваются на стержень 10 прямоугольного сечения и сжимаются с помощью гайки и контргайки. Между дисками 4 существует зазор 0,07–0,08 мм, достаточный для прохода масла. Нижняя пластина надета на три стержня 11 и стойку 5 квадратного сечения, которые ввернуты в корпус 1 фильтра. На стойку 5 надеваются также очищающие пластины 7 толщиной 0,06 мм, которые входят в зазоры между фильтрующими пластинами. При повороте стержня 10 за рукоятку 12 пластины 7 очищают зазоры от накопившейся грязи и сбрасывают ее в отстойник, откуда она удаляется через сливную пробку 9.
Рис. 2.30. Масляные фильтры:
а – фильтр грубой очистки; б – фильтр тонкой очистки
84
Масло, нагнетаемое насосом, поступает по каналу 3 внутрь фильтра, проходя между зазорами фильтрующего элемента, очищается от механических примесей и по каналу 2 поступает в систему смазки. Каналы 2 и 3 соединены между собой отверстием, в котором размещен шарик 14 перепускного клапана. При повышенной вязкости или загрязненности масла давление в канале 3 значительно повышается. Под его действием шарик 14 отжимает пружину 13 и пропускает масло в главную масляную магистраль, минуя фильтр.
Фильтры тонкой очистки масла очищают масло от мельчайших примесей (до 0,01 мм) и смол. Устанавливаются они параллельно главной масляной магистрали и, обладая высоким сопротивлением фильтрующего элемента, пропускают 10–15% масла подаваемого насосом.
Такой фильтр состоит из корпуса 15 (рис. 2.30, б), одновременно являющегося отстойником, крышки 16, фильтрующего элемента 19, надетого на центральную трубу 18, в которой имеются калиброванные отверстия. Крышка прижимается к корпусу болтом 17, который ввертывается в трубу 18. Для слива отстоя в корпусе имеется отверстие с пробкой 23. Фильтрующий элемент состоит из набора фигурных картонных дисков 20 и пластин 22. Сверху и снизу фильтрующий элемент закрывается металлическими крышками и стягивается планками. При работе двигателя масло поступает в фильтр через маслопровод 24 и стекает по стенкам вниз, где крупные частицы осаждаются. Далее масло проходит сквозь фильтрующий элемент и через калиброванные отверстия в трубе 18 выходит по маслопроводу 21 в поддон картера.
В последнее время в качестве фильтров тонкой очистки широко применяются центробежные фильтры (центрифуги), ротор которых вращается с частотой 6000–7000 об/мин. Фильтр центробежной очистки масла с реактивным приводом (рис. 2.31) состоит из корпуса 9, в который ввернута ось 4 ротора 8 с колпаком 5 и прокладкой 6, и кожуха 2, укрепленного на оси гайкой-барашком 1. Ротор свободно вращается на оси на двух бронзовых втулках и упорном подшипнике 11. Под фланец кожуха 2 поставлена резиновая прокладка 7. В оси 4 имеются отверстия для прохода масла внутрь ротора. В верхней части корпуса ротора установлен сетчатый фильтр 3, а в нижней – ввернуты два жиклера 10, выходные отверстия которых направлены по касательной в противоположные стороны. Масло очищается под действием центробежных сил, возникающих при вращении ротора. Из насоса масло поступает в. полую ось 4 ротора и через отверстия в оси и каналы ротора попадает в его полость под колпаком 5. Затем масло поступает через сетчатый фильтр 3 в кольцевой колодец и с большой скоростью выбрасывается через жиклеры 10, создавая реактивный момент к приводя ротор во вращение. При вращении ротора частицы, загрязняющие масло, отбрасываются к стенкам колпака ротора, образуя на них осадок. Очищенное масло протекает через сетку, колодец и жиклеры. Центробежный масляный фильтр включается в систему смазки параллельно при наличии фильтра грубой очистки и последовательно при его отсутствии.
85