Метод смазки двигателя внутреннего сгорания маслом, находящимся в отдельном резервуаре
Схематическая диаграмма базовой системы смазки двигателя с сухим картером. Масло собирается в поддоне (1), непрерывно откачивается откачивающим насосом (2) и поступает в масляный бак (3), где газы, захваченные маслом, отделяются, и масло охлаждается. Газы (6) возвращаются в поддон двигателя. Нагнетательный насос (4) нагнетает дегазированное и охлажденное масло (5) обратно в точки смазки двигателя (7).
Система с сухим картером — это метод управления смазочным моторным маслом в четырехтактных и больших двухтактных поршневых двигателях внутреннего сгорания . Система с сухим картером использует два или более масляных насоса и отдельный масляный резервуар, в отличие от обычной системы с мокрым картером , которая использует только главный картер (США: масляный поддон) под двигателем и один насос. Двигателю с сухим картером требуется предохранительный клапан для регулирования отрицательного давления внутри двигателя, поэтому внутренние уплотнения не инвертируются.
Сухие картеры распространены на более крупных дизельных двигателях , таких как те, которые используются на судах, а также бензиновых двигателях, используемых в гоночных автомобилях , пилотажных самолетах , высокопроизводительных персональных водных судах и мотоциклах. Смазка с сухим картером может быть выбрана для этих применений из-за повышенной надежности, емкости масла, снижения масляного голодания при высоких перегрузках и/или других технических или эксплуатационных причин. Системы с сухим картером могут не подходить для всех применений из-за повышенной стоимости, сложности и/или объема, среди прочих факторов.
Дизайн
Двигатели смазываются и охлаждаются маслом, которое циркулирует по всему двигателю, питая различные подшипники и другие движущиеся части, а затем сливается под действием силы тяжести в поддон у основания двигателя. В системе с мокрым картером почти всех серийных автомобильных двигателей масло, которое не циркулирует активно, хранится в поддоне, который достаточно велик для этой цели. Насос собирает масло из поддона и напрямую прокачивает его обратно через двигатель. В системе с сухим картером масло все равно падает в основание двигателя, но в гораздо более мелкий поддон, где один или несколько откачивающих насосов откачивают его и перекачивают в (обычно внешний) резервуар, где оно охлаждается и деаэрируется перед рециркуляцией через двигатель с помощью нагнетательного насоса. Поддон в системе с сухим картером на самом деле не сухой; он все еще влажный от масла, сливаемого из двигателя. Резервуар обычно высокий и узкий, специально спроектирован с внутренними перегородками и выпускным отверстием (подачей) масла в самом низу для беспрепятственной подачи масла даже во время плескания.
Работа сухого насоса состоит из нагнетательной ступени и продувочной ступени. Хотя термин «ступени» обычно используется для описания работы нескольких насосов, они обычно работают параллельно, а не последовательно, как может подразумеваться в этом термине. Нагнетательная ступень забирает масло со дна резервуара и пропускает его через фильтр в сам двигатель. [1] Регулируемый регулятор давления обеспечивает поддержание стабильного давления масла при различных оборотах двигателя. Для системы с сухим картером требуется не менее двух насосов — один нагнетательный и один продувочный — а иногда используется до четырех или пяти продувочных насосов, чтобы минимизировать количество масла в двигателе. Нагнетательный насос и продувочные насосы часто устанавливаются на общем коленчатом валу, так что один шкив в передней части системы может управлять таким количеством насосов, которое требуется конструкцией двигателя. Обычной практикой является наличие одного продувочного насоса на секцию картера ; Однако в случае перевернутых двигателей (обычно авиационных двигателей ) необходимо использовать отдельные продувочные насосы для каждого ряда цилиндров . Поэтому перевернутый V-образный двигатель будет иметь минимум два продувочных насоса и нагнетательный насос в насосном стеке .
Системы с сухим картером могут быть опционально спроектированы для поддержания давления в картере двигателя ниже атмосферного (вакуум), путем герметизации картера и предоставления возможности откачивающим насосам откачивать как масло, так и газы. [1] [2] Равновесное давление будет достигнуто, когда скорость поступления газов в картер (картерные газы мимо поршневых колец, а также утечки воздуха и масляные пары) будет равна скорости удаления газа из производительности откачивающего насоса сверх того, что требуется для удаления только масла. В качестве альтернативы, картер может поддерживаться на уровне, близком к атмосферному, путем отвода его в масляный резервуар, который, в свою очередь, отводится в воздухозаборник двигателя или в наружный воздух.
Преимущества
Система с сухим картером предлагает много преимуществ по сравнению с мокрым картером. Основные преимущества включают: [1] [3] [4]
Предотвращение масляного голодания двигателя при высоких перегрузках , когда масло плещется, что повышает надежность двигателя. Большинство двигателей могут быть повреждены даже кратковременным масляным голоданием. Вот почему были изобретены сухие картеры, и они особенно ценны в гоночных автомобилях, высокопроизводительных спортивных автомобилях и пилотажных самолетах , которые регулярно испытывают высокие ускорения. Плеск масла происходит и в системах с сухим картером, но гораздо проще спроектировать удаленный резервуар, который выдерживает большие объемы плескания, будучи высоким и узким, и имея большие перегородки.
Увеличенная емкость для масла за счет использования большого внешнего резервуара, что было бы непрактично в системе с мокрым картером.
Улучшенный контроль температуры масла. Это достигается за счет увеличения объема масла, обеспечивающего устойчивость к насыщению теплом, размещения масляного резервуара вдали от горячего двигателя и возможности включения охлаждающих возможностей между насосами откачки и масляным резервуаром, а также внутри самого резервуара.
Улучшенное качество масла. Когда масло плещется о коленчатый вал и другие вращающиеся на высокой скорости детали, это вызывает «ураган, который взбивает масло в двигателе с мокрым картером в аэрированную пену, как молочный коктейль в блендере». [5] Аэрированное масло защищает компоненты двигателя гораздо менее эффективно. Система с сухим картером минимизирует аэрацию масла, а также гораздо более эффективно деаэрирует масло, перекачивая его сначала в удаленный резервуар.
Увеличение мощности двигателя. В двигателе с мокрым картером плеск масла на вращающихся деталях вызывает существенное вязкое сопротивление , которое создает паразитную потерю мощности . [5] [6] Система с сухим картером удаляет масло из картера, вместе с возможностью такого вязкого сопротивления. Более сложные системы с сухим картером могут откачивать масло из других областей, где может скапливаться масло, например, в клапанном механизме. Мощность может быть дополнительно увеличена, если система с сухим картером спроектирована так, чтобы создавать вакуум внутри картера, что также уменьшает сопротивление воздуха (или « ветровое сопротивление ») на движущихся частях.
Улучшенная эффективность насоса для поддержания подачи масла в двигатель. Поскольку откачивающие насосы обычно устанавливаются в самой низкой точке двигателя, масло поступает в впускной патрубок насоса под действием силы тяжести, а не поднимается в впускной патрубок насоса, как в мокром картере. Кроме того, откачивающие насосы могут иметь конструкцию, которая более устойчива к захваченным газам, чем типичный нагнетательный насос, который может потерять всасывание, если в масло попадет слишком много воздуха. Поскольку нагнетательный насос обычно находится ниже внешнего масляного бака, он всегда имеет положительное давление на всасывании независимо от угловых сил. [7]
Расположение насосов снаружи двигателя упрощает их обслуживание и замену.
Недостатки
Двигатели с сухим картером имеют ряд недостатков по сравнению с двигателями с мокрым картером, в том числе: [1] [8] [9] [10]
Системы с сухим картером увеличивают стоимость, сложность и вес.
Дополнительные насосы и трубопроводы в двигателях с сухим картером требуют дополнительного масла и обслуживания.
Большой внешний резервуар и насосы может быть сложно разместить вокруг двигателя и внутри моторного отсека из-за их размера.
Поскольку поршневые пальцы и поршни зависят от масла, разбрызгиваемого в картере для смазки и охлаждения соответственно, эти детали могут иметь недостаточную смазку, если насос забирает слишком много масла. Установка поршневых масленок может обойти эту проблему, но это сопряжено с дополнительными расходами и сложностью для двигателя. [10]
Недостаточная смазка верхнего клапанного механизма также может стать проблемой, если из этой области выводится слишком много паров масла, особенно в случае многоступенчатых насосов. [10]
Распространенные применения двигателей
Сухие картеры распространены на более крупных дизельных двигателях, таких как те, которые используются для движения судов, в основном из-за повышенной надежности и удобства обслуживания. Они также широко используются в гоночных автомобилях и пилотажных самолетах из-за проблем с перегрузками , надежной подачей масла, выходной мощностью и управляемостью транспортного средства. Chevrolet Corvette Z06 имеет двигатель с сухим картером, который требует первоначальной замены масла после 500 миль.
В число моделей мотоциклов, в которых используются сухие картеры, входят:
Классические британские мотоциклы с параллельными твинами , такие как BSA , Triumph и Norton , все использовали смазку с сухим картером. Традиционно масляный бак был удаленным элементом, но некоторые поздние модели BSA и Meriden Triumphs использовали конструкцию «масло в раме».
Triumph Rocket 3 — рядный трехцилиндровый двигатель с водяным охлаждением, DOHC.
Мотоцикл Yamaha TRX850 270-градусный параллельный твин имеет двигатель с сухим картером. Его масляный резервуар не вынесен, а встроен в двигатель, расположенный над коробкой передач. Такая конструкция исключает внешние масляные линии, что упрощает снятие двигателя и обеспечивает более быстрый прогрев масла.
В моделях Yamaha XT660Z (и R/X) используется конструкция с сухим картером, в которой трубы рамы мотоцикла используются в качестве масляного резервуара и системы охлаждения [11]
В Yamaha SR400/500 используется конструкция с сухим картером, в которой трубы рамы мотоцикла одновременно служат масляным резервуаром и системой охлаждения. [12]
Компания Harley-Davidson использует в своих двигателях системы смазки с сухим картером с 1930-х годов.
