Как смазывается поршень в цилиндре двигателя?

Смазочная система двигателя

Смазочная система предназначена для подачи моторного масла к трущимся поверхностям деталей двигателя, а также хранения, очистки и охлаждения масла. Моторное масло уменьшает силы трения и износ трущихся деталей, охлаждает поверхности трения, удаляет с них продукты износа и способствует снижению коррозионного износа.

В современных поршневых ДВС применяется комбинированный способ смазки:

• наиболее нагруженные детали (подшипники коленчатого и распределительного валов, оси коромысел, толкатели клапанов, иногда поршневые пальцы) смазываются под давлением;
• остальные трущиеся детали (зеркала цилиндров, поршневые компрессионные кольца и др.) — разбрызгиванием.

Необходимо, чтобы смазочная система двигателя в любых условиях его эксплуатации и на всех режимах работы обеспечивала надежный и бесперебойный подвод моторного масла ко всем трущимся и охлаждаемым маслом деталям двигателя, длительную работу двигателя без перегрева масла и без его долива или замены, малый расход масла (не более 1 % расхода топлива для дизелей), минимальные затраты мощности на функционирование и достаточную степень очистки масла от механических примесей, воды, свободных кислот и щелочей, а также не требовала больших материальных и трудовых затрат на техническое обслуживание, была компактной, не создавала значительных гидравлических сопротивлений и имела небольшую стоимость.

Особенно высокие требования предъявляются к смазочным системам ТС, работающих в тяжелых условиях (очень высокая или очень низкая температура, движение по пересеченной местности с крутыми подъемами и спусками, движение по воде, большие ускорения и замедления). Среди ТС, работающих в наиболее тяжелых условиях, можно выделить армейские машины, гусеничные транспортеры и тягачи, а также амфибийные машины. Например, смазочные системы двигателей армейских машин должны обеспечивать бесперебойную подачу масла к трущимся деталям при подъемах и спусках до 35 %, кренах до 25 % и температурах -50… +50 °С.

Существуют смазочные системы с мокрым и сухим картером.

Смазочные системы с мокрым картером

Наиболее широко распространены системы с мокрым картером, поскольку их конструкция наиболее проста. Типичная схема смазочной системы с мокрым картером представлена на рисунке. Она состоит из масляного поддона 11, масляного насоса 16 с маслоприемником 13 и редукционным клапаном 17, масляных фильтров грубой 5 и тонкой 1 очистки, маслопроводов 7 и 14, масляного радиатора (или теплообменника) 19 с краном включения 18 и клапаном 15 подачи масла к радиатору, указателей давления 6 и уровня 12 масла, а также маслоналивной горловины 2.

При работе двигателя масло из поддона через сетку маслоприемника засасывается насосом 16 и через фильтр 5 грубой очистки нагнетается в маслопровод 7, расположенный в блоке цилиндров. Оттуда оно по каналам в перегородках блока поступает к коренным подшипникам 10 коленчатого вала, смазывает их и далее по каналам в шейках и щеках вала подается к шатунным подшипникам 9. Излишек масла выдавливается через зазоры из этих подшипников и при их вращении разбрызгивается в виде масляного тумана, смазывая стенки цилиндров, поршневые пальцы и другие детали двигателя. Из маслопровода 7 масло также подается к подшипникам 8 распределительного вала, распределительным шестерням 20 и полым осям 3 коромысел клапанов. Часть масла (8…20 %) поступает в фильтр тонкой очистки, очищается там от мельчайших примесей и сливается обратно в поддон. Кроме подачи масла к трущимся деталям насос 16 обеспечивает циркуляцию части масла через масляный радиатор 19 (или теплообменник), в котором оно охлаждается. Поддержание постоянного давления в системе обеспечивает редукционный клапан, перепускающий масло из нагнетающей полости насоса во всасывающую при достижении в системе определенного давления. Если вязкость масла большая или фильтр грубой очистки сильно загрязнен, то под действием высокого давления открывается перепускной клапан 4, позволяющий маслу пройти без очистки мимо фильтра.

