Масляный насос

Масляный насос — это гидравлическая машина (объёмного или динамического типа), предназначенная для принудительной подачи моторного масла под давлением к трущимся поверхностям деталей двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а также для фильтрации, охлаждения и смазки механизмов. Является ключевым элементом системы смазки, обеспечивающим её работоспособность и долговечность.

История

Первые двигатели внутреннего сгорания (например, двигатели Отто и Даймлера) использовали системы смазки с разбрызгиванием или капельной подачей масла, которые не требовали отдельного насоса. С ростом мощности, частоты вращения и степени форсирования двигателей возникла необходимость в принудительной подаче масла к наиболее нагруженным узлам — коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, поршневым пальцам, распределительному валу.

В 1900-х годах начали применяться простейшие поршневые и плунжерные насосы, однако они имели низкую надёжность и неравномерную подачу. В 1920-1930-х годах, с развитием автомобилестроения, широкое распространение получили шестерённые масляные насосы, которые отличались простотой конструкции, компактностью и способностью создавать стабильное давление. В 1950-1960-х годах, с появлением двигателей с турбонаддувом и высокими оборотами, начали внедряться более производительные роторные (героторные) и винтовые насосы. В конце XX века, с ужесточением экологических норм и требований к экономичности, появились регулируемые масляные насосы с переменной производительностью, позволяющие снижать потери мощности на привод насоса и оптимизировать давление в зависимости от режима работы двигателя.

Классификация

Масляные насосы классифицируются по нескольким основным признакам.

По типу рабочего органа

• Шестерённые насосы: Наиболее распространённый тип. Состоят из двух сцепленных шестерён (ведущей и ведомой), заключённых в корпус. Масло захватывается впадинами зубьев при вращении и переносится из полости всасывания в полость нагнетания. Различают насосы с внешним зацеплением (классические) и с внутренним зацеплением (шестерня-ротор). Отличаются простотой, надёжностью, низкой стоимостью и способностью работать с загрязнённым маслом.
• Роторные (героторные) насосы: Разновидность шестерённых, где внутренний ротор с меньшим числом зубьев вращается внутри внешнего ротора с большим числом зубьев. Масло перекачивается в полостях между роторами. Компактнее классических шестерённых, обеспечивают более плавную подачу.
• Винтовые (шнековые) насосы: Рабочим органом является один или несколько винтов (шнеков), вращающихся в обойме. Масло движется вдоль оси винта. Обеспечивают очень равномерную подачу, низкий уровень шума и вибрации, но сложнее и дороже в производстве. Применяются в основном на крупных дизелях, судовых и стационарных двигателях.
• Пластинчатые (шиберные) насосы: Рабочий орган — ротор с радиально расположенными пластинами, которые при вращении прижимаются к корпусу. Масло захватывается между пластинами. Используются реже, в основном в гидроусилителях руля и некоторых агрегатах, где требуется высокая чистота масла.

По способу регулирования производительности

• Нерегулируемые (постоянной производительности): Подают масло с постоянным расходