Наш Карачев - Информационный портал города и области
Второе компрессионное и маслосъемное кольца
Основная задача второго компрессионного кольца — обеспечение дополнительного уплотнения после верхнего маслосъемного кольца. Из-за этого второе кольцо обычно "следит" только за газами, которые проходят мимо верхнего кольца, а давление и температура отличаются от значений для верхнего компрессионного кольца. Соответственно материалы и конструкция второго кольца являются менее критичными. Однако, второе кольцо имеет важную дополнительную функцию: оно помогает маслосъемному кольцу, действуя как "скребок", предотвращает попадание излишнего масла в камеру сгорания и возникновение детонации. Некоторые вторые компрессионные кольца специально сделаны скошенными, чтобы содействовать работе маслосьемного кольца, а скос наименьший у верхнего края кольца. При этом оно стремится двигаться поверх масла при движении вверх в цилиндре и будет удалять масло при движении вниз. Если удаление масла является проблемой, то такой тип кольца принудительно удаляет масло, хотя второе кольцо с плоской поверхностью вместе с маслосъемным кольцом "нормального" усилия — это вес, что нужно.
Второе компрессионное кольцо без зазора является новой конструкцией, которая получила большое развитие с 60-х годов. Используемый здесь термин "без зазора" в чем-то неправильный, т. к. вообще невозможно изготовить кольцо полностью без зазора — его будет невозможно установить на поршень, и кольцо будет нерегулируемым даже при самых малых отклонениях формы отверстия цилиндра от окружности. Не обращая внимания на это, кольцо можно сделать без видимого зазора для газов, проходящих мимо кольца.
При использовании этих колец двигатель прирабатывается быстрее в процессе обкатки, и он выдает немного большую мощность при проверке на стенде.
Потребность в беззазорных кольцах зависит в той или иной степени от того, как работают другие кольца. Если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает качественное уплотнение, то беззазорное второе компрессионное кольцо менее важно. Однако, в реальности дело обстоит не так и второе беззазорное компрессионное кольцо может быть реальным средством при получении большей мощности на коленчатом валу, не допуская "вылетания" этой мощности в трубку для вентиляции картера двигателя.
Маслосъемные кольца также очень важны для функционирования форсированных двигателей, особенно при использовании низкооктанового топлива. Моторное масло, которое остается в камере сгорания, будет уменьшать октановое число топлива, что может привести к детонации. Оно также может загрязнять камеры сгорания и головки поршней, что обязательно вызовет снижение мощности двигателя.
Предполагая, что технология производства, материал и упругость колец правильные, "секрет" качественного маслосъемного кольца состоит в правильной поддержке верхней и нижней рабочих кромок центральным разделителем (расширителем). Некоторые маслосъемные кольца невысокой стоимости, однако, используют волнообразные разделители верхней и нижней кромок. Такой метод не обеспечивает правильной опоры для кромок. Когда обороты двигателя увеличиваются, силы инерции стремятся выпрямить волнообразный разделитель, что позволяет всему кольцу болтаться вверх-вниз и вкручиваться внутрь канавки. Когда это происходит, масло проходит поверх кромок; отсюда следует такое правило: не используйте маслосъемные кольца с волнообразным разделителем.
Двумя главными функциями второго компрессионного кольца являются следующие:
1) обеспечение дополнительного уплотнения для газов, которые проходят мимо верхнего компрессионного кольца;
2) помощь маслосъемному кольцу, путем действия в качестве "скребка", предотвращая попадание остаточного масла в камеру сгорания.
Некоторые вторые компрессионные кольца специально имеют скошенную конструкцию для содействия работе маслосъемного кольца. При этом кольцо стремится двигаться поверх масла при своем движении вверх в цилиндре и будет удалять масло при движении вниз. Если удаление масла является проблемой, то этот тип кольца является принудительной "помощью ".
Кольцо может иметь конструкцию без заметного зазора для прохождения газов.
Секрет качественного маслосъемного кольца состоит в правильной поддержке верхней и нижней рабочих кромок кольца центральным разделителем.
Когда обороты двигателя увеличиваются, кольцо может вкручиваться внутрь канавки. Когда это происходит, масло проходит мимо кромок и может попасть в камеру сгорания, что приводит к детонации.
Ширина колец
ЕСЛИ вы рассчитываете на установку качественного набора колеи на форсированный двигатель, надо иметь в виду несколько важных фактов для обеспечения долгой службы. В частности, на срок службы колец существенно влияет ширина колец. Узкие кольца стремятся обеспечить более качественное уплотнение при начальной приработке, но их недостатком является поверхность, которая изнашивается скорее. Таким образом, для форсированного двигателя обычного автомобиля нет смысла использовать кольца, которые уже, чем нужно. Большинство двигателей V8, работающих с оборотами, не превышающими 6500 об/мин, будут работать хорошо в указанных условиях с первым и вторым компрессионными кольцами стандартной ширины 1,98 мм. Для форсированных двигателей, работающих с оборотами, превышающими 6000 об/мин и даже 7000 об/мин обычно используется верхнее компрессионное кольцо ширимой 1,59 мм. Более тонкие кольца можно рассмотреть как вариант только в тех случаях, когда характеристики двигателя более важны, чем долгий срок службы.
Большинство двигателей V8, работающих с оборотами, не превышающими 6500 об/мин, будут хорошо работать в указанных условиях со стандартными верхним и вторым компрессионными кольцами шириной 1,98 мм вместе с маслос ъемным кольцом из 3 частей шириной 4,76 мм.
Даже если ожидаемый срок службы тонких колец может быть менее 30% от срока службы широких колец, то вы увеличите срок службы колец до желаемого и можете даже получить некоторое увеличение мощности, если приобретете специальные кольца. К сожалению, эти кольца недсшевы, но их качество находится на высшем уровне. Специальные тонкие кольца производятся с различной шириной и из различных материалов, поэтому при покупке и заказе нужно четко представлять себе требования к кольцам. Если вам удастся найти правильную комбинацию, особенно, сеян вы подберете нужные высококачественные кольца из нержавеющей пали. используемые в авиационных двш а г с-лях для работы па высоких оборотах, то это обеспечит лучшие характеристики, чем те, которые может предложить обычная технология.
Покрытие поршней
Современная технология может также обеспечить защиту деталей двигателя, подверженных термическим нагрузкам, особенно поршней, путем использования структурного покрытия или специальных изолирующих материалов. Эти материалы могут быть нанесены на поверхности деталей, что добавляет материалам желаемые характеристики, которыми они> изначально не обладают. Эти покрытия можно разделить на два основных
класса: молекулярные твердые покрытия и керамика.
Твердое покрытие используется или связывается на молекулярном уровне с помощью процесса, подобного металлизации. Так как точные детали такого процесса обычно составляют "ноу-хау" фирмы-производителя, то здесь будут обсуждены только 'основные принципы. Очевидным фактом является то, что эти покрытия создают очень жесткую поверхность, которая возможно отражает тепло ханически", т. е. молекулы высокой энергии, налетающие на поверхность, отскакивают от неё, не отдавая большую часть энергии, как это было бы в случае поглощения молекул.
Отражение тепла, обеспечиваемое керамическими покрытиями, позволяет установить верхнее компрессионное кольцо ближе к верхушке поршня, обеспечивая лучшее уплотнение в цилиндре, что увеличивает .мощность двигателя.
Керамика хорошо известна благодаря своим изолирующим свойствам. Она поглощает тепло, но только в слоях, близких к поверхности Эти «суб-слои» материала действуют как очень эффективные изоляторы, "удерживая" тепло от проникновения в материал. Нанесение керамического состава на верхнюю часть поршня предотвращает поглощение тепла головкой поршня. Тепло, которое не поглощается, удерживается в камере сгорания и при этом увеличивается давление газов в камере сгорания. Это дает дополнительное усилие на поршень, направляя его вниз, что в свою очередь, обеспечивает большую отдачу мощности. Численные динамометрические испытания на многих гоночных двигателях, оснащенных поршнями с покрытием, показали, что возможно увеличение мощности на 4-8 %.
Другим преимуществом поршней с высокотемпературным покрытием является то, что у них увеличена надежность материала. Головка поршня с покрытием гораздо менее чувствительна к высокому тепловыделению, связанному с детонацией. При детонации часть пока не воспламененной сжатой рабочей смеси поджигается из-за слишком высоких давлений или температур перед тем, как образуется нормальный фронт пламени от смеси. При этом образуются области с высокой температурой в объеме камеры сгорания. Так как жесткость алюминия быстро уменьшается при возрастании температуры, особенно выше 120° С, верхняя плоскость поршня может разрушиться за несколько секунд, если дать детонации продолжаться. Однако, изолирующее покрытие на головке поршня в некоторых условиях предотвращает повреждения при воздействии детонации в течение 20-30 мин!
Жесткость поршня с покрытием постоянно увеличивается благодаря пониженной рабочей температуре. Это вместе с тем фактом, что верхнее ком-
прессионное кольцо может располагаться ближе к вершине поршня, обеспечивает лучшее уплотнение в цилиндре и преимущества поршней с покрытием становятся более явственными.
Термостойкие покрытия могут быть успешно использованы на любом типе двигателей: обычном форсированном или гоночном. Однако, вы должны решить, будет ли использование покрытий экономически выгодно в вашем конкретном случае. Для мощных гоночных двигателей практически все, что обещает прирост мощности, обычно считается "выгодным", но для двигателей, используемых для повседневного пользования, экономия средств играет немаловажную роль. Опыт подсказывает, что использование термостойких покрытий на форсированных двигателях оправдано па агрегатах высокой стоимости, тогда как конструктор часто руководствуется финансовыми соображениями, чем небольшим увеличением характеристик двигателя.
Керамические покрытия хорошо известны своими изолирующими свойствами. Численные оценки па стенде у гоночных двигателей с поршнями с покрытием показали, что возможно увеличение мощности на 4-8 %.
Шатуны
Одна из наиболее важных вещей, которую надо иметь в виду при подготовке шатунов для форсированного двигателя — это то, что шатуны должны быть равными. Изогнутые или даже слегка деформированные шатуны могут уменьшать мощность двигателя, т. к. они удерживают поршень в отверстии цилиндра под углом, увеличивая чрение. Можно даже и не говорить о том, что проверка совмещения является обязательной и первоочередной операцией при сборке форсированного двигателя.
Кроме очень важной "прямоты", всегда имеет смысл проверить размер отверстия с большого конца шатуна. Если нужно, следует обработать отверстие, чтобы обеспечить его диаметр до уровня требуемых размеров. Если шатун подвергался увеличенным нагрузкам от детонации, то отверстие в головке шатуна может быть деформировано или увеличено (конечно, если это обнаружено, то очень важно проверить шатуны на наличие трещин). Шатуны с деформированными "большими" концами могут привести к тому, что провернуться вкладыши шатунных подшипников, результатом чего будет выход всего двигателя из строя.
Если двигатель будет работать на высоких оборотах (более 6500 об/мин), то лучше подобрать отверстие с большого конца шатуна, так чтобы оно укладывалось в нижний предел допуска, оговоренного фирмой-производителем. Это будет увеличивать до предела "сжатие" подшипника и это дополнительное усилие уменьшит шанс выхода подшипника из строя. Помните, это сжатие подшипника, которое удерживает подшипник в отверстии, а не язычки на вкладышах подшипников; следовательно, требуется аккуратная посадка.
Если вы хотите достичь высоких значений эксплутационных характеристик, которые может создать повышенная степень сжатия, то очень важно пользоваться шатунами, изготовленными из лучших материалов и обработанными на лучшем оборудовании. Низкое октановое число топлива часто вызывает детонацию, особенно в двигателях, подобных "короткому" блоку "Шевроле" и "большому" блоку MOPAR, а очень высокие нагрузки, вызванные детонацией, могут разрушить вкладыши подшипников.
Болты шатунов являются деталями, на которые часто не обращают внимания, но они очень критичны для надежности шатунных подшипников. Если болты растянулись под нагрузкой, то зажимной эффект будет уменьшен и шатун ослабит свой захват вкла-
Одной из наиболее важных вещей, которую надо иметь в виду при подготовке шатунов для форсированного двигателя — убедиться в том, что шатуны равные. Тестер фирмы SUN/VEN обеспечивает быструю проверку прямоты и совмещение шатуна с отверстием для поршневого пальца.
Убедитесь, что большой конец шатуна (отверстие) правильного размера и не имеет отклонений от окружности. Это очень важно, если шатун подвергался увеличенным нагрузкам от детонаций. Шатуны с деформированными отверспшнми могут позволить подшипникам ослабнуть из захвата и даже провернуться, что приводит к полному выходу двигателя из строя
Большинство шатунов имеет большие балансировочные подушки (площадки) на обоих концах шатуна. Эти площадки можно часто уменьшить, уменьшая при этом общий вес шатуна. Убедитесь, однако, что на площадках останется достаточно много материала, чтобы шатуны могли бы быть отбалансированы перед окончательной сборкой.
дышей подшипников. Правило выбора простое: покупайте лучшие (дорогие) шатунные болты, которые можно найти. Если проверка после разборки обнаружила повреждение из-за проворачивания вкладышей, не используйте поврежденный шатун повторно. Отверстие в большом конце шатуна почти наверняка имеет отклонение от окружности более чем на допустимые 0,025 мм и возможно лишь полностью перешлифовать отверстие с помощью специального устройства. Но это является одним примером того, что шатуну можно вернуть механическую однородность. Перешлифовка или "развертка" шатунной крышки вызывает нежелательные напряжения в шатунных болтах и в углах площадок шатунных болтов. Эти напряжения могут привести к дефектам шатуна. Никогда не пытайтесь сохранить несколько деталей, используя эту процедуру "спасения", особенно в форсированном двигателе. Если вы обнаруживаете какой-либо признак неисправности подшипника, то покупайте новый шатун. Избегайте восстановленных шатунов, если только они не восстановлены в мастерской с хорошей репутацией. Если нет возможности купить восстановленный шатун из надежного источника, то покупайте новый. В случае сомнений также лучше приобрести новый шатун, т. к. незначительная экономия может привести к серьезным последствиям (выход двигателя из строя).
Другим важным аспектом конструкции шатуна является общий вес. Большинство шатунов имеет большие балансировочные подушки на обоих концах шатуна. Эти подушки можно часто уменьшать, соответствующим образом уменьшая общий вес шатуна. Однако убедитесь, что на подушках останется достаточно много материала, т. е. шатуны могут быть отбалансированы перед окончательной сборкой. Уменьшая балансировочные подушки и убирая, таким образом, лишний вес или полируя выступающие участки, вес шатуна может быть уменьшен примерно на 10%. Это не увеличит мощность двигателя па постоянных оборотах, по улучшит реакцию на открывание дроссельной заслонки (это называется разгонной мощностью), что улучшит разгон автомобиля. Перед тем как шатуны пойдут па "обработку", их нужно проверить на наличие поверхностных трещин. Если вы намереваетесь реально обработать набор шатунов, то рекомендуется проверить их до и после работы для выявления возможных трещин вблизи поверхности. Для такой проверки имеется различное оборудование, п оно есть во многих мастерских. Небольшие поверхностные дефекты иногда могут быть удалены пропой шлифовкой. Если же проверка выявила наличие серьезных трещин, то такой шатун нужно заменить.
В качестве конечного шага для оптимизации усталостных напряжений шатунов можно воспользоваться дробеструйной обработкой. При этой процедуре шатун обстреливается тысячами маленьких твердых стальных шариков. Это удаляет сжимающие напряжения на поверхности шатуна и предотвращает то, чтобы маленькие поверхностные трещины переросли бы в «полноценные» повреждения.
Дефектоскопия является наиболее распространенным методом поиска трещин и аппаратура для ее применения имеется во многих мастерских. Наиболее поверхностные повреждения иногда можно удалить путем полировки. Если обнаружены серьезные трещины, то шатун нужно заменить. При дефектоскопии шатуны сначала намачиваются и покрываются контрастной жидкостью, а затем проверяются в ультрафиолетовом свете.
Зазоры в подшипниках
Если зазоры между шейками коленчатого вала и шатунными или коренными подшипниками слишком велики, то износ подшипников может ускориться, и избыток масла будет попадать мимо подшипников. Если зазоры в подшипниках слишком малы, то появиться избыточное трение, вызывая образование мест с перегревом и подплавление вкладышей подшипников. Когда материал подшипника начипант плавиться, то жидкий металл будет оставаться на других участках поверхности подшипника и вызовет образование дополнительных мест перегрева и даже большее расплавление, а это, в свою очередь, приведет к выходу из строя всего подшипника.
