1. Основные функции и работа смазочной системы.
2. Основные агрегаты смазочной системы
3. Назначение и основные требования системе охлаждения
4. Агрегаты системы охлаждения и регулирование температуры охлаждающей жидкости
1. Основные функции и работа смазочной системы.
Смазочная система должна обеспечивать надежную работу двигателя путем непрерывной циркуляции через зазоры подвижных сопряжений масла требуемого состояния и качества.
Основными функциями системы являются: снижение потерь энергии на трение; уменьшение износа трущихся сопряжений; вынос из зазоров трущихся сопряжений продуктов износа и их удаление из масла; защита металлических поверхностей двигателя от коррозии; отвод образующейся при трении теплоты; герметизация зазоров между деталями; охлаждение поршней форсированных двигателей.
В ряде двигателей моторное масло применяется в качестве рабочего тела для гидромуфт привода вентилятора и сервомоторов системы регулирования.
В двигателе преобладает трение скольжения, которое подразделяется на сухое, жидкостное, граничное и полужидкостное или полусухое. В различных подвижных сопряжениях двигателя в зависимости от режима работы может создаваться тот или иной вид трения.
В основе работы различных смазочных систем двигателей лежит одна и та же принципиальная схема (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Схема смазочной системы двигателя:
1 — редукционные клапаны; 2 — масляные насосы; 3 — перепускные клапаны: 4 – фильтр грубой очистки; 5— дифференциальный клапан; 6— центрифуга; 7— масляный радиатор; 8 — главная масляная магистраль
Масло из поддона всасывается масляным насосом 2 через маслозаборник и нагнетается в главную масляную магистраль. Если давление в ней выше требуемого, то открывается редукционный клапан 1, и масло возвращается во впускную полость насоса. Затем масло пропускается через фильтр 4 грубой очистки. Если он окажется засоренным, то об этой нештатной ситуации подается сигнал водителю и откроется перепускной клапан 3, а масло попадет, минуя фильтр, в главную масляную магистраль 8, обычно расположенную в картере двигателя. Из нее масло поступает по каналам к высоконагруженным трущимся парам двигателя, а также к вспомогательным узлам и механизмам. При включении и выключении данных узлов для стабилизации давления в системе используются специальные клапаны. Для поддержания требуемого давления при большом диапазоне расхода масла, например при периодическом отборе масла для работы гидромуфты или сервисных гидромоторов, применяется дифференциальный клапан 5. Часть масла от масляного насоса поступает к фильтру тонкой очистки или к центрифуге 6. От дополнительной секции насоса масло может поступать в радиатор 7. Температуру масла регулирует термостат, который направляет масло для охлаждения через радиатор («большой» круг) или минуя его («малый» круг). При пуске холодного двигателя, когда вязкость масла велика, клапан перепускает его мимо радиатора, что ускоряет прогрев двигателя и снижает потери на привод масляного насоса. На случай засорения радиатора или фильтра в схеме предусмотрены перепускные клапаны 3. В зависимости от места размещения основного запаса масла смазочные системы могут быть с мокрым или сухим картером. Последний используется на двигателях тяжелых транспортных средств, работающих на пересеченной местности и вне дорог. Масло из поддона отбирается специальным насосом в масляный бак, где оно отстаивается и масляным насосом подается в магистраль. Это позволяет исключить попадание в масло воздуха и уменьшить окисление масла.
2. Основные агрегаты смазочной системы
Масляный насос служит для подачи масла к трущимся парам. Он приводится в действие от коленчатого или распределительного валов. В мощных двигателях для обеспечения более легкого пуска и надежной работы после пуска масло нагнетается специальным маслозакачивающим насосом с приводом от электродвигателя.
В автотракторных двигателях применяют насосы шестеренного типа с внешним или внутренним зацеплением.
Для обеспечения требуемого давления масла в магистрали на всех режимах работы в течение всего периода эксплуатации, учитывая износ трущихся пар двигателя и насоса, действительную подачу насоса задают с двух-трехкратным запасом.
Масляные фильтры используют для защиты подвижных сопряжений от абразивных частиц и других инородных включений.
Масляные фильтры задерживают частицы при прохождении масла через щели или каналы фильтрующих поверхностей. Обычно в смазочных системах используют фильтры грубой и тонкой очистки. Фильтры грубой очистки задерживают частицы размером более 50… 120 мкм.
Используемые в них фильтрующие элементы могут быть сетчатыми, пластинчато-щелевыми и ленточно-щелвыми. Фильтры тонкой очистки задерживают частицы размером более 40…50 мкм. Фильтрующие элементы в них могут быть из бумаги, картона, тканей, хлопчатобумажной пряжи.
Комбинированная система очистки масла, как правило, включает полнопоточный фильтр грубой очистки и фильтр тонкой очистки или центрифугу с параллельным включением в систему.
Масляный радиатор является теплообменником и предназначен для рассеивания теплоты, отводимой маслом от двигателя. В смазочных системах двигателей всех грузовых и многих легковых автомобилей имеется масляный радиатор. Применяют два типа радиаторов: жидкостно-масляный и воздушно-масляный.
Воздушно-масляный радиатор имеет меньшую массу, относительно простое и надежное устройство, позволяет получить больший температурный напор. В нем должен быть специальный перепускной клапан для перепуска холодного масла, минуя радиатор.
Он регулируется на перепад давлений 0,15…0,2 МПа. По мере прогрева двигателя вязкость масла уменьшается, и клапан автоматически закрывается.
Жидкостно-масляный радиатор обеспечивает быстрый разогрев масла после пуска двигателя и поддержание его температуры, близкой к необходимой на каждом режиме работы двигателя. Радиатор устанавливается в водяной рубашке блок-картера. Он состоит из системы трубок, в которых циркулирует масло, и корпуса, в котором течет охлаждающая жидкость системы охлаждения двигателя. Для интенсификации теплообмена трубки могут иметь оребрение.
3. Назначение и основные требования системе охлаждения
Система охлаждения предназначена для обеспечения оптимального и стабильного теплового состояния двигателя на любом режиме его работы путем принудительного отвода теплоты от его деталей. Нарушение теплового режима работы двигателя негативно сказывается на работе всех его систем и механизмов.
К системе охлаждения предъявляются следующие требования: автоматическое поддержание температурного режима двигателя, независимо от режима его работы и внешних условий; быстрый прогрев двигателя до рабочих режимов; длительное сохранение температуры двигателя после его остановки; малые энергетические затраты, связанные с приводом элементов системы охлаждения; небольшие масса и габариты при приемлемой стоимости производства и эксплуатации.
4. Агрегаты системы охлаждения и регулирование температуры охлаждающей жидкости
В автомобильных двигателях применяют жидкостные системы закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающего теплоносителя. Она состоит из жидкостного и воздушного трактов. Жидкостный тракт системы включает: рубашку 6 (рис. 12.2) охлаждения блока цилиндров, термостат 3, радиатор 1, жидкостный насос 7, расширительный бачок 4 и трубопроводы. Воздушный тракт системы состоит из радиатора 1, вентилятора 8 и направляющих элементов тракта.
12.2. Схема системы охлаждения
1-радиатор; 2-паровоздушная трубка; 3-термостат; 4-расширительный бачок; 5-пробка расширительного бачка; 6-рубашка охлаждения блока цилиндров; 7-насос; 8-вентилятор; 9-обводной трубопровод.
Регулирование температуры охлаждающей жидкости осуществляется изменением массового расхода горячего и холодного теплоносителей, циркулирующих в жидкостном и воздушном трактах системы. В жидкостном тракте роль регуляторов выполняют жидкостный насос и термостат. Последний организует циркуляцию охлаждающей жидкости по «большому» кругу через радиатор (наиболее интенсивное охлаждение), по «малому» кругу через обводной трубопровод 9, минуя радиатор, или частично по одному и другому кругу в зависимости от степени открытия регулирующего элемента.
Скорость воздуха перед фронтом радиатора автомобиля, создаваемая вентилятором, составляет 6… 18 м/с, а при движении автомобиля увеличивается в зависимости от его скорости. Скорость охлаждающей жидкости в радиаторе — 0,4…0,7 м/с.
Однако следует учитывать, что при повышении рассматриваемых скоростей и турбулизации гидравлические потери и затраты на привод вентилятора и жидкостного насоса растут пропорционально квадрату скорости.