Рис. Типичная схема смазочной системы двигателя с мокрым картером:
1 — фильтр тонкой очистки; 2 — маслоналивная горловина; 3 — полая ось коромысел; 4 — перепускной клапан; 5 — фильтр грубой очистки; 6 — указатель давления масла; 7, 14 — маслопроводы; 8 — подшипник, распределительного вала; 9 — шатунный подшипник; 10 — коренной подшипник; 11 — масляный поддон; 12 — указатель уровня масла; 13 — маслоприемник; 15 — клапан подачи масла к радиатору; 16 — масляный насос; 17 — редукционный клапан; 18 — кран включения радиатора; 19 — масляный радиатор; 20 — распределительные шестерни

Смазочные системы с сухим картером

В смазочных системах с сухим картером основной запас масла содержится в автономном масляном баке, откуда подается в главную масляную магистраль двигателя нагнетающей секцией масляного насоса. Такие системы обеспечивают бесперебойный подвод масла к трущимся деталям двигателя на длительных крутых подъемах, спусках и при кренах без какого-либо масляного голодания и утечек масла через сальники коленчатого вала. Кроме того, применение системы с сухим картером позволяет уменьшить высоту двигателя, снизить расход масла и сохранять его физико-химические свойства в течение более длительного периода благодаря возможности удаления из масла картерных газов.

Рис. Типичная схема смазочной системы двигателя с сухим картером:
1 — масляная центрифуга; 2 — двигатель; 3 — полнопоточный фильтр грубой очистки; 4 — масляный радиатор; 5 — перепускной клапан; 6 — масляный бак; 7 — змеевик для подогрева масла; 8 — предпусковой маслозакачивающий насос; 9 — маслопрцемный сетчатый фильтр; 10, 11 — нагнетающая и откачивающая секции основдого масляного насоса

Типичная схема смазочной системы с сухим картером для мощных дизелей представлена на рисунке. Перед пуском двигателя масло из масляного бака 6 с помощью предпускового маслозакачивающего насоса имеющего электропривод, подается, минуя все фильтры, в главную масляную магистраль двигателя, для того чтобы в начальный период пуска снизить трение и износ его деталей.

В зимнее время масло в баке, основной маслоподводящей магистрали и насосе 8 предварительно подогревается предпусковым жидкостным подогревателем. Подогрев масла в баке обычно осуществляется с помощью змеевика 7, в котором циркулирует нагретая жидкость системы охлаждения двигателя. При работе двигателя за счет функционирования нагнетающей секции 10 основного масляного насоса масло из бака подается через маслоприемный сетчатый фильтр 9 в полнопоточный фильтр 3 грубой очистки, а оттуда — в главную масляную магистраль двигателя. Смазав трущиеся детали, масло стекает в передний и задний маслоприемники двигателя, откуда его основная часть (80…92%) удаляется обратно в бак с помощью откачивающей секции 11 основного масляного насоса. Эта секция состоит из двух пар шестерен — по одной на каждый маслоприемник. По пути в бак масло охлаждается в масляном радиаторе 4. Если масло еще холодное, а значит, имеет высокую вязкость, то для предохранения радиатора от разрушения срабатывает перепускной клапан 5. Небольшое количество масла (8…20%) от откачивающей секции насоса подается в фильтр тонкой очистки — масляную центрифугу 1. Очищенное в центрифуге масло стекает в картер двигателя. В некоторых системах с сухим картером центрифуга не используется. В таких случаях неполнопоточный фильтр тонкой очистки располагается в одном корпусе с ленточно-щелевым фильтром грубой очистки! Очищенное в секции тонкой очистки масло стекает в картер двигателя.

Масляный насос

Во время работы двигателя циркуляция масла в смазочной системе обеспечивается основным масляным насосом, имеющим привод от коленчатого вала через механизм передач. Для достижения достаточно высокого давления в смазочной системе должны использоваться высоконапорные насосы, среди которых можно выделить шестеренные, винтовые и плунжерные. Обычно применяются шестеренные насосы с шестернями внешнего (чаще) или внутреннего зацепления. Они просты в изготовлении, надежны, имеют малые Габариты и массу. Шестерни насоса могут быть прямо- и косозубыми.

Рассмотрим работу односекционного шестеренного масляного насоса со встроенным редукционным клапаном. Масло, поступающее из поддона двигателя или масляного бака во впускную полость 1 насоса, попадает во впадины между зубьями и при вращении шестерен переносится под давлением в нагнетательную полость 2. Давление в этой полости ограничивает редукционный клапан 3, пружина которого рассчитана на определенное усилие.

Рис. Односекционный шестеренный масляный насос со встроенным редукционным клапаном:
1 — впускная полость; 2 — нагнетательная полость; 3 — редукционный клапан

Масляный фильтр

Для очистки масла (в основном от механических примесей) используются, как правило, два фильтра — грубой и тонкой очистки. Первый всегда полнопоточный. Он задерживает механические примеси, в основном продукты износа деталей двигателя. Фильтр тонкой очистки чаще всего неполнопоточный из-за большого сопротивления, которое он оказывает протеканию масла. Некоторые фильтры тонкой очистки кроме задержания механических примесей могут также за счет специальных пропиток фильтрующего элемента поглощать воду, свободные кислоты и щелочи. Засоренные в процессе эксплуатации двигателя масляные фильтры грубой очистки промывают или прочищают. Засоренные фильтры тонкой очистки заменяют новыми при каждой смене масла.

Фильтры грубой очистки масла аналогичны топливным фильтрам грубой очистки. Они могут быть сетчатыми, пластинчато-, ленточно- и проволочно-щелевыми. На тяжелых дизелях чаще всего используются ленточно-щелевые двухступенчатые фильтры.

В фильтрах тонкой очистки в качестве фильтрующего элемента применяют бумагу, картон, войлок, древесные опилки, пряжу и другие материалы со специальной пропиткой. Наиболее широко распространен картонный фильтр типа «многолучевая звезда». Ранее, когда использовались только минеральные моторные масла, в качестве фильтров тонкой очистки часто применялись реактивные масляные центрифуги, в которых механические примеси, загрязняющие масло, отделяются под действием центробежных сил.

Центробежные фильтры имеют значительные преимущества:

• они обеспечивают высокую степень очистки масла при относительной простоте процесса
• их фильтрующие свойства и пропускная способность почти не зависят от загрязнения ротора
• отсутствует необходимость в замене элементов при обслуживании

В то же время практика использования центрифуг в смазочных системах, в которых применяются синтетические и полусинтетические масла, показала, что вместе с вредными примесями, загрязняющими масло, из него выводятся также некоторые полезные присадки.

Охлаждение масла

Для охлаждения масла используют жидкостно-масляные теплообменники и воздушно-масляные радиаторы. В теплообменниках масло охлаждается жидкостью системы охлаждения двигателя, тогда как в воздушно-масляных радиаторах — воздухом. Конструкции теплообменников могут быть самыми разными. Обычно применяют кожухообразные и пластинчатые теплообменники, устанавливая их в жидкостном тракте системы охлаждения. Масляные радиаторы по конструкции аналогичны радиаторам системы охлаждения. Наиболее широкое распространение получили трубчатые, трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные радиаторы. Для повышения теплоотдачи в трубки масляного радиатора иногда помещают вставки-завихрители.

Теплообменники по сравнению с радиаторами имеют следующие преимущества:

• простота конструкции
• компактность и небольшая масса, поскольку теплопроводность жидкости значительно больше теплопроводности воздуха
• простота компоновки в моторном отделении
• отсутствие необходимости в циркуляции воздуха
• более стабильная температура масла, не зависящая от нагрузки двигателя и температуры окружающего воздуха
• быстрый прогрев масла перед пуском в зимних условиях с помощью жидкостного предпускового подогревателя

Недостатком теплообменников, в которых масло охлаждается жидкостью системы охлаждения двигателя, является то обстоятельство, что его температура не может быть ниже температуры охлаждающей жидкости.

Как работает поршень двигателя внутреннего сгорания?

В цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) происходит один из основных процессов, благодаря чему двигатель внутреннего сгорания функционирует: выделение энергии в результате сжигания топливовоздушной смеси, которая впоследствии преобразуется в механическое действие – вращение коленвала. Основной рабочий компонент ЦПГ — поршень. Благодаря ему создаются необходимые для сгорания смеси условия. Поршень — первый компонент, участвующий в преобразовании получаемой энергии.

Поршень двигателя имеет цилиндрическую форму. Располагается он в гильзе цилиндра двигателя, это подвижный элемент – в процессе работы он совершает возвратно-поступательные движения и выполняет две функции.

1. При поступательном движении поршень уменьшает объем камеры сгорания, сжимая топливную смесь, что необходимо для процесса сгорания (в дизельных моторах воспламенение смеси и вовсе происходит от ее сильного сжатия).
2. После воспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания резко возрастает давление. Стремясь увеличить объем, оно выталкивает поршень обратно, и он совершает возвратное движение, передающееся через шатун коленвалу.

Что такое поршень двигателя внутреннего сгорания автомобиля?

Устройство детали включает в себя три составляющие:

Указанные составляющие имеются как в цельнолитых поршнях (самый распространенный вариант), так и в составных деталях.

Днище

Днище — основная рабочая поверхность, поскольку она, стенки гильзы и головка блока формируют камеру сгорания, в которой и происходит сжигание топливной смеси.

Главный параметр днища — форма, которая зависит от типа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его конструктивных особенностей.

В двухтактных двигателях применяются поршни, у которых днище сферической формы – выступ днища, это повышает эффективность наполнения камеры сгорания смесью и отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых моторах днище плоское или вогнутое. Дополнительно на поверхности проделываются технические углубления – выемки под клапанные тарелки (устраняют вероятность столкновения поршня с клапаном), углубления для улучшения смесеобразования.

В дизельных моторах углубления в днище наиболее габаритны и имеют разную форму. Такие выемки называются поршневой камерой сгорания и предназначены они для создания завихрений при подаче воздуха и топлива в цилиндр, чтобы обеспечить лучшее смешивание.

Уплотняющая часть предназначена для установки специальных колец (компрессионных и маслосъемных), задача которых — устранять зазор между поршнем и стенкой гильзы, препятствуя прорыву рабочих газов в подпоршневое пространство и смазки – в камеру сгорания (эти факторы снижают КПД мотора). Это обеспечивает отвод тепла от поршня к гильзе.

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть включает в себя проточки в цилиндрической поверхности поршня — канавки, расположенные за днищем, и перемычки между канавками. В двухтактных двигателях в проточки дополнительно помещены специальные вставки, в которые упираются замки колец. Эти вставки необходимы для исключения вероятности проворачивания колец и попадания их замков во впускные и выпускные окна, что может стать причиной их разрушения.

Перемычка от кромки днища и до первого кольца именуется жаровым поясом. Этот пояс воспринимает на себя наибольшее температурное воздействие, поэтому высота его подбирается, исходя из рабочих условий, создаваемых внутри камеры сгорания, и материала изготовления поршня.

Число канавок, проделанных на уплотняющей части, соответствует количеству поршневых колец (а их может использоваться 2 — 6). Наиболее же распространена конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным.

В канавке под маслосъемное кольцо проделываются отверстия для стека масла, которое снимается кольцом со стенки гильзы.

Вместе с днищем уплотнительная часть формирует головку поршня.

Вас также заинтересует:

Юбка выполняет роль направляющей для поршня, не давая ему изменить положение относительно цилиндра и обеспечивая только возвратно-поступательное движение детали. Благодаря этой составляющей осуществляется подвижное соединение поршня с шатуном.

Для соединения в юбке проделаны отверстия для установки поршневого пальца. Чтобы повысить прочность в месте контакта пальца, с внутренней стороны юбки изготовлены специальные массивные наплывы, именуемые бобышками.

Для фиксации пальца в поршне в установочных отверстиях под него предусмотрены проточки для стопорных колец.

Типы поршней

В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.

Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.

В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.

Материалы изготовления

В качестве материала изготовления для цельнолитых поршней используются алюминиевые сплавы. Детали из таких сплавов характеризуются малым весом и хорошей теплопроводностью. Но при этом алюминий не является высокопрочным и жаростойким материалом, что ограничивает использование поршней из него.

Литые поршни изготавливаются и из чугуна. Этот материал прочный и устойчивый к высоким температурам. Недостатком их является значительная масса и слабая теплопроводность, что приводит к сильному нагреву поршней в процессе работы двигателя. Из-за этого их не используют на бензиновых моторах, поскольку высокая температура становится причиной возникновения калильного зажигания (топливовоздушная смесь воспламеняется от контакта с разогретыми поверхностями, а не от искры свечи зажигания).

Конструкция составных поршней позволяет комбинировать между собой указанные материалы. В таких элементах юбка изготавливается из алюминиевых сплавов, что обеспечивает хорошую теплопроводность, а головка – из жаропрочной стали или чугуна.

Но и у элементов составного типа есть недостатки, среди которых:

• возможность использования только в дизельных двигателях;
• больший вес по сравнению с литыми алюминиевыми;
• необходимость использования поршневых колец из жаростойких материалов;
• более высокая цена;

Из-за этих особенностей сфера использования составных поршней ограничена, их применяют только на крупноразмерных дизельных двигателях.

Масло в цилиндре двигателя: причины неисправности

Как известно, двигатель внутреннего сгорания состоит из большого количества нагруженных деталей и узлов. При этом для нормальной работы сопряженных поверхностей (пар трения) необходимо подавать на такие поверхности смазку. Моторное масло в двигателе служит для защиты, смазывания, охлаждения, а также для удаления продуктов износа.

Неполадки приводят к тому, что масло начинает усиленно расходоваться, нарушается работа системы зажигания (свечи зажигания в масле), камера сгорания загрязняется маслом, двигатель коксуется и т.д. Далее мы поговорим о том, почему смазка оказывается в цилиндре двигателя и свечи заливает маслом, а также какой может быть причина подобной неисправности.

Моторное масло попадает в камеру сгорания: основные причины

Итак, водитель может обнаружить, что свечи зажигания в масле, двигатель дымит сизым дымом, повышен расход масла, а также силовой агрегат хуже заводится, может троить, несколько теряется мощность мотора и т.д.

Не удивительно, что смазка в камере сгорания отрицательно сказывается на работе ДВС. Если иначе, угар моторного масла (в цилиндре двигателя смазочная жидкость сгорает в тот момент, когда в цилиндре происходит сжигание топливно-воздушной смеси) не только требует постоянного контроля уровня и долива смазочной жидкости, но и постепенно выводит двигатель из строя.

Вполне очевидно, что данную проблему нужно решать как можно быстрее, чтобы избежать более серьезных последствий. Теперь давайте рассмотрим, почему происходит попадание масла в камеру сгорания.

Что касается причин, в списке основных специалисты выделяют следующие:

• возникли проблемы с направляющими клапанов или сальниками клапанов;
• неисправны сами клапана;
• залегли или износились поршневые кольца;
• в двигателе допущен перелив моторного масла;
• имеются проблемы с вентиляцией катера;

Далее рассмотрим указанные неисправности по порядку. Как правило, износ внутренней поверхности направляющих клапанов приводит к появлению сильного люфта между стрежнем клапана и направляющей втулкой. В результате масло из ГБЦ попадает в камеру сгорания и замасливает свечи зажигания.

Реже проблемным участок становится направляющая втулка клапана, которая выходит из тела ГБЦ. Обычно такая ситуация возникает в том случае, если направляющие уже ранее менялись, однако ставились не ремонтные увеличенные размеры, а стандартные.

• Если говорить о сальниках клапанов, указанные детали выполнены из резины. Со временем сальник твердеет, теряет эластичность и начинает пропускать масло в цилиндры. Также быстро вывести из строя сальники клапанов способен перегрев ДВС.

