.jpg/1280px-Overhead_cam_engine_with_forced_oil_lubrication_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
Масляный насос — это деталь двигателя внутреннего сгорания , которая подает моторное масло под давлением к вращающимся подшипникам, скользящим поршням и распределительному валу двигателя. Это смазывает подшипники, позволяет использовать жидкостные подшипники большей производительности , а также способствует охлаждению двигателя.
Помимо своей основной функции смазки, масло под давлением все чаще используется в качестве гидравлической жидкости для привода небольших приводов . Одним из первых заметных применений в этом отношении были гидравлические толкатели в распределительном валу и приводе клапанов. В последнее время все чаще используются натяжители ремня ГРМ или вариаторы для систем изменения фаз газораспределения .
Тип используемого насоса варьируется. Обычно используются шестеренные насосы [1] [2], трохоидные насосы [3] и лопастные насосы [a] . Плунжерные насосы использовались и раньше, но сейчас они используются редко, для небольших двигателей .
Чтобы избежать необходимости заливки , насос всегда монтируется низко: либо погруженным в воду, либо на уровне масла в поддоне. Короткая всасывающая труба с простым сетчатым фильтром доходит до дна поддона.
Для простоты и надежности используются механические насосы, приводимые в движение механическими зубчатыми передачами от коленчатого вала. Снижение скорости насоса выгодно [b] , поэтому обычно насос приводится в действие кулачком ( если он установлен в блоке цилиндров) или распределительным валом, который вращается на половине скорости двигателя. При низком расположении масляного насоса используется почти вертикальный приводной вал, приводимый в движение косозубыми шестернями от распределительного вала. Некоторые двигатели, такие как двигатель Fiat Twin Cam 1964 года, начинались как двигатели с верхним расположением клапанов и масляным насосом, приводимым в действие от обычного распределительного вала в блоке цилиндров . Когда был разработан двигатель с двумя верхними распредвалами, предыдущая конструкция масляного насоса была сохранена, а распределительный вал стал укороченным коротким валом. Даже когда положение распределителя было перенесено с прежнего крепления блока на установку на распределительных валах головки блока цилиндров, привод масляного насоса остался в том же положении, а неиспользуемое положение распределителя теперь было закрыто заглушкой. [4] Небольшие двигатели или скутеры могут иметь внутренние шестеренные насосы, установленные непосредственно на коленчатом валу.
Для надежности редко используют механизм внешнего привода, либо отдельный ременный привод, либо внешние шестерни, хотя насосы с приводом от распределительного вала часто полагаются на тот же ремень ГРМ. Дополнительные отдельные ремни иногда используются там, где во время настройки к двигателям были добавлены насосы с сухим картером.
Электрические масляные насосы не используются, опять же для надежности. Некоторые электрические вспомогательные масляные насосы с турботаймером иногда устанавливаются на двигатели с турбонаддувом . Это второй масляный насос, который продолжает работать после остановки двигателя, подавая охлаждающее масло к горячим подшипникам турбокомпрессора в течение нескольких минут, пока он остывает. [c] Это дополнительные насосы, которые не заменяют основной механический масляный насос.
Электрический насос в качестве основного насоса двигателя снова потребует больших электродвигателей, и, возможно, будет дешевле приводить его в действие непосредственно от двигателя. Например, масляный насос двигателя BMW S65 подает ок. 45 л/мин (литров в минуту) масла при давлении 5,5 бар. [5] Для работы этого насоса потребуется двигатель значительно большей мощности.
Система смазки учитывает необходимость правильной смазки двигателя во время его работы. Правильная смазка двигателя не только снижает трение между движущимися частями, но также является основным методом отвода тепла от поршней, подшипников и валов. Неправильная смазка двигателя приведет к его выходу из строя. Масляный насос проталкивает моторное масло через каналы двигателя, чтобы правильно распределить масло по различным компонентам двигателя. В обычной системе смазки масло вытягивается из масляного картера (масляного поддона на английском языке) через сетчатый фильтр, который удаляет из масла некоторые более крупные частицы мусора. Поток, создаваемый масляным насосом, позволяет маслу распределяться по двигателю. В этой системе масло проходит через масляный фильтр , а иногда и масляный радиатор, прежде чем пройти через масляные каналы двигателя и распылиться для смазки поршней, колец, пружин, стержней клапанов и т. д.
Давление масла, создаваемое в большинстве двигателей, должно составлять около 10 фунтов на квадратный дюйм на каждые 1000 оборотов в минуту (об/мин), достигая максимального значения около 55–65 фунтов на квадратный дюйм. [2]
Местное давление (на шейке коленчатого вала и подшипнике) намного выше, чем 50, 60 фунтов на квадратный дюйм и т. Д. устанавливается предохранительным клапаном насоса и достигает сотен фунтов на квадратный дюйм. Это более высокое давление создается за счет относительных скоростей в футах в секунду (а не непосредственно об/мин или размера шейки) самой шейки коленчатого вала относительно подшипника, ширины подшипника (до ближайшей утечки давления), вязкости масла и температуры, сбалансированных по отношению к зазор подшипника (скорость утечки).