Радиатор является теплообменником, объединяющим два контура системы охлаждения. В автотракторных двигателях в основном применяют трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные решетки радиаторов.
При изготовлении радиаторов для прохода охлаждающей жидкости применяют шовные или цельнотянутые трубки из латунной ленты толщиной до 0,15 мм.
В трубчато-пластинчатых радиаторах охлаждающие трубки располагают по отношению к потоку воздуха в ряд, в. шахматном порядке или в шахматном порядке под углом (рис. 12.3 а…г). Пластины оребрения выполняют плоскими или волнистыми. В целях интенсификации теплоотдачи на них могут быть выполнены специальные турбулизаторы в виде отогнутых просечек, которые образуют узкие и короткие воздушные каналы, расположенные под углом к потоку воздуха (рис. 12.3).
В трубчато-ленточных радиаторах (рис. 12.3) охлаждающие трубки располагают в ряд. Ленту для решетки изготовляют из меди толщиной 0,05…0,1 мм. В целях интенсификации теплоотдачи создают турбулизацию воздушного потока путем выполнения на ленте фигурных выштамповок или отогнутых просечек (рис. 12.3).
В современных двигателях достаточно широко используют радиаторы из алюминиевого сплава, которые дешевле и легче. Однако их тепловые свойства и надежность несколько хуже.
Рис. 12.3. Решетки охлаждения трубчато-пластинчатых радиаторов
(а — принципиальная схема; б — рядное расположение трубок; в — шахматное расположение; г — шахматное расположение под углом к воздушному потоку; д — охлаждающая пластина с отогнутыми просечками) и трубчато-ленточных радиаторов (е — принципиальная схема; ж — охлаждающая лента
Жидкостный насос подает жидкость в рубашку охлаждения. Наиболее распространены одноколесные центробежные насосы (рис. 16.3), имеющие 4… 8 спиральных или радиальных лопаток.
Для получения более равномерного распределения потоков охлаждающей жидкости по рядам цилиндров V-образного двигателя иногда предусматривают два отвода из улитки насоса.
Привод насоса осуществляется от коленчатого вала ремнями или зубчатыми шкивами из металлокерамики. Мощность, затрачиваемая на привод насоса, составляет 0,5… 1 % от номинальной мощности двигателя. Герметичность подшипника насоса обеспечивает уплотнитель, состоящий из корпуса, резиновой уплотнительной манжеты, разжимной пружины и неподвижного графитового кольца, которое постоянно прижимается пружиной к вращающемуся торцу крыльчатки.
Рис. 16.3. Жидкостный насос:
1 – ступица вентилятора; 2 – вентилятор; 3 – болт; 4 – кольцо; 5 – пружинная шайба; 6 – дистанционная втулка; 7 – стопорный винт; 8 – прокладка; 9 – приемный патрубок; 10 – корпус; 11 – крыльчатка; 12 – вал; 13 – уплотнитель; 14 — крышка; 15 — шариковый двухрядный подшипник; 16 – шкив; А – полость насоса; Б – приемное отверстие шланга отопителя; В – контрольное отверстие
Расширительный бачок стабилизирует уровень жидкости в рубашке охлаждения, обеспечивает прием расширяющейся жидкости и отделение воздуха, газов и пара из охлаждающей жидкости. Пробка расширительного бачка разъединяет закрытую систему охлаждения с атмосферой. В ней встроены воздушный и паровой клапаны, которые служат для стабилизации
давления в системе охлаждения. Паровой клапан открывается при избыточном давлении паров жидкости 0,045…0,05 МПа и выпускает часть их в атмосферу. Воздушный клапан открывается при падении давления в системе относительно атмосферного примерно на 0,01 МПа и впускает в нее дополнительный воздух.
Контрольные вопросы.
1. Сформулируйте назначение и основные функции системы смазывания.
2. Укажите назначение основных элементов системы смазывания двигателя.
3. Расскажите о работе системы смазывания.
4. Сформулируйте назначение и основные функции системы охлаждения.
5. Укажите назначение основных элементов системы жидкостного охлаждения двигателя.
6. К чему приводит переохлаждение и перегрев двигателя.
7. Как можно интенсифицировать отвод теплоты от двигателя и какие проблемы возникают при этом?