Під час роботи двигуна внутрішнього згоряння відбувається взаємне переміщення рухомих з’єднань деталей механізмів і систем, яке супроводжується тертям і втратою енергії. Тертя — основна причина їх нагрівання і спрацювання. Тертя буває рідинним, напіврідинним і граничним. Рідинним називається тертя, коли масляна плівка повністю розділяє деталі. Якщо масляний шар зруйнується і в окремих місцях тертьові поверхні дотикаються одна до одної, то таке тертя називають напіврідинним. За певних умов масло може бути повністю витиснене із зазора, і на поверхні деталей залишається лише дуже тонка плівка. Таке тертя називають граничним. Сухе тертя — це коли робочі поверхні деталей абсолютно сухі і дотикаються одна до одної. При цьому йде руйнування мікровиступів з’єднаних поверхонь, витрачається значна енергія і виділяється теплота.
Шар масла між тертьовими деталями не тільки зменшує їх спрацювання і втрати енергії на тертя, але й ущільнює зазори, вимиває з них продукти спрацювання, охолоджує деталі і захищає їх від корозії.
Система мащення забезпечує безперервну подачу масла до всіх деталей механізмів і систем, між якими в процесі роботи виникає інтенсивне тертя.
Існують такі способи подачі масла на тертьові поверхні деталей:
На сучасних тракторних і автомобільних двигунах застосовується комбінована система мащення, яка забезпечує під тиском мащення корінних і шатунних підшипників колінчастого вала, підшипників розподільного вала, валиків і коромисел клапанів. Циліндри, поршні, розподільні шестерні та інші деталі змащуються розбризкуванням. Штанги, поверхні штовхачів і кулачків розподільного вала змащуються самопливом. Комбінована система мащення працює так. Через маслозаливну горловину 16 масло заливається в піддон картера, який є резервуаром для масла. Рівень масла в піддоні картера заміряють масломірною лінійкою, на якій є дві мітки, позначені буквами «П» і «Н» або без них. Рівень масла повинен бути в межах цих міток. З піддона картера масло зливається через отвір, який закривається різьбовою пробкою 17.
При роботі дизеля обертання від колінчастого вала через проміжну шестерню передається на шестерні масляного насоса 2. Шестерні насоса обертаються, утворюючи в натрубці від масляного насоса до маслоприймача 18 розрідження. Під дією розрідження масло надходить з піддона картера через маслоприймач до шестерень насоса. У маслоприймачі здійснюється попереднє очищення масла.
Шестернями насоса масло нагнітається і подається під тиском по каналу до масляного фільтра 6. Якщо фільтр не працює або забитий канал, то тиск масла в каналі підвищується; кулька редукційного клапана 3 стискує пружину, і масло через редукційний клапан надходить знову в піддон картера. Якщо фільтр діє, то він очищає масло від металевих і мінеральних часточок (тонка очистка масла).
Після фільтра масляний потік розділяється на дві частини: більша частина масла по трубопроводу потрапляє до масляного радіатора 8, а менша для приведення в дію фільтра — стікає в піддон картера.
При нормальному температурному режимі двигуна масло в радіаторі охолоджується і надходить в головний масляний канал. Якщо трубки радіатора забиті або зростає опір проходженню масла в холодний період року через його надмірну в’язкість, то редукційний клапан 7 спрацьовує і перепускає масляний потік повз радіатор в головний масляний канал.
Від головного масляного каналу по внутрішніх каналах і отворах в блок-картері масло надходить під тиском для мащення підшипників проміжної шестерні 5, корінних шийок колінчастого вала 15, опорних шийок розподільного вала 10, валика коромисел 12. По внутрішніх каналах у щоках і корінних шийках колінчастого вала масло потрапляє до порожнин шатунних шийок і підшипників. У деяких двигунів масло по отворах у стержні шатуна надходить для мащення поршневого пальця і підшипника верхньої головки шатуна. Тиск масла в головному каналі вимірюється манометром 11, встановленому на щитку приладів в кабіні трактора. При підвищенні тиску в головному каналі спрацьовує редукційний клапан 9.
В порожнинах шатунних підшипників під дією відцентрових сил масло очищається від сторонніх домішок, які осідають на стінці порожнини у вигляді спресованої маси. Маса з порожнин видаляється при капітальному ремонті двигуна. Для мащення валика коромисел масло пульсуючим потоком йде по каналах в блоці і головці блока, проходить радіальний отвір в опорній шийці розподільного вала і через отвір каналу головки блока потрапляє до пустотілого стояка валика коромисел, потім по отворах — у порожнину валика, а звідти через отвори надходить до втулок коромисел і від них — до регулювальних гвинтів і штанг.
Масло, яке витискується із підшипників валика коромисел, розбризкується коромислами, і в об’ємі між головкою блока і кришкою головки блока утворюється масляний туман. Масляним туманом змащуються зовнішні поверхні деталей, які розташовані в цьому об’ємі, штанги і поверхні головки блока та її кришки. Масло, яке витісняється із підшипників розподільного і колінчастого валів у вигляді краплин, повертається в піддон картера. Краплини масла зустрічаються з колінчастим валом, який обертається, і розбиваються ним до туманоподібного стану. Масляним туманом, утвореним в картері, змащуються зовнішні поверхні колінчастого і розподільного валів, штовхачі, штанги, шатуни, гільзи циліндрів, поршні і поверхні блок-картера.
Циркуляція масла в системі створюється масляним насосом і здійснюється таким чином.
Масляний насос 3 через маслозабірник 2 із грубим сітчастим фільтром засмоктує масло з піддона 1. Основна нагнітаюча секція 29 масляного насоса по нагнітальному трубопроводі, розташованому усередині двигуна, по вертикальному каналу в картері і похилому каналі в правому блоці подає масло до масляної центрифуги 10. Тут частина масла витрачається для обертання ротора центрифуги і після цього зливається в піддон через передбачену для цього литу порожнину на фланці блок-картера. Інша частина масла після очищення в центрифузі направляється по каналах блока-картера в головну масляну магістраль 8, що являє собою просвердлений уздовж правого блоку канал діаметром 17 мм. З головної магістралі масло надходить до всіх основних деталей і вузлів, що змащуються під тиском.
Похилими каналами 9 у поперечних перегородках блок-картера масло з головної магістралі надходить у вертикальні канали 18, що йдуть від корінних підшипників до відповідних підшипників розподільного вала. Вертикальні канали східчасті, з боку підшипників розподільного вала їх прохідний переріз зменшений, тому велика частина масла направляється до корінних підшипників колінчастого вала.
Частина масла, що попадає на корінні підшипники, з канавок вкладишів надходить по отворах 36 і 37 колінчатого вала в порожнини шатунних шийок. Для стійкої безупинної подачі масла до шатунних шийок отвори в корінних шийках виконані наскрізними.
У порожнинах 30 шатунних шийок масло піддається центрифугуванню. Тверді частки, що знаходяться в маслі, під дією відцентрових сил відкидаються до стінок порожнини, а очищене масло через маслозабірні трубки, кінці яких заглиблені ближче до осі шийки, виходить на поверхні підшипників.
Для змащення шатунних підшипників першого і четвертого циліндрів масло підводиться від першого корінного підшипника, для змащення шатунних підшипників другого і п’ятого циліндрів — від другого корінного підшипника і для змащення шатунних підшипників третього і шостого циліндрів — від четвертого корінного підшипника.
Від шатунних підшипників по каналу 35 у стержнях шатунів масло подається до втулок верхніх головок шатунів.
Масло, яке витікає через зазори корінних і шатунних підшипників, з підшипників розподільного вала і втулок верхніх головок шатунів, розбризкується обертовими деталями і змащує інші тертьові поверхні деталей кривошипно-шатунного механізму: гільзи циліндрів, поршні, поршневі пальці в бобишках поршня.
Гільзи циліндрів і юбки поршнів змащуються маслом, що осідає на стінках гільз.
До поршневих пальців і сполучених з ними поверхонь бобишок масло попадає через отвір з нижніх сторін бобишок.
У головки циліндрів для змащення деталей механізму газорозподілу масло надходить пульсуючим потоком від першої і четвертої шийок розподільного вала. Для цього в них зроблені поперечні отвори 31 і 42, які за кожен оберт розподільного вала один раз сполучають отвори подачі масла до підшипників, з каналами мащення деталей в головках циліндрів.
Завдяки такому пристрою масло подається не безупинним струменем, а короткими імпульсами. Цим обмежується подача масла до клапанного механізму.
До лівої головки циліндрів масло йде від першої шийки розподільного вала, до правої головки циліндрів — від четвертої шийки. З каналу в блоці через ущільнений гумовим кільцем отвір у прокладці масло попадає в канал головки циліндрів і, пройшовши три повороти під кутом 90°, виходить в отвір на фланці, на якому встановлений стояк осі коромисел. По заглибленню на фланці стояка воно надходить у зазор між шпилькою й отвором у стояці і заповнює вісь 11 коромисел, заглушену з обох кінців. По поперечних отворах в осі масло проходить для змащення втулок коромисел, а по отворах у коромислах і регулювальних гвинтах — для змащення сферичного сполучення регулювального гвинта зі штангою.
Контактні поверхні бойка коромисла і торця клапана змащуються маслом, що витікає з осі коромисел. Стержень клапана і напрямна втулка змащуються невеликою кількістю масла, яке попадає в зазор між ними.
Масло, що стікає по штангах вниз, на шляху в піддон змащує штовхачі і кулачки розподільного вала. На поверхню кулачків надходить масло, що збирається у штовхачах і витікає з них через отвір у центрі денця. Масло, що скраплюється на головці циліндрів, стікає по двох отворах, частково перекритих поздовжньою стінкою клапанної кришки. По литому заглибленню на нижній плиті головки циліндрів воно перетікає в литі колодязі блок-картера і зливається в піддон.
На двигунах типу СМД-60 ряд агрегатів зовнішнього устаткування включений в загальну циркуляційну систему мащення під тиском.
Для мащення підшипників рідинного насоса використовують частину масла, що надходить від переднього підшипника розподільного вала в головку циліндрів. У насос воно надходить з лівої головки циліндрів по маслопроводу 33 із броньованого шланга. Маслопровід поворотним косинцем встановлений на штуцері в головці циліндрів і затиснутий ковпачковою гайкою. На корпусі насоса поворотний косинець маслопроводу закріплений затискним болтом. З насоса масло зливається по просвердленому отвору 32 у корпусі і потім з порожнини передньої кришки в піддон.
Для мащення підшипників ротора турбокомпресора масло забирається з головної масляної магістралі в місці виходу похилого каналу 9 у третій поперечній перегородці з правої сторони блоккартера. По зовнішньому маслопроводу масло надходить у додатковий фільтр 15, необхідність установки якого викликана високими вимогами до очищення масла, яке застосовується для мащення підшипників 16 ротора турбокомпресора.
Очищене у фільтрі масло по трубопроводах, підводиться до турбокомпресора. До підшипників воно надходить через просвердлений канал у корпусі фіксатора.
З турбокомпресора масло відводиться по зовнішній трубці 17, закріпленій кінцями на середньому корпусі турбокомпресора і на фланці в розвалі блоків, та по наскрізному отвору зливається в порожнину картера колінчастого вала. Витрата масла для змащення підшипників турбокомпресора становить приблизно 1 літр за хвилину.
У повітряному компресорі 6 масло під тиском змащує шатунні підшипники колінчастого вала. Інші деталі кривошипно-шатунного механізму змащуються розбризкуванням. Масло до задньої кришки картера компресора підводиться по зовнішній трубці з головної масляної магістралі двигуна (трубка приєднана до блок-картера в місці виходу похилого отвору в другій поперечній перегородці). З задньої кришки через ущільнювач масло надходить у канали колінчатого вала. З компресора масло зливається через відкриту нижню основу по каналу встановлювального кронштейна в порожнину передньої кришки двигуна.
Другий паралельний циркуляційний контур утворює система охолодження масла. Циркуляція масла в ньому створюється за допомогою радіаторної секції масляного насоса, у яку надходить частина масла з піддона через загальний маслозабірник 2. По нагнітальному маслопроводу масло з радіаторної секції насоса надходить у канал блока-картера, розташований з лівого боку біля другої поперечної перегородки. По зовнішній трубці 22 масло подається в масляний радіатор, де охолоджується потоком повітря від вентилятора. З радіатора масло повертається в піддон по зливній трубці, яку кріплять загальним фланцем з нагнітальним трубопроводом радіаторної секції. Зливна трубка опущена нижче рівня масла для того, щоб зменшити піноутворення.
Таким чином, через масляний радіатор проходить не все циркулююче в двигуні масло, а тільки частина його, що становить близько 25% (17,5 л/хв) загальної продуктивності масляного насоса. Змішуючись з гарячим маслом в піддоні, воно підтримує допустиму температуру масла в двигуні. У той же час паралельне підключення масляного радіатора зменшує гідравлічний опір системи.
Масляний радіатор трубчастого типу із дворядним коридорним розташуванням трубок, установлений перед водяним радіатором і обдувається потоком повітря, що створюється вентилятором системи охолодження двигуна.
У системі мащення передбачене примусове передпускове прокачування масла для оптимального забезпечення подачі масла тертьовим поверхням, а особливо підшипникам колінчастого вала, які працюють без змащення. Внаслідок цього, при пуску спостерігається підвищене спрацювання підшипників і збільшується небезпека їх пошкодження.
Для передпускового прокачування масла використовують масляний насос 24, що приводиться в дію пусковим двигуном. Протягом 1...2 хв роботи пускового двигуна в режимі прогрівання тиск у масляній магістралі основного двигуна підвищується до 0,05...0,10 МПа.
Насос передпускового прокачування забирає масло з піддона по тій же трубці, по якій зливається в піддон масло, охолоджене в радіаторі.
Нагнітається масло в магістраль через зовнішній трубопровід і похилий отвір в третій поперечній перегородці блок-картера з лівого боку.
Для підтримки необхідного тиску в системі мащення і захисту елементів системи від ушкодження в ній встановлено кілька клапанів.
В основній секції масляного насоса з боку нагнітання встановлений редукційний клапан 4, відрегульований на тиск 0,9...0,95 МПа. Клапан запобігає надмірному підвищенню тиску масла в системі при пуску двигуна, коли його в’язкість підвищена.
Такий же клапан 26 у радіаторній секції насоса відрегульований на тиск 0,25...0,30 МПа (або 2,5...3,0 кгс/см2). Він захищає масляний радіатор від руйнування при підвищенні тиску.
Пропускний клапан 7 встановлений у корпусі центрифуги і служить для того, щоб при пуску холодного двигуна направляти основний потік масла в головну магістраль, минаючи центрифугу. Тим самим поліпшуються умови змащення тертьових поверхонь при пуску і прогріванні двигуна.
Зливальний клапан 5, встановлений на бічній поверхні блоккартера з правої сторони, підтримує заданий тиск масла в головній магістралі, перепускаючи надлишок масла в піддон. В міру спрацювання деталей двигуна тиск у системі автоматично підтримується на необхідному рівні завдяки зменшенню кількості масла, що зливається через клапан.
Система передпускового прокачування й основна система мащення розділені зворотним клапаном 21, що встановлений на вході маслопроводу в блок-картер. При працюючому двигуні цей клапан перекриває доступ масла з основної магістралі до насоса передпускового прокачування.
Автономне мащення, не пов’язане з циркуляційною системою мащення двигуна, мають пусковий двигун і паливний насос високого тиску (ПНВТ).
Основні механізми пускового двигуна змащуються маслом, що додається і перемішується з бензином при заправленні паливного бачка.
Для змащення редуктора пускового двигуна і ПНВТ використовують звичайне дизельне масло, що заливається в корпус редуктора і ПНВТ до рівня контрольного отвору.
Роботу системи мащення двигуна контролюють за тиском в головній масляній магістралі, який вимірюється манометром, встановленим на щитку приладів. Заміряють тиск у просвердленому каналі картера маховика, де встановлений штуцер.
У системі мащення двигуна передбачена аварійна сигналізація про неприпустиме падіння тиску масла. Датчик аварійного тиску встановлений у похилому отворі четвертої поперечної перегородки блок-картера. При падінні тиску масла в головній магістралі нижче 0,1 МПа (1 кгс/см2) на щитку приладів спалахує лампочка.
Робота системи мащення (відео)
Система мащення двигуна - як це працює (відео)