Вообще говоря, оптимальные зазоры подшипника для форсированного двигателя являются зазоры, полученные путем шлифовки или полировки шеек коленчатого вала до минимального размера (нижний допустимый предел), определяемого фирмой-производителем. Такая подготовка коленчатого вала обеспечивает максимально допустимые зазоры подшипников, задаваемые заводом-производителем (верхний предел зазора). Эти значения зазоров для коренных подшипников обычно составляют 0,040-0,064 мм, а для шатунных подшипников — 0,025-0,05 мм. При этих значениях обеспечивается необходимый для уменьшения трения зазор, но достаточно малый для предотвращения проблем с подачей избыточного количества масла (эти проблемы и системы смазки обсуждаются в следующем разделе). Для гоночных двигателей, которые предназначены для регулярного превышения значения в 6500 об/мин зазоры в шатунных и коренных подшипниках должны быть увеличены на 0,013-0,025 мм по сравнению со значениями для верхнего предела.
Оптимальные зазоры а подшипниках для форсированного двигателя составляют 0,040-0,064 мм имя коренных подшипников и 0,025-0,050мм для шатунных. Это обеспечивает нужный зазор для уменьшения трения, достаточно плотный для того, чтобы избыточное масло не попало в камеру сгорания, вызывая детонацию.
Дробеструйная обработка шатунов производится тысячами твердых стильных шариков, это останавливает напряжение сжатия поверхности шатуна (справа). Тик как усталостные трещины почти всегда начинаются от напряжений разрыва, то предупреждение напряжений сжатия уменьшает шансы разрастания небольших поверхностных трещин в большие дефекты.
Смазка
Трудно представить себе устройство, в такой большой степени зависящее от системы смазки, как автомобильный двигатель. Система должна не только подавать смазку ко многим вращающимся узлам, работающим с малыми зазорами и находящимися при очень высоких рабочих температурах. Смазка, предназначенная для работы в таких жестких условиях, должна противостоять окислению и отложениям на деталях, предотвращать коррозию и образование ржавчины на поверхностях в те периоды, когда двигатель не работает, быть способной задерживать частицы грязи так, чтобы они могли быть удалены тогда, когда масло проходит через фильтр, препятствовать задирам на поверхностях, которые трутся друг о друга (например, кулачки распределительного вала), работать на высокотемпературных деталях в качестве амортизатора между движущимися деталями, уменьшая трение и многое другое.
Это серьезный список требований, но в течение многих лет нефтехимики разработали составы и присадки, которые помогают решению указанных выше задач. Большинство моторных масел представляют собой смесь углеводородных соединений с присадками для улучшения их свойств, которых не имеет базовое масло. Без тех фантастических свойств моторного масла автомобильный мотор не был бы надежным долгоживущим агрегатом, а форсированный гоночный двигатель так и остался бы недостижимой мечтой.
Моторные масла классифицируются двумя способами. Классификация по API (AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE) отражает уровень качества масла, по SAE (SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS) отражает вязкость масла. В классификации по API масла разделяются на две основные категории: категория: "S" для бензиновых и газовых двигателей и категория "С" для дизельных двигателей. Многие масла удовлетворяют обеим категориям "S" и "С", т.е. могут использоваться в двигателях всех типов. У обозначений масел обоих классов имеется вторая буква, например, "SG" где буква "G" указывает уровень качества, т.е. какому воздействию оно может противостоять. В категории "S" имеются уровни от "А" до "G" и, следовательно, масло классификации SG (высшее качество) может использоваться для форсированных двигателей.
Некоторые фирмы-производители масел предлагают масла для использования в гоночных двигателях. Эти масла имеют высокую сопротивляемость и низкое вспенивание, не счи-таядругих преимуществ. Использование специальных "гоночных" масел в форсированных двигателях для повседневной езды не имеет смысла с экономической точки зрения.
Классы вязкости по SAE подобно классификации по API разделяются на 2 группы. Масла, испытываемые при низких температурах (от -5 до -35°С)
имеют в обозначении букву W и относятся к классам OW, 5W, IOW, I5W, 20W и 25W. Масла, проверяемые при высоких температурах (100°С) не имеют в своем обозначении буквы W и относятся к классам 20, 30, 40 и 50. Масла, испытываемые при низких п высоких температурах, называются всесезонными, имеют в своем обозначении оба номера, например 20W40.
Не существует единственного лучшего по классификации SAE масла для использования в форсированных пли гоночных двигателях. Известно, что идут споры между пользователями двигателей на тему, какое масло работает лучше в конкретном двигателе. Эту разницу можно понять в том случае, когда вы рассматриваете все возможные масла с вязкостью от 20W до 40 по SAE и все масла с одной вязкостью, всесезонные масла обеспечивают отличные смазывающие свойства. Вдобавок, проверки смазывающих свойств имеют склонность к ошибкам, т.е. измеряемая разница в мощности мала и изменения в вязкости незначительно влияют на выходную мощность.
Поток и давление масла
Система смазки, как и все гидравлические системы, регулируется редукционным клапаном, обычно расположенным в насосе. Однако, на давление в системе и поток масла влияет также размер отверстий, через которые протекает масло. Эти калиброванные отверстия и рабочие зазоры, имеющиеся во всех подшипниках двигателя, смазываемые под давлением, опрсделяют объем масла, протекающего через систему, а при низких оборотах — давление в ней. Существует тонкий баланс между потоком, необходимым для полноценной смазки и охлаждения детали и избыточным потоком, который уменьшает давление смазки и, помимо всего прочего, определяет производительность масляного насоса.
На давление и ноток масла в системе влияет размер отверстий, через которые протекает масло. Эти калиброванные отверстия и рабочие зазоры, смазываемые под давлением, определяют объем масла, протекающего через систему, а при низких оборотах — общее давление масла.
Увеличенные зазоры в подшипниках делают необходимым увеличение давление масла путем модификации пружины редукционного клапана, что является обычным для автомобилей шла "хот-рот". Остается сомнительным, что могут быть получены какие-то серьезные преимущества от таких модификаций, п часто приходится идти путем проб и ошибок. На практике этой процедуры следует избегать. В большинстве двигателей ненормально высокие давления (более 3-3,5 кгс/ см2) увеличивает нагрузку на насос, поглощает мощность двигателя, увеличивает шансы попадания масла в камеру сгорания и не обеспечивает улучшения смазки подшипника или увеличения срока службы деталей. Двигатель, обороты которою не превышаю! примерно 6000 об/мин и который имеет зазоры подшипника, близкие к стандартным, должен имен, даидспие масла, не превышающее 3,8 кгс/см. Однако, давление масла даже гоночного двигателя должно поддерживаться на минимально допустимом значении для надежной работы двигателя, что обычно означает при рабочих температурах значение давления от 2 до 2,8 кгс/смг при 3000 об/мин. Более высокое давление масла будет почти всегда иметь только один эффект: уменьшение мощности, часто па 10-15 л. с., когда используется давление в 7 кгс/см2. Избыточные зазоры в подшипниках приводят к сильному увеличению потока моторного масла. Это увеличивает сопротивление коленчатого вала и если дополнительное масло воздействует на поршневые кольца, то практически всегда возникает детонация, а это ухудшает не только мощность двигателя. Детонация "смертельно" опасна для поршней, поршневых колец, прокладки головки блока цилиндров и даже для деталей нижней части двигателя. Однако имеются не только эти последствия от избыточного потока масла. Увеличенные зазоры могут потребовать большего объема масла, чем могут обеспечить некоторые масляные насосы.
Масляные насосы
БОЛЬШИНСТВО выпускаемых насосов обеспечивают достаточный объем масла для форсированных двигателей. Здесь мы рассмотрим только высокопроизводительные насосы для двигателей, которые предназначены для регулярного превышения значений 6500 об/мин, но даже в этих случаях они могут и не потребоваться. Такая рекомендация применима только в тех случаях, когда используются оптимальные зазоры в подшипниках; повышенный зазор увеличивает потребности в масле, стандартный масляный насос может теперь не удовлетворять повышенным требованиям при высоких оборотах двигателя. В таких случаях установка высокопроизводительного насоса может предотвратить выход подшипников из строя, но такое использование будет в большой степени проблематичным, т. к. более мощный насос не только увеличит объем подаваемого масла, но и заберет часть мощности двигателя. Отсюда следует вывод: если зазоры в подшипниках правильные, то потребности в объеме подаваемого масла значительно снижаются.
Неисправности подшипников редко вызваны недостатками масляного насоса. Проблемы со смазкой часто связаны с недостатками масляного поддона и конструкцией маслозаборника.
Вязкость моторного масла и мощность двигателя
Тип и вязкость моторного масла, используемого в вашем двигателе, будут влиять на его выходную мощность. Некоторые конструкторы-энтузиасты автоматически используют масла с высокой вязкостью в форсированных двигателях, чтобы компенсировать снижение вязкости масла при его нагревании. У такой практики имеется дополнительный недостаток, т. к. при этом требуется значительная мощность для прокачки густого масла через отверстия в двигателе. При этом не расходуется большая мощность, но для масла стандартной вязкости двигатель V8 рабочим объемом 5735 см3 при 5500 об/мин затрачивает 10 л. с. или даже больше. Более того, многие форсированные двигатели, в которых температура масла иногда превышает 100° С, не обнаруживают улучшения характеристик износа или надеж-
ности при использовании вязких масел.
Если температура масла достаточно высока или зазоры в подшипниках слишком велики, то масла с высокой вязкостью могут помочь. Использование масла вязкостью 40 или 50 уменьшит объем протекающего масла и это может помочь уменьшить детонацию; практически любые модификации, которые уменьшают детонацию, являются полезными. Более густое масло может также противостоять повышенным температурам масляного поддона до того, пока слой смазки на поверхности подшипника не разрушится, и не будет происходить трения металла об металл. Однако можно вместо использования густого масла рассмотреть установку масляного радиатора. Дополнительный радиатор может уменьшить температуру поддона примерно на 10-15° С или более и обеспечивает поддержание масляной пленки даже из масла низкой вязкости.
В дополнение к поддержанию температуры масла на уровне ниже 95° С, замена масла (и фильтра) через каждые 1500км пробега в форсированном двигателе уменьшает вероятность разрыва масляной пленки. Если используется гоночное или синтетическое масло, то интервал замены масла может быть значительно увеличен.
Так как температура масла является важной компонентой надежности, то указатель температуры масла является необходимым прибором при ранней диагностике, и он может даже помочь получить оптимальную мощность в условиях гонок. При сотнях испытаний обнаружено, что испытываемые двигатели выдавали максимальную мощность в тех случаях, когда температура масла составляла 95-105° С. Выше этой температуры имеется риск нарушения смазки, а ниже этой температуры существует избыточная нагрузка от прокачивания масла с увеличенной вязкостью. Вывод из сказанного ясен: для оптимальной мощности используйте масло как можно более маловязкое при сохранении качества смазки и используйте измеритель температуры масла, чтобы убедиться в том, что масло достигло рабочей температуры.
Синтетические масла
Масло уникально в том смысле, что молекулы, служащие основой масла, не являются простыми молекулами, содержащимися в сырой нефти, а представляют собой большие молекулы, "выстраиваемые" в процессе изготовления масла из сырой нефти и/пли других источников. Результатом всей этой химии будет то, что масло будет противостоять более высоким нагрузка и температурам в течение длительного периода времени. Некоторые фирмы-производители масел утверждают, что их масла выдерживают 80 000 км и больше.
Ненормально высокое давление масла (более 3-3,5 кгс/см3) увеличивает нагрузку па насос, поглощает мощность двигателя, увеличивает шансы попадания масла в камеру сгорания и не обеспечивает улучшения смазки подшипника или увеличения срока службы деталей.
Если зазоры подшипников правильные, то производительности большинства масляных насосов хватает для обеспечения маслом форсированного двигателя. Некоторые насосы можно улучшить путем установки увеличенных роторов и улучшенных маслозаборников, как видно на этом насосе от "короткого " блока MORAR.
Наиболее важным преимуществом синтетических масел является то, что они поддерживают более стабильную вязкость при увеличении температуры. Нормальное масло может потерять неразрывную масляную пленку при температурах порядка 150° С, тогда как многие синтетические масла могут надежно работать при температурах порядка 150° С. Такая стабильность вязкости означает, что вы можете использовать масло одной (низкой) вязкости, т. к. оно сохраняет хорошие смазывающие свойства. Более жидкое масло, в свою очередь, позволяет двигателю выдавать большую мощность, т. к. будут уменьшены потери от прокачивания и трения.
Для повседневного использования цена является серьезным фактором. Некоторые синтетические масла по цене могут в пять раз превышать качественные минеральные масла. Эта высокая цена может быть частично уменьшена путем введения синтетической основы в стандартные минеральные масла. Некоторые из этих смесей проявляют многие свойства "чистых" синтетических масел.
Существует несколько марок полусинтетического масла, которые содержат примерно 50 % синтетической основы и демонстрируют оольшпн-ство из эксплуатационных преимуществ "чистых" синтетических масел при относительно невысокой цене.
Конструкция масляного поддона и маслозаборника
Большинство выпускаемых масляных поддонов являются всего лишь "корытом", позволяющим маслу легко поступать к движущимся деталям. Можно предположить, что масло, взаимодействующее короткое время с коленчатым валом, будет затем отброшено, но справедливо и обратное. Коленчатый вал действует как миксер и захватывает масло, направляя его на движущиеся узлы, что прибавляет мощность. Драматический пример эффекта такого "миксера" может быть продемонстрирован на практически любом двигателе, работающем на испытательном стенде с оборотами порядка 6500 об/мин. Обнаружится, что можно добавить более 10 л. с., просто опустив уровень масла до нижней отметки на маслоизмсрнтельном щупе. Работа двигателя с низким уровнем масла, закрепленного на испытательном стенде (т. е. без нагрузки), обычно не приводит к каким-либо проблемам в смазке, однако, при эксплуатации двигателя с таким же уровнем масла в условиях реального движения, особенно в тяжелых условиях, может произойти выход из строя подшипников из-за недостатка масла.
Оптимальная конструкция поддона должна обеспечивать, чтобы масло оставалось в поддоне, несмотря на близость вращающихся узлов. Вдобавок к этому масло, которое подается к подшипникам и отбрасывается от коленчатого вала, должно быть "схвачено" и возвращено в поддон. Лучше всего достичь этого, используя горизонтальный отражатель, установленный поверх поддона и имеющий одно отверстие, достаточно большое для того, чтобы через него проходил насос и маслозаборник при сборке. Отражатель должен быть сконструирован с наклонными поверхностями, чтобы направлять все масло к отверстию поверх маслозаборника. Вдобавок к этому, отражатель или скошенный поддон, установленный между отражателем и коленчатым валом, могут помочь собрать масло от вращающихся узлов и позволяя ему легче стечь обратно в масляный поддон. В некоторых отражателях используется скребок, установленный на вращающийся узел. Эта конструкция, подобная ножу, "отрезает" масло из области, близкой к коленчатому валу и направляет его вниз па стража гель, чтобы масло возвращалось в поддон.
Наиболее эффективный путь отведения масла от коленчатого вала это углубить поддон и удлинить трубку маслозаборника. Если дорожный просвет не является проблемой, как в некоторых гоночных автомобилях, то это решение является реальным. Однако, на многих обычных и гоночных автомобилях глубокий поддон может легко достать до земли или до неровностей дороги. В таких случаях нужно использовать специально сконструированный неглубокий поддон. Выберите из предлагаемых поддонов тог, который имеет отражатель и скребок, т. к. при этом увеличиваются надежность и мощность двигателя.
Вместо использования густого масла имеет смысл рассмотреть установку масляного радиатора. Простой дополнительный радиатор может уменьшить температуру масляного поддона более чем на 10-15° С и позволяет маслу с низкой вязкостью поддерживать масляную пленку па поверхности.
Так как температура масла непосредственно связана с надежностью двигателя, то при диагностике может быть, необходимым использование указателя температуры масла, что может помочь достичь оптимальной мощности а гоночных двигателях.
Принципы изготовления самодельного масляного поддона
ЕСЛИ вы решили изготовить свой собственный поддон, то избегайте делать следующие ошибки. Во-первых, не пытайтесь сделать эту работу не имея опыта сварочных работ. При этом не рекомендуется пользоваться газовой или обычной дуговой сваркой. Большинство поддонов промышленного изготовления, которые будут почти наверняка служить вашей отправной точкой, изготовлены на гидравлическом прессе, после чего металл остается под заметным напряжением. Если на поддон воздействовать теплом, что неизбежно при использовании ацетиленовой горелки, он может де
Меню сайта
Поиск
Категории раздела
Вход на сайт
Статистика
Характеристики «короткого» блока 2
Второе компрессионное и маслосъемное кольца
Основная задача второго компрессионного кольца — обеспечение дополнительного уплотнения после верхнего маслосъемного кольца. Из-за этого второе кольцо обычно "следит" только за газами, которые проходят мимо верхнего кольца, а давление и температура отличаются от значений для верхнего компрессионного кольца. Соответственно материалы и конструкция второго кольца являются менее критичными. Однако, второе кольцо имеет важную дополнительную функцию: оно помогает маслосъемному кольцу, действуя как "скребок", предотвращает попадание излишнего масла в камеру сгорания и возникновение детонации. Некоторые вторые компрессионные кольца специально сделаны скошенными, чтобы содействовать работе маслосьемного кольца, а скос наименьший у верхнего края кольца. При этом оно стремится двигаться поверх масла при движении вверх в цилиндре и будет удалять масло при движении вниз. Если удаление масла является проблемой, то такой тип кольца принудительно удаляет масло, хотя второе кольцо с плоской поверхностью вместе с маслосъемным кольцом "нормального" усилия — это вес, что нужно.
Второе компрессионное кольцо без зазора является новой конструкцией, которая получила большое развитие с 60-х годов. Используемый здесь термин "без зазора" в чем-то неправильный, т. к. вообще невозможно изготовить кольцо полностью без зазора — его будет невозможно установить на поршень, и кольцо будет нерегулируемым даже при самых малых отклонениях формы отверстия цилиндра от окружности. Не обращая внимания на это, кольцо можно сделать без видимого зазора для газов, проходящих мимо кольца.
При использовании этих колец двигатель прирабатывается быстрее в процессе обкатки, и он выдает немного большую мощность при проверке на стенде.
Потребность в беззазорных кольцах зависит в той или иной степени от того, как работают другие кольца. Если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает качественное уплотнение, то беззазорное второе компрессионное кольцо менее важно. Однако, в реальности дело обстоит не так и второе беззазорное компрессионное кольцо может быть реальным средством при получении большей мощности на коленчатом валу, не допуская "вылетания" этой мощности в трубку для вентиляции картера двигателя.
Маслосъемные кольца также очень важны для функционирования форсированных двигателей, особенно при использовании низкооктанового топлива. Моторное масло, которое остается в камере сгорания, будет уменьшать октановое число топлива, что может привести к детонации. Оно также может загрязнять камеры сгорания и головки поршней, что обязательно вызовет снижение мощности двигателя.
Предполагая, что технология производства, материал и упругость колец правильные, "секрет" качественного маслосъемного кольца состоит в правильной поддержке верхней и нижней рабочих кромок центральным разделителем (расширителем). Некоторые маслосъемные кольца невысокой стоимости, однако, используют волнообразные разделители верхней и нижней кромок. Такой метод не обеспечивает правильной опоры для кромок. Когда обороты двигателя увеличиваются, силы инерции стремятся выпрямить волнообразный разделитель, что позволяет всему кольцу болтаться вверх-вниз и вкручиваться внутрь канавки. Когда это происходит, масло проходит поверх кромок; отсюда следует такое правило: не используйте маслосъемные кольца с волнообразным разделителем.
Двумя главными функциями второго компрессионного кольца являются следующие:
1) обеспечение дополнительного уплотнения для газов, которые проходят мимо верхнего компрессионного кольца;
2) помощь маслосъемному кольцу, путем действия в качестве "скребка", предотвращая попадание остаточного масла в камеру сгорания.
Некоторые вторые компрессионные кольца специально имеют скошенную конструкцию для содействия работе маслосъемного кольца. При этом кольцо стремится двигаться поверх масла при своем движении вверх в цилиндре и будет удалять масло при движении вниз. Если удаление масла является проблемой, то этот тип кольца является принудительной "помощью ".
Кольцо может иметь конструкцию без заметного зазора для прохождения газов.
Секрет качественного маслосъемного кольца состоит в правильной поддержке верхней и нижней рабочих кромок кольца центральным разделителем.
Когда обороты двигателя увеличиваются, кольцо может вкручиваться внутрь канавки. Когда это происходит, масло проходит мимо кромок и может попасть в камеру сгорания, что приводит к детонации.
Ширина колец
ЕСЛИ вы рассчитываете на установку качественного набора колеи на форсированный двигатель, надо иметь в виду несколько важных фактов для обеспечения долгой службы. В частности, на срок службы колец существенно влияет ширина колец. Узкие кольца стремятся обеспечить более качественное уплотнение при начальной приработке, но их недостатком является поверхность, которая изнашивается скорее. Таким образом, для форсированного двигателя обычного автомобиля нет смысла использовать кольца, которые уже, чем нужно. Большинство двигателей V8, работающих с оборотами, не превышающими 6500 об/мин, будут работать хорошо в указанных условиях с первым и вторым компрессионными кольцами стандартной ширины 1,98 мм. Для форсированных двигателей, работающих с оборотами, превышающими 6000 об/мин и даже 7000 об/мин обычно используется верхнее компрессионное кольцо ширимой 1,59 мм. Более тонкие кольца можно рассмотреть как вариант только в тех случаях, когда характеристики двигателя более важны, чем долгий срок службы.
Большинство двигателей V8, работающих с оборотами, не превышающими 6500 об/мин, будут хорошо работать в указанных условиях со стандартными верхним и вторым компрессионными кольцами шириной 1,98 мм вместе с маслос ъемным кольцом из 3 частей шириной 4,76 мм.
Даже если ожидаемый срок службы тонких колец может быть менее 30% от срока службы широких колец, то вы увеличите срок службы колец до желаемого и можете даже получить некоторое увеличение мощности, если приобретете специальные кольца. К сожалению, эти кольца недсшевы, но их качество находится на высшем уровне. Специальные тонкие кольца производятся с различной шириной и из различных материалов, поэтому при покупке и заказе нужно четко представлять себе требования к кольцам. Если вам удастся найти правильную комбинацию, особенно, сеян вы подберете нужные высококачественные кольца из нержавеющей пали. используемые в авиационных двш а г с-лях для работы па высоких оборотах, то это обеспечит лучшие характеристики, чем те, которые может предложить обычная технология.
Покрытие поршней
Современная технология может также обеспечить защиту деталей двигателя, подверженных термическим нагрузкам, особенно поршней, путем использования структурного покрытия или специальных изолирующих материалов. Эти материалы могут быть нанесены на поверхности деталей, что добавляет материалам желаемые характеристики, которыми они> изначально не обладают. Эти покрытия можно разделить на два основных
класса: молекулярные твердые покрытия и керамика.
Твердое покрытие используется или связывается на молекулярном уровне с помощью процесса, подобного металлизации. Так как точные детали такого процесса обычно составляют "ноу-хау" фирмы-производителя, то здесь будут обсуждены только 'основные принципы. Очевидным фактом является то, что эти покрытия создают очень жесткую поверхность, которая возможно отражает тепло ханически", т. е. молекулы высокой энергии, налетающие на поверхность, отскакивают от неё, не отдавая большую часть энергии, как это было бы в случае поглощения молекул.
Отражение тепла, обеспечиваемое керамическими покрытиями, позволяет установить верхнее компрессионное кольцо ближе к верхушке поршня, обеспечивая лучшее уплотнение в цилиндре, что увеличивает .мощность двигателя.
Керамика хорошо известна благодаря своим изолирующим свойствам. Она поглощает тепло, но только в слоях, близких к поверхности Эти «суб-слои» материала действуют как очень эффективные изоляторы, "удерживая" тепло от проникновения в материал. Нанесение керамического состава на верхнюю часть поршня предотвращает поглощение тепла головкой поршня. Тепло, которое не поглощается, удерживается в камере сгорания и при этом увеличивается давление газов в камере сгорания. Это дает дополнительное усилие на поршень, направляя его вниз, что в свою очередь, обеспечивает большую отдачу мощности. Численные динамометрические испытания на многих гоночных двигателях, оснащенных поршнями с покрытием, показали, что возможно увеличение мощности на 4-8 %.
Другим преимуществом поршней с высокотемпературным покрытием является то, что у них увеличена надежность материала. Головка поршня с покрытием гораздо менее чувствительна к высокому тепловыделению, связанному с детонацией. При детонации часть пока не воспламененной сжатой рабочей смеси поджигается из-за слишком высоких давлений или температур перед тем, как образуется нормальный фронт пламени от смеси. При этом образуются области с высокой температурой в объеме камеры сгорания. Так как жесткость алюминия быстро уменьшается при возрастании температуры, особенно выше 120° С, верхняя плоскость поршня может разрушиться за несколько секунд, если дать детонации продолжаться. Однако, изолирующее покрытие на головке поршня в некоторых условиях предотвращает повреждения при воздействии детонации в течение 20-30 мин!
Жесткость поршня с покрытием постоянно увеличивается благодаря пониженной рабочей температуре. Это вместе с тем фактом, что верхнее ком-
прессионное кольцо может располагаться ближе к вершине поршня, обеспечивает лучшее уплотнение в цилиндре и преимущества поршней с покрытием становятся более явственными.
Термостойкие покрытия могут быть успешно использованы на любом типе двигателей: обычном форсированном или гоночном. Однако, вы должны решить, будет ли использование покрытий экономически выгодно в вашем конкретном случае. Для мощных гоночных двигателей практически все, что обещает прирост мощности, обычно считается "выгодным", но для двигателей, используемых для повседневного пользования, экономия средств играет немаловажную роль. Опыт подсказывает, что использование термостойких покрытий на форсированных двигателях оправдано па агрегатах высокой стоимости, тогда как конструктор часто руководствуется финансовыми соображениями, чем небольшим увеличением характеристик двигателя.
Керамические покрытия хорошо известны своими изолирующими свойствами. Численные оценки па стенде у гоночных двигателей с поршнями с покрытием показали, что возможно увеличение мощности на 4-8 %.
Шатуны
Одна из наиболее важных вещей, которую надо иметь в виду при подготовке шатунов для форсированного двигателя — это то, что шатуны должны быть равными. Изогнутые или даже слегка деформированные шатуны могут уменьшать мощность двигателя, т. к. они удерживают поршень в отверстии цилиндра под углом, увеличивая чрение. Можно даже и не говорить о том, что проверка совмещения является обязательной и первоочередной операцией при сборке форсированного двигателя.
Кроме очень важной "прямоты", всегда имеет смысл проверить размер отверстия с большого конца шатуна. Если нужно, следует обработать отверстие, чтобы обеспечить его диаметр до уровня требуемых размеров. Если шатун подвергался увеличенным нагрузкам от детонации, то отверстие в головке шатуна может быть деформировано или увеличено (конечно, если это обнаружено, то очень важно проверить шатуны на наличие трещин). Шатуны с деформированными "большими" концами могут привести к тому, что провернуться вкладыши шатунных подшипников, результатом чего будет выход всего двигателя из строя.
Если двигатель будет работать на высоких оборотах (более 6500 об/мин), то лучше подобрать отверстие с большого конца шатуна, так чтобы оно укладывалось в нижний предел допуска, оговоренного фирмой-производителем. Это будет увеличивать до предела "сжатие" подшипника и это дополнительное усилие уменьшит шанс выхода подшипника из строя. Помните, это сжатие подшипника, которое удерживает подшипник в отверстии, а не язычки на вкладышах подшипников; следовательно, требуется аккуратная посадка.
Если вы хотите достичь высоких значений эксплутационных характеристик, которые может создать повышенная степень сжатия, то очень важно пользоваться шатунами, изготовленными из лучших материалов и обработанными на лучшем оборудовании. Низкое октановое число топлива часто вызывает детонацию, особенно в двигателях, подобных "короткому" блоку "Шевроле" и "большому" блоку MOPAR, а очень высокие нагрузки, вызванные детонацией, могут разрушить вкладыши подшипников.
Болты шатунов являются деталями, на которые часто не обращают внимания, но они очень критичны для надежности шатунных подшипников. Если болты растянулись под нагрузкой, то зажимной эффект будет уменьшен и шатун ослабит свой захват вкла-
Одной из наиболее важных вещей, которую надо иметь в виду при подготовке шатунов для форсированного двигателя — убедиться в том, что шатуны равные. Тестер фирмы SUN/VEN обеспечивает быструю проверку прямоты и совмещение шатуна с отверстием для поршневого пальца.
Убедитесь, что большой конец шатуна (отверстие) правильного размера и не имеет отклонений от окружности. Это очень важно, если шатун подвергался увеличенным нагрузкам от детонаций. Шатуны с деформированными отверспшнми могут позволить подшипникам ослабнуть из захвата и даже провернуться, что приводит к полному выходу двигателя из строя
Большинство шатунов имеет большие балансировочные подушки (площадки) на обоих концах шатуна. Эти площадки можно часто уменьшить, уменьшая при этом общий вес шатуна. Убедитесь, однако, что на площадках останется достаточно много материала, чтобы шатуны могли бы быть отбалансированы перед окончательной сборкой.
дышей подшипников. Правило выбора простое: покупайте лучшие (дорогие) шатунные болты, которые можно найти. Если проверка после разборки обнаружила повреждение из-за проворачивания вкладышей, не используйте поврежденный шатун повторно. Отверстие в большом конце шатуна почти наверняка имеет отклонение от окружности более чем на допустимые 0,025 мм и возможно лишь полностью перешлифовать отверстие с помощью специального устройства. Но это является одним примером того, что шатуну можно вернуть механическую однородность. Перешлифовка или "развертка" шатунной крышки вызывает нежелательные напряжения в шатунных болтах и в углах площадок шатунных болтов. Эти напряжения могут привести к дефектам шатуна. Никогда не пытайтесь сохранить несколько деталей, используя эту процедуру "спасения", особенно в форсированном двигателе. Если вы обнаруживаете какой-либо признак неисправности подшипника, то покупайте новый шатун. Избегайте восстановленных шатунов, если только они не восстановлены в мастерской с хорошей репутацией. Если нет возможности купить восстановленный шатун из надежного источника, то покупайте новый. В случае сомнений также лучше приобрести новый шатун, т. к. незначительная экономия может привести к серьезным последствиям (выход двигателя из строя).
Другим важным аспектом конструкции шатуна является общий вес. Большинство шатунов имеет большие балансировочные подушки на обоих концах шатуна. Эти подушки можно часто уменьшать, соответствующим образом уменьшая общий вес шатуна. Однако убедитесь, что на подушках останется достаточно много материала, т. е. шатуны могут быть отбалансированы перед окончательной сборкой. Уменьшая балансировочные подушки и убирая, таким образом, лишний вес или полируя выступающие участки, вес шатуна может быть уменьшен примерно на 10%. Это не увеличит мощность двигателя па постоянных оборотах, по улучшит реакцию на открывание дроссельной заслонки (это называется разгонной мощностью), что улучшит разгон автомобиля. Перед тем как шатуны пойдут па "обработку", их нужно проверить на наличие поверхностных трещин. Если вы намереваетесь реально обработать набор шатунов, то рекомендуется проверить их до и после работы для выявления возможных трещин вблизи поверхности. Для такой проверки имеется различное оборудование, п оно есть во многих мастерских. Небольшие поверхностные дефекты иногда могут быть удалены пропой шлифовкой. Если же проверка выявила наличие серьезных трещин, то такой шатун нужно заменить.
В качестве конечного шага для оптимизации усталостных напряжений шатунов можно воспользоваться дробеструйной обработкой. При этой процедуре шатун обстреливается тысячами маленьких твердых стальных шариков. Это удаляет сжимающие напряжения на поверхности шатуна и предотвращает то, чтобы маленькие поверхностные трещины переросли бы в «полноценные» повреждения.
Дефектоскопия является наиболее распространенным методом поиска трещин и аппаратура для ее применения имеется во многих мастерских. Наиболее поверхностные повреждения иногда можно удалить путем полировки. Если обнаружены серьезные трещины, то шатун нужно заменить. При дефектоскопии шатуны сначала намачиваются и покрываются контрастной жидкостью, а затем проверяются в ультрафиолетовом свете.
Зазоры в подшипниках
Если зазоры между шейками коленчатого вала и шатунными или коренными подшипниками слишком велики, то износ подшипников может ускориться, и избыток масла будет попадать мимо подшипников. Если зазоры в подшипниках слишком малы, то появиться избыточное трение, вызывая образование мест с перегревом и подплавление вкладышей подшипников. Когда материал подшипника начипант плавиться, то жидкий металл будет оставаться на других участках поверхности подшипника и вызовет образование дополнительных мест перегрева и даже большее расплавление, а это, в свою очередь, приведет к выходу из строя всего подшипника.
Вообще говоря, оптимальные зазоры подшипника для форсированного двигателя являются зазоры, полученные путем шлифовки или полировки шеек коленчатого вала до минимального размера (нижний допустимый предел), определяемого фирмой-производителем. Такая подготовка коленчатого вала обеспечивает максимально допустимые зазоры подшипников, задаваемые заводом-производителем (верхний предел зазора). Эти значения зазоров для коренных подшипников обычно составляют 0,040-0,064 мм, а для шатунных подшипников — 0,025-0,05 мм. При этих значениях обеспечивается необходимый для уменьшения трения зазор, но достаточно малый для предотвращения проблем с подачей избыточного количества масла (эти проблемы и системы смазки обсуждаются в следующем разделе). Для гоночных двигателей, которые предназначены для регулярного превышения значения в 6500 об/мин зазоры в шатунных и коренных подшипниках должны быть увеличены на 0,013-0,025 мм по сравнению со значениями для верхнего предела.
Оптимальные зазоры а подшипниках для форсированного двигателя составляют 0,040-0,064 мм имя коренных подшипников и 0,025-0,050мм для шатунных. Это обеспечивает нужный зазор для уменьшения трения, достаточно плотный для того, чтобы избыточное масло не попало в камеру сгорания, вызывая детонацию.
Дробеструйная обработка шатунов производится тысячами твердых стильных шариков, это останавливает напряжение сжатия поверхности шатуна (справа). Тик как усталостные трещины почти всегда начинаются от напряжений разрыва, то предупреждение напряжений сжатия уменьшает шансы разрастания небольших поверхностных трещин в большие дефекты.
Смазка
Трудно представить себе устройство, в такой большой степени зависящее от системы смазки, как автомобильный двигатель. Система должна не только подавать смазку ко многим вращающимся узлам, работающим с малыми зазорами и находящимися при очень высоких рабочих температурах. Смазка, предназначенная для работы в таких жестких условиях, должна противостоять окислению и отложениям на деталях, предотвращать коррозию и образование ржавчины на поверхностях в те периоды, когда двигатель не работает, быть способной задерживать частицы грязи так, чтобы они могли быть удалены тогда, когда масло проходит через фильтр, препятствовать задирам на поверхностях, которые трутся друг о друга (например, кулачки распределительного вала), работать на высокотемпературных деталях в качестве амортизатора между движущимися деталями, уменьшая трение и многое другое.
Это серьезный список требований, но в течение многих лет нефтехимики разработали составы и присадки, которые помогают решению указанных выше задач. Большинство моторных масел представляют собой смесь углеводородных соединений с присадками для улучшения их свойств, которых не имеет базовое масло. Без тех фантастических свойств моторного масла автомобильный мотор не был бы надежным долгоживущим агрегатом, а форсированный гоночный двигатель так и остался бы недостижимой мечтой.
Моторные масла классифицируются двумя способами. Классификация по API (AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE) отражает уровень качества масла, по SAE (SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS) отражает вязкость масла. В классификации по API масла разделяются на две основные категории: категория: "S" для бензиновых и газовых двигателей и категория "С" для дизельных двигателей. Многие масла удовлетворяют обеим категориям "S" и "С", т.е. могут использоваться в двигателях всех типов. У обозначений масел обоих классов имеется вторая буква, например, "SG" где буква "G" указывает уровень качества, т.е. какому воздействию оно может противостоять. В категории "S" имеются уровни от "А" до "G" и, следовательно, масло классификации SG (высшее качество) может использоваться для форсированных двигателей.
Некоторые фирмы-производители масел предлагают масла для использования в гоночных двигателях. Эти масла имеют высокую сопротивляемость и низкое вспенивание, не счи-таядругих преимуществ. Использование специальных "гоночных" масел в форсированных двигателях для повседневной езды не имеет смысла с экономической точки зрения.
Классы вязкости по SAE подобно классификации по API разделяются на 2 группы. Масла, испытываемые при низких температурах (от -5 до -35°С)
имеют в обозначении букву W и относятся к классам OW, 5W, IOW, I5W, 20W и 25W. Масла, проверяемые при высоких температурах (100°С) не имеют в своем обозначении буквы W и относятся к классам 20, 30, 40 и 50. Масла, испытываемые при низких п высоких температурах, называются всесезонными, имеют в своем обозначении оба номера, например 20W40.
Не существует единственного лучшего по классификации SAE масла для использования в форсированных пли гоночных двигателях. Известно, что идут споры между пользователями двигателей на тему, какое масло работает лучше в конкретном двигателе. Эту разницу можно понять в том случае, когда вы рассматриваете все возможные масла с вязкостью от 20W до 40 по SAE и все масла с одной вязкостью, всесезонные масла обеспечивают отличные смазывающие свойства. Вдобавок, проверки смазывающих свойств имеют склонность к ошибкам, т.е. измеряемая разница в мощности мала и изменения в вязкости незначительно влияют на выходную мощность.
Поток и давление масла
Система смазки, как и все гидравлические системы, регулируется редукционным клапаном, обычно расположенным в насосе. Однако, на давление в системе и поток масла влияет также размер отверстий, через которые протекает масло. Эти калиброванные отверстия и рабочие зазоры, имеющиеся во всех подшипниках двигателя, смазываемые под давлением, опрсделяют объем масла, протекающего через систему, а при низких оборотах — давление в ней. Существует тонкий баланс между потоком, необходимым для полноценной смазки и охлаждения детали и избыточным потоком, который уменьшает давление смазки и, помимо всего прочего, определяет производительность масляного насоса.
На давление и ноток масла в системе влияет размер отверстий, через которые протекает масло. Эти калиброванные отверстия и рабочие зазоры, смазываемые под давлением, определяют объем масла, протекающего через систему, а при низких оборотах — общее давление масла.
Увеличенные зазоры в подшипниках делают необходимым увеличение давление масла путем модификации пружины редукционного клапана, что является обычным для автомобилей шла "хот-рот". Остается сомнительным, что могут быть получены какие-то серьезные преимущества от таких модификаций, п часто приходится идти путем проб и ошибок. На практике этой процедуры следует избегать. В большинстве двигателей ненормально высокие давления (более 3-3,5 кгс/ см2) увеличивает нагрузку на насос, поглощает мощность двигателя, увеличивает шансы попадания масла в камеру сгорания и не обеспечивает улучшения смазки подшипника или увеличения срока службы деталей. Двигатель, обороты которою не превышаю! примерно 6000 об/мин и который имеет зазоры подшипника, близкие к стандартным, должен имен, даидспие масла, не превышающее 3,8 кгс/см. Однако, давление масла даже гоночного двигателя должно поддерживаться на минимально допустимом значении для надежной работы двигателя, что обычно означает при рабочих температурах значение давления от 2 до 2,8 кгс/смг при 3000 об/мин. Более высокое давление масла будет почти всегда иметь только один эффект: уменьшение мощности, часто па 10-15 л. с., когда используется давление в 7 кгс/см2. Избыточные зазоры в подшипниках приводят к сильному увеличению потока моторного масла. Это увеличивает сопротивление коленчатого вала и если дополнительное масло воздействует на поршневые кольца, то практически всегда возникает детонация, а это ухудшает не только мощность двигателя. Детонация "смертельно" опасна для поршней, поршневых колец, прокладки головки блока цилиндров и даже для деталей нижней части двигателя. Однако имеются не только эти последствия от избыточного потока масла. Увеличенные зазоры могут потребовать большего объема масла, чем могут обеспечить некоторые масляные насосы.
Масляные насосы
БОЛЬШИНСТВО выпускаемых насосов обеспечивают достаточный объем масла для форсированных двигателей. Здесь мы рассмотрим только высокопроизводительные насосы для двигателей, которые предназначены для регулярного превышения значений 6500 об/мин, но даже в этих случаях они могут и не потребоваться. Такая рекомендация применима только в тех случаях, когда используются оптимальные зазоры в подшипниках; повышенный зазор увеличивает потребности в масле, стандартный масляный насос может теперь не удовлетворять повышенным требованиям при высоких оборотах двигателя. В таких случаях установка высокопроизводительного насоса может предотвратить выход подшипников из строя, но такое использование будет в большой степени проблематичным, т. к. более мощный насос не только увеличит объем подаваемого масла, но и заберет часть мощности двигателя. Отсюда следует вывод: если зазоры в подшипниках правильные, то потребности в объеме подаваемого масла значительно снижаются.