Все, что делает давление насоса, — это «заполняет отверстие» и обновляет масло в кольцевом пространстве быстрее, чем утечка вытеснит его. Вот почему тихоходные двигатели имеют относительно большие шейки при скромном размере насоса и давлении. Низкое давление указывает на то, что утечка из подшипников превышает производительность насоса.
Давление масла на выходе насоса, которое открывает предохранительный клапан, представляет собой просто сопротивление потоку, вызванное зазорами и ограничениями подшипников.
Манометр давления масла, или контрольная лампа, показывает давление только в той точке, где его датчик входит в эту часть системы под давлением, а не везде, не в среднем и не в обобщенном виде о системном давлении.
Несмотря на частое сравнение с теорией гидротехники, это не «закрытая система», в которой давление масла везде сбалансировано и одинаково. Все двигатели представляют собой «открытые системы», поскольку масло возвращается в поддон путем серии контролируемых утечек. Подшипники, наиболее удаленные от насоса, всегда имеют самое низкое давление из-за большого количества утечек между насосом и этим подшипником. Избыточный зазор подшипника увеличивает потерю давления между первым и последним подшипником в серии.
В зависимости от состояния двигатель может иметь приемлемое манометрическое давление и при этом давление на одном шатуне всего 5 фунтов на квадратный дюйм, который выйдет из строя при высокой нагрузке.
Давление фактически создается сопротивлением потоку масла вокруг двигателя. [6] Таким образом, давление масла может меняться во время работы в зависимости от температуры, частоты вращения двигателя и износа двигателя. Более низкая температура масла может привести к более высокому давлению, поскольку масло толще, а более высокие обороты двигателя заставляют насос работать быстрее и проталкивать больше масла через двигатель. Из-за разницы в температуре и более высоких оборотов двигателя при запуске холодного двигателя давление масла при запуске двигателя обычно выше, чем при нормальных рабочих температурах, когда нормальное давление масла обычно составляет от 30 до 45 фунтов на квадратный дюйм. [7] Слишком высокое давление масла может создать ненужную работу для двигателя и даже привести к попаданию воздуха в систему. Чтобы гарантировать, что давление масла не превышает номинального максимума, как только давление превышает заданный предел, подпружиненный предохранительный клапан сбрасывает избыточное давление либо на сторону всасывания насоса, либо непосредственно обратно в масляный поддон или бак.
В результате слишком высокого давления масла передние или задние главные уплотнения двигателя взорвутся или выбьются масляные пробки. Другими словами, любой возможный вход в картер, каким-либо образом загерметизированный, может быть прорван. Высокое давление масла часто означает чрезвычайно высокое давление при холодном пуске, но это скорее конструктивный недостаток, чем автоматическое следствие высокого давления. Наблюдение «если вы поднимете максимальное давление, холодное давление станет слишком высоким» является точным, но не преднамеренным.
Даже стандартные насосы (независимо от марки и модели) не имеют достаточной пропускной способности предохранительного клапана: предохранительное отверстие слишком мало, чтобы справиться с объемом холодного масла. Вот почему существует значительная разница между холодным и горячим маслом, высокими и низкими оборотами и т. д., но обычно это не проблема для стандартных двигателей из-за упомянутого выше подпружиненного предохранительного клапана. Правильно спроектированное разгрузочное отверстие (которого нет в серийных двигателях) пропускает любой объем масла, через который проходят шестерни, независимо от вязкости или температуры масла, а показания манометра будут изменяться лишь незначительно.
Давление масла контролируется датчиком давления масла, обычно установленным на блоке двигателя. Это может быть либо подпружиненный датчик давления, либо электронный датчик давления, в зависимости от типа передающего устройства. Проблемы с блоком передачи давления масла или соединениями между ним и дисплеем водителя могут привести к ненормальным показаниям давления масла, хотя давление масла вполне приемлемо.
Причин низкого давления масла всего четыре:
Низкое давление масла может привести к повреждению двигателя. Первое, что выйдет из строя, это подшипники держателя кулачка, если автомобиль имеет верхний распределительный вал, поскольку он подается через ограничитель, и низкое давление приведет к лишению смазки верхней части двигателя. Если поршни имеют жиклеры на головке (например, Scania), это может привести к защемлению поршня/втулки. Также могут заклинить коленчатый вал и шатунные подшипники. Признаками низкого давления масла могут быть горение контрольной лампы, низкое значение давления на манометре или стук/звенящий шум двигателя. Низкое давление масла — это проблема, которую необходимо решать немедленно, чтобы предотвратить серьезную поломку.
Основной причиной низкого давления масла в двигателе является износ жизненно важных частей двигателя. Со временем подшипники и уплотнения двигателя изнашиваются. Износ может привести к тому, что эти детали со временем потеряют свои первоначальные размеры, а увеличенный зазор со временем позволяет пропускать больший объем масла, что может значительно снизить давление масла. Например, износ коренных подшипников двигателя на 0,001 дюйма может привести к потере давления масла до 20%. [6] Простая замена изношенных подшипников может решить эту проблему, но в старых двигателях с сильным износом мало что можно сделать, кроме полного капитального ремонта двигателя.
Частицы в масле также могут вызвать серьезные проблемы с давлением масла. После того, как масло проходит через двигатель, оно возвращается в масляный поддон и может унести с собой много мусора. Мусор может вызвать проблемы с сеткой маслозаборника и самим масляным насосом. Размер отверстий в сетке маслозаборника составляет около 0,04 квадратных дюймов (0,26 см 2 ). [6] Отверстия такого размера собирают только более крупные куски мусора и пропускают через себя множество более мелких кусков. Отверстия в сетке настолько велики (по сравнению с мусором), потому что при низких температурах и низких оборотах двигателя масло очень вязкое и для свободного вытекания требуются большие отверстия. Даже с такими большими отверстиями в сетке оно все равно может засориться и вызвать низкое давление масла. Покрытие экрана толщиной 0,005 дюйма (0,13 мм) может уменьшить размер отверстий примерно до 0,03 квадратных дюйма (0,19 см 2 ), что, в свою очередь, снижает поток масла на 44 процента. [6]
Даже после прохождения маслоприемника и масляного фильтра в масле могут оставаться загрязнения. Очень важно менять масло и масляный фильтр, чтобы свести к минимуму количество мусора, проходящего через двигатель. Этот вредный мусор вместе с нормальным износом двигателя в двигателях с большим пробегом приводит к увеличению зазоров между подшипниками и другими движущимися частями.
Низкое давление масла может быть связано просто с тем, что в поддоне недостаточно масла, из-за горения масла (обычно вызванного износом поршневых колец или изношенных уплотнений клапанов) или утечки. Поршневые кольца служат для герметизации камеры сгорания, а также удаления масла с внутренних стенок цилиндра. Однако по мере их износа их эффективность падает, в результате чего во время сгорания на стенках цилиндров остается масло. В некоторых двигателях сжигание небольшого количества масла является нормальным явлением и не обязательно должно вызывать тревогу, тогда как большой расход масла является признаком того, что двигателю может потребоваться капитальный ремонт.
Не все двигатели имеют одинаковые потребности в смазке. Например, высокопроизводительные двигатели создают более высокую нагрузку на систему смазки. В этом случае система смазки должна быть особенно прочной, чтобы предотвратить повреждение двигателя. [2] Большинство двигателей сегодняшних дорожных автомобилей не работают со скоростью выше 5000–6000 об/мин, но это не всегда так в высокопроизводительных двигателях, где частота вращения двигателя может достигать 8000–9000 об/мин. В таких двигателях крайне важно, чтобы масло циркулировало достаточно быстро, иначе в масле может попасть воздух. Кроме того, чтобы высвободить мощность, некоторые двигатели, предназначенные для повышения производительности, используют масло меньшего веса, что требует меньше энергии для работы масляного насоса. Сегодня в двигателях обычно используется масло 5W-30 или 10W-30, тогда как в высокопроизводительных двигателях может использоваться масло 0W-20, которое менее вязкое. [8]
Обычные двигатели с мокрым картером имеют один масляный насос. Обычно он расположен внутри нижней части двигателя, обычно ниже и/или сбоку от коленчатого вала. На двигателях с сухим картером требуется как минимум два масляных насоса: один для создания давления и распределения масла по компонентам двигателя, и как минимум еще один «продувочный насос» для откачки масла, скопившегося в нижней части двигателя. [9] Этот продувочный насос иногда (но не всегда) располагается в «отстойнике» двигателя, и, что особенно важно, производительность этого продувочного насоса должна превышать производительность насоса, который создает давление и распределяет масло по двигателю.
Из-за внешнего масляного резервуара с сухим картером лишний воздух может выйти из масла до того, как масло будет прокачено обратно через двигатель. Сухие картеры также позволяют увеличить мощность, поскольку они уменьшают парусность , попадание масла во вращающийся узел, а вакуум от продувочного насоса улучшает кольцевое уплотнение. [10] Сухой картер более популярен в гоночных автомобилях из-за повышенной мощности и уменьшения выплескивания масла, которое в противном случае привело бы к снижению давления масла. Недостатками сухого картера являются увеличенный вес, дополнительные детали и большая вероятность возникновения утечек и проблем.