В списке симптомов, указывающих на проблемы с сальниками клапанов, отмечено присутствие масла на резьбе свечи зажигания, а также появление синего маслянистого выхлопа на холодном моторе. При этом после прогрева ДВС интенсивность дымления снижается или полностью исчезает.

Кроме потери эластичности сальников вполне возможно, что произошло растяжение обжимной пружины, пружина может соскакивать с тела сальника и т.д. Бывает и так, что сальник «отрывается» от направляющей втулки. Если втулка изношена, клапан начинает работать таким образом, что прижим приходится только на одну сторону. В результате кромка сальника отгибается, позволяя тем самым маслу попадать в камеру сгорания.

Еще отметим, что также изнашиваются и сами клапана. Если говорить о масле в цилиндрах, тогда проблема связна со стержнем клапана. Износ стержня приводит к тому, что появляется увеличенный зазор между направляющей и стержнем клапана. Масло в этом случае через неплотности «стекает» в цилиндр. Для эффективного решения проблемы необходима замена клапанов, а также во многих случаях и направляющих втулок клапанов.

• Что касается цилиндров и поршней, в этом случае во время движения поршня трение возникает между стенкой цилиндра и поршневыми кольцами. Поршневые кольца устанавливаются на поршне и необходимы для уплотнения зазоров между поршнем и стенками цилиндров.

Для того чтобы добиться смазки и одновременно избежать попадания масла в камеру сгорания, на поршень ставится так называемое маслосъемное кольцо, которое «снимает» смазку со стенки цилиндра при движении поршня. Если же кольца изношены или имеются дефекты зеркала цилиндра, тогда моторное масло буквально затягивается в камеру сгорания.

Признаками проблем с кольцами является скопление моторного масла на резьбе свечей зажигания, а также на изоляторе. Чтобы точнее определить неисправность, рекомендуется замерить компрессию в цилиндрах двигателя. Если компрессия низкая, в такой ситуации одним из возможных решений будет замена поршневых колец. Еще достаточно часто меняются и сами поршни, так как на них вполне могут треснуть перегородки под кольца.

• Высокий уровень масла в двигателе возникает как после перелива смазки, так и в случае попадания антифриза/тосола или большого количества топлива в масляную систему. Если дело в обычном превышении уровня, тогда лишнее масло из двигателя нужно откачать.

• Система вентиляции картера в норме нейтрализует скопление картерных газов и нормализует показатель давления в картере. Если вентиляция не работает должным образом, давление повышается, что и приводит к попаданию масла в камеру сгорания.

В результате поршневые кольца не могут «снять» лишнее масло со стенок цилиндров, смазка попадает в камеру сгорания, происходит замасливание свечей и т.д.

Что в итоге

Как видно, масло в цилиндрах двигателя может появляться по разным причинам. При этом во всех случаях наблюдается повышение расхода смазки, появляется сизый дым из выхлопной трубы, а также отмечается наличие смазочного материала на свечах зажигания.

Важно понимать, что избытков масла в камере сгорания быть не должно. В противном случае двигатель будет подвержен повышенному износу, камера сгорания загрязняется, страдают седла и тарелки клапанов, а также элементы ЦПГ. По этой причине необходимо своевременно выявить и устранить причину появления масла в цилиндре двигателя.

Основные причины попадания моторного масла в свеченые колодцы. Что делать водителю, если масло течет в свечной колодец, как провести ремонт своими руками.

Почему масло течет из сапуна двигателя: признаки и основные причины такой неисправности. Как понять, почему через сапун гонит масло, диагностика неполадок.

Почему заливает свечи зажигания на инжекторных и карбюраторных двигателях: основные причины мокрых свечей. Как просушить свечи и запустить мотор, советы.

На что указывает цвет нагара на свече зажигания, почему образуется нагар того или иного цвета. Как очистить свечи зажигания от нагара своими руками, советы.

Как проверить работу двигателя по свечам зажигания. Основные признаки неисправностей мотора: появление черного, серого, красного и белого нагара на свечах.

Почему течет масло из двигателя автомобиля: причины и признаки утечки моторного масла. Что делать водителю и как найти место, откуда течет масло из ДВС.