Главным отличием "днепровского" мотора от "уральского", как известно,
является способ сопряжения шатуна с коленчатым валом. У "Днепра" оно
выполнено на подшипниках скольжения, т.е.
на вкладышах; они обеспечивают минимальное трение при работе и к тому же
(теоретически) весьма долговечны. Но
подшипники скольжения требовательнее к фильтрации масла и нуждаются в подаче
его под более высоким давлением, чем роликовые. Поэтому у двигателей "КМЗ"
система смазки сложнее, чем у "ИМЗ". На рис. 1 приведен фрагмент системы
смазки двигателя "МТ801", которая включает в себя масляный насос,
редукционный клапан (на рисунке не показаны), расположенную на переднем конце
коленчатого вала центрифугу для очистки масла и каналы, выполненные в картере
и коленчатом валу. Подвод масла от центрифуги к подшипникам шатунов
осуществлен через последовательно сообщенные каналы и полости, имеющиеся в
его шатунных шейках. Полости эти являются второй ступенью очистки масла, а
последовательным их сообщением достигается то, что к более нагруженному
подшипнику заднего шатуна поступает наиболее очищенное масло. Также
несомненным преимуществом подвода масла от фильтра к шатунным подшипникам
через каналы является практически абсолютная надежность этого участка
масляной магистрали: все ее элементы находятся в одной детали, длина
минимально возможная, что обусловливаетмалый нагрев масла. Наконец, при такой
системе смазки неполноопорный коленчатый вал установлен
в картере на подшипниках качения - конструкция,имеющая самый высокий
механический КПД и к тому же очень надежная и наиболее простая.
Недостатками же системы смазки двигателя"МТ801" в целом являются
низкая ее надежность и большая трудоемкость обслуживания. Это связано с тем,
что масло плохо фильтруется центрифугой, установленной на коленчатом валу,
из-за переменных и относительно невысоких частот ее вращения при работе
двигателя.
В процессе эксплуатации требуется регулярно очищать и промывать
центрифуги, чего нельзя выполнить без разборки двигателя.
Поскольку редукционный клапан установлен в насосе, расположенном выше
уровня масла в картере двигателя, то при засорении клапан неплотно прилегает
к седлу и без очистки этого узла самозаполнение насоса маслом не возможно.
Очистка же клапана трудоемка, поскольку она также связана с разборкой
двигателя.
Наконец, надо учесть, что при этой схеме смазки масло подводится к
коленчатому валу по радиусу, а от полости передней шатунной шейки к
задней - по радиальному каналу. При вращении коленчатого вала возникает
центробежная сила, противодействующая движению масла в радиальных каналах
и поступлению его как к заднему шатунному подшипнику, так и к коленвалу
вообще. На высоких скоростных режимах работы двигателя преодолеть эту
центробежную силу и обеспечить смазку шатунных подшипников можно только
повышением давления масла в системе. А это связано с увеличением затрат
мощности на привод масляного насоса, снижением механического КПД и надежности
двигателя, поскольку высокое давление в системе способствует ее
разгерметизации.
Указанные недостатки были известны инженерам Киевского мотозавода давно.
И поэтому еще в 1980 году на КМЗ разработан двигатель с системой смазки,
в корне отличающейся от описанной выше. Будь он поставлен на производство в
то время, главному конкуренту - Ирбитскому мотозаводу - был бы нанесен
сокрушительный удар. Но плановая экономика тех лет распорядилась так, что
первые серийные образцы этих моторов увидели свет лишь 15 лет спустя, в 1995
году. Чем же замечателен новый мотор и каково его отличие от старого?
Анализируя слабые места старого двигателя, конструкторы пришли к выводу,
что желательно иметь такую систему смазки шатунных подшипников, в которой бы
подача масла к ним совершенно не уменьшалась при повышении частоты вращения
коленчатого вала и обслуживание которой не требовало бы разборки мотора
. В конечном итоге это дало бы значительное повышение надежности и снижение
трудоемкости обслуживания таких двигателей.
В новой схеме цель достигается тем, что масляная магистраль,
соединяющая фильтр с коленчатым валом, выполнена исключительно в крышке
газораспределительного механизма. В ней установлен редукционный клапан
(сливной либо дифференциальный), на передней оси коленвала соосно оси его
вращения установлен полый цилиндрический патрубок и в крышке
газораспределительного механизма выполнено сопрягаемое с ним отверстие
главной масляной магистрали. Полости в шатунных шейках соединены
последовательно с приемным патрубком осевым и радиальным каналами и между
собой - обходным каналом, выполненным по дуге окружности, проходящей через
эти полости с центром на оси вращения коленвала. Сам фильтр от
автомобиля ВАЗ-2105 установлен на крышке газораспределительного механизма.
Он состоит из встроенных в его корпус перепускного и запорного клапанов, а
также фильтрующих элементов грубой и тонкой очистки (см. рис. 2).
Смазка кривошипных подшипников шатунов в предложенной системе происходит
следующим образом. Масло насосом 1 направляется в полость 2, в крышке
газораспределительного механизма 3, отжимает запорный клапан 4 и поступает
в масляный фильтр 5. Если масло густое (при холодном двигателе), то в фильтре
5 оно проходит через фильтрующий элемент грубой очистки 6 и направляется в
главную масляную магистраль 7 (канал с очищенным маслом). Если двигатель
прогрет, то перед поступлением в магистраль 7 масло проходит еще и через
фильтр 8 тонкой очистки; если же фильтрующие элементы засорены, то масло
поступает в магистраль 7, отжимая перепускной клапан 9. Из главной
магистрали 7 масло направляется в расточку 10 и через патрубок 11 поступает в
коленчатый вал 12, в котором оно последовательно через каналы 13, 14, 15,
полости 16 и 17, а также отверстия 18 и 19 направляется к кривошипным
подшипникам шатунов. Чрезмерному повышению давления масла в системе
препятствует клапан: сливной 20 (на спортивных двигателях) либо
дифференциальный 21 (для двигателей дорожных мотоциклов). При
дифференциальном клапане полость управления клапаном соединена с главной
масляной магистралью, а рециркуляционный запас масла сливается в поддон из
магистрали перед фильтром. Таким образом уменьшается вынужденная циркуляция
всего потока масла через фильтрующие элементы, что должно повысить срок их
службы и уменьшить пропуск нефильтрованного масла к трущимся деталям в
фильтре, особенно при частично засоренных элементах и работе двигателя с
пониженной температурой масла.
По сравнению с известными, предложенная система смазки обладает
совершенно новым качеством саморегулирования, что делает ее надежной и
простой в обслуживании и требует минимальных затрат мощности двигателя
на привод масляного насоса.
Действительно, при вращении коленчатого вала на масло, находящееся в его
каналах, действует центробежная сила, благодаря чему оно как бы засасывается
через патрубок 11 из главной масляной магистрали 7 и под давлением
(пропорциональным квадрату частоты вращения коленвала) через отверстия
18 и 19 в шатунных шейках направляется к подшипникам шатунов. Поскольку ввод
масла из главной магистрали в коленчатый вал происходит через
отверстие 10 - патрубок 11, совпадающие с осью вращения вала, а канал 15
выполнен по дуге окружности с центром на той же оси, то сопротивления в
каналах подачи масла практически равны нулю. При любой частоте вращения
коленчатого вала центробежные силы в указанных полостях и канале будут
всегда одинаковы. Благодаря этому при своем движении по обходному каналу
15 маслу не приходится преодолевать значительные по величине центробежные
силы (0,45 МПа при частоте вращения коленвала 8000 об/мин). Поэтому затраты
энергии на перемещение масла по каналу 15 ничтожны и равны лишь потерям на
трение его о стенки канала. В итоге для нормального питания шатунных
подшипников при любых частотах вращения коленвала достаточно давления масла
в главной магистрали 7 около 0,1 МПа. При этом расход масла через отверстия
18 и 19 в шатунных шейках самопроизвольно устанавливается
(из-за действия центробежных сил при вращении коленчатого вала)
пропорциональным частоте его вращения.
Для сравнения отметим, что при средних частотах вращения коленчатого
вала упомянутого двигателя МТ801 давление масла в системе должно быть не менее
0,35 МПа, а для нормального снабжения маслом шатунных подшипников этого
двигателя при частоте вращения коленвала 8000 об/мин редукционный клапан
должен поддерживать давление в системе не менее 0,75 МПа. Кстати, это явилось
причиной установки на двигателях спортивных мотоциклов, а затем
и мотоциклов "Эскорт-78" центрифуги для очистки масла. Столь высокое давление
не допускает применения весьма удобных сменных масляных фильтров из-за их
ограниченной прочности.
Установка сливного клапана 20 после фильтра в крышке газораспределительного
механизма позволяет обеспечить высокую стабильность условий смазки шатунных
подшипников при их износе, при увеличении вязкости масла и повышении
гидравлического сопротивления фильтра, поскольку в этом случае давление в
главной магистрали не падает, как это имеет место, если редукционный клапан
расположен у насоса. Такой вариант установки сливного клапана практически
исключает его засорение (ведь в магистрали 7 отфильтрованное масло) и
разгерметизацию системы. Но даже если это произойдет, клапан легко доступен
для осмотра, регулировки и очистки.
Кроме того, ускоряет достижение высокого давления в магистрали 7 при пуске
холодного двигателя, что снижает пусковые износы шатунных подшипников. Этому
способствует также указанное явление центробежного саморегулирования системы
и большое гидравлическое сопротивление клапана холодному (и вязкому) маслу.
Выполнение масляного фильтра в виде отдельного агрегата, установленного на
крышке механизма газораспределения, обеспечивает его простую замену. Кроме
того, охлаждение масла при фильтре с автономным корпусом лучше, чем с
системой смазки двигателя "ИМЗ".
Наконец, такое низкое давление в главной масляной магистрали, простая
конфигурация последней, наличие всего одного подвижного сопряжения в каналах
с очищенным маслом, применение весьма прогрессивного масляного фильтра
автомобильных двигателей ВАЗ, а также оговоренный эффект саморегулирования,
обусловленный действием центробежных сил на масло, делает предложенную
систему смазки простой и исключительно надежной в эксплуатации.
Конечно, "Днепр" с новым мотором остался все еще тем же старым добрым
"Днепром": ни мощность, ни динамика, ни экономичность его не изменились.
Удивляло лишь то, что при эксплуатации двигатель не требовал внимания к своей
персоне никогда, будь то непроходимые леса Вепской возвышенности или пески
Мангышлака. За все время жизни, со дня выпуска и до полного износа, с ним не
случилось ни одного ремонта, ни большого, ни маленького, кроме замены масла
и периодической регулировки клапанов. Другими словами, он приобрел качество,
которое в отношении "днепровских" моторов звучит так непривычно: надежность.
...В основную серию этот двигатель так и не пошел. У агонизирующего завода
нет ни сил, ни средств для перевооружения производства. Двигатели с измененной
системой смазки собираются в очень небольшом количестве и уходят в основном
на экспорт, поэтому купить такой мотор довольно сложно.
Но если вам повезет...