Неисправности подшипников редко вызваны недостатками масляного насоса. Проблемы со смазкой часто связаны с недостатками масляного поддона и конструкцией маслозаборника.
Вязкость моторного масла и мощность двигателя
Тип и вязкость моторного масла, используемого в вашем двигателе, будут влиять на его выходную мощность. Некоторые конструкторы-энтузиасты автоматически используют масла с высокой вязкостью в форсированных двигателях, чтобы компенсировать снижение вязкости масла при его нагревании. У такой практики имеется дополнительный недостаток, т. к. при этом требуется значительная мощность для прокачки густого масла через отверстия в двигателе. При этом не расходуется большая мощность, но для масла стандартной вязкости двигатель V8 рабочим объемом 5735 см3 при 5500 об/мин затрачивает 10 л. с. или даже больше. Более того, многие форсированные двигатели, в которых температура масла иногда превышает 100° С, не обнаруживают улучшения характеристик износа или надеж-
ности при использовании вязких масел.
Если температура масла достаточно высока или зазоры в подшипниках слишком велики, то масла с высокой вязкостью могут помочь. Использование масла вязкостью 40 или 50 уменьшит объем протекающего масла и это может помочь уменьшить детонацию; практически любые модификации, которые уменьшают детонацию, являются полезными. Более густое масло может также противостоять повышенным температурам масляного поддона до того, пока слой смазки на поверхности подшипника не разрушится, и не будет происходить трения металла об металл. Однако можно вместо использования густого масла рассмотреть установку масляного радиатора. Дополнительный радиатор может уменьшить температуру поддона примерно на 10-15° С или более и обеспечивает поддержание масляной пленки даже из масла низкой вязкости.
В дополнение к поддержанию температуры масла на уровне ниже 95° С, замена масла (и фильтра) через каждые 1500км пробега в форсированном двигателе уменьшает вероятность разрыва масляной пленки. Если используется гоночное или синтетическое масло, то интервал замены масла может быть значительно увеличен.
Так как температура масла является важной компонентой надежности, то указатель температуры масла является необходимым прибором при ранней диагностике, и он может даже помочь получить оптимальную мощность в условиях гонок. При сотнях испытаний обнаружено, что испытываемые двигатели выдавали максимальную мощность в тех случаях, когда температура масла составляла 95-105° С. Выше этой температуры имеется риск нарушения смазки, а ниже этой температуры существует избыточная нагрузка от прокачивания масла с увеличенной вязкостью. Вывод из сказанного ясен: для оптимальной мощности используйте масло как можно более маловязкое при сохранении качества смазки и используйте измеритель температуры масла, чтобы убедиться в том, что масло достигло рабочей температуры.
Синтетические масла
Масло уникально в том смысле, что молекулы, служащие основой масла, не являются простыми молекулами, содержащимися в сырой нефти, а представляют собой большие молекулы, "выстраиваемые" в процессе изготовления масла из сырой нефти и/пли других источников. Результатом всей этой химии будет то, что масло будет противостоять более высоким нагрузка и температурам в течение длительного периода времени. Некоторые фирмы-производители масел утверждают, что их масла выдерживают 80 000 км и больше.
Ненормально высокое давление масла (более 3-3,5 кгс/см3) увеличивает нагрузку па насос, поглощает мощность двигателя, увеличивает шансы попадания масла в камеру сгорания и не обеспечивает улучшения смазки подшипника или увеличения срока службы деталей.
Если зазоры подшипников правильные, то производительности большинства масляных насосов хватает для обеспечения маслом форсированного двигателя. Некоторые насосы можно улучшить путем установки увеличенных роторов и улучшенных маслозаборников, как видно на этом насосе от "короткого " блока MORAR.
Наиболее важным преимуществом синтетических масел является то, что они поддерживают более стабильную вязкость при увеличении температуры. Нормальное масло может потерять неразрывную масляную пленку при температурах порядка 150° С, тогда как многие синтетические масла могут надежно работать при температурах порядка 150° С. Такая стабильность вязкости означает, что вы можете использовать масло одной (низкой) вязкости, т. к. оно сохраняет хорошие смазывающие свойства. Более жидкое масло, в свою очередь, позволяет двигателю выдавать большую мощность, т. к. будут уменьшены потери от прокачивания и трения.
Для повседневного использования цена является серьезным фактором. Некоторые синтетические масла по цене могут в пять раз превышать качественные минеральные масла. Эта высокая цена может быть частично уменьшена путем введения синтетической основы в стандартные минеральные масла. Некоторые из этих смесей проявляют многие свойства "чистых" синтетических масел.
Существует несколько марок полусинтетического масла, которые содержат примерно 50 % синтетической основы и демонстрируют оольшпн-ство из эксплуатационных преимуществ "чистых" синтетических масел при относительно невысокой цене.
Конструкция масляного поддона и маслозаборника
Большинство выпускаемых масляных поддонов являются всего лишь "корытом", позволяющим маслу легко поступать к движущимся деталям. Можно предположить, что масло, взаимодействующее короткое время с коленчатым валом, будет затем отброшено, но справедливо и обратное. Коленчатый вал действует как миксер и захватывает масло, направляя его на движущиеся узлы, что прибавляет мощность. Драматический пример эффекта такого "миксера" может быть продемонстрирован на практически любом двигателе, работающем на испытательном стенде с оборотами порядка 6500 об/мин. Обнаружится, что можно добавить более 10 л. с., просто опустив уровень масла до нижней отметки на маслоизмсрнтельном щупе. Работа двигателя с низким уровнем масла, закрепленного на испытательном стенде (т. е. без нагрузки), обычно не приводит к каким-либо проблемам в смазке, однако, при эксплуатации двигателя с таким же уровнем масла в условиях реального движения, особенно в тяжелых условиях, может произойти выход из строя подшипников из-за недостатка масла.
Оптимальная конструкция поддона должна обеспечивать, чтобы масло оставалось в поддоне, несмотря на близость вращающихся узлов. Вдобавок к этому масло, которое подается к подшипникам и отбрасывается от коленчатого вала, должно быть "схвачено" и возвращено в поддон. Лучше всего достичь этого, используя горизонтальный отражатель, установленный поверх поддона и имеющий одно отверстие, достаточно большое для того, чтобы через него проходил насос и маслозаборник при сборке. Отражатель должен быть сконструирован с наклонными поверхностями, чтобы направлять все масло к отверстию поверх маслозаборника. Вдобавок к этому, отражатель или скошенный поддон, установленный между отражателем и коленчатым валом, могут помочь собрать масло от вращающихся узлов и позволяя ему легче стечь обратно в масляный поддон. В некоторых отражателях используется скребок, установленный на вращающийся узел. Эта конструкция, подобная ножу, "отрезает" масло из области, близкой к коленчатому валу и направляет его вниз па стража гель, чтобы масло возвращалось в поддон.
Наиболее эффективный путь отведения масла от коленчатого вала это углубить поддон и удлинить трубку маслозаборника. Если дорожный просвет не является проблемой, как в некоторых гоночных автомобилях, то это решение является реальным. Однако, на многих обычных и гоночных автомобилях глубокий поддон может легко достать до земли или до неровностей дороги. В таких случаях нужно использовать специально сконструированный неглубокий поддон. Выберите из предлагаемых поддонов тог, который имеет отражатель и скребок, т. к. при этом увеличиваются надежность и мощность двигателя.
Вместо использования густого масла имеет смысл рассмотреть установку масляного радиатора. Простой дополнительный радиатор может уменьшить температуру масляного поддона более чем на 10-15° С и позволяет маслу с низкой вязкостью поддерживать масляную пленку па поверхности.
Так как температура масла непосредственно связана с надежностью двигателя, то при диагностике может быть, необходимым использование указателя температуры масла, что может помочь достичь оптимальной мощности а гоночных двигателях.
Принципы изготовления самодельного масляного поддона
ЕСЛИ вы решили изготовить свой собственный поддон, то избегайте делать следующие ошибки. Во-первых, не пытайтесь сделать эту работу не имея опыта сварочных работ. При этом не рекомендуется пользоваться газовой или обычной дуговой сваркой. Большинство поддонов промышленного изготовления, которые будут почти наверняка служить вашей отправной точкой, изготовлены на гидравлическом прессе, после чего металл остается под заметным напряжением. Если на поддон воздействовать теплом, что неизбежно при использовании ацетиленовой горелки, он может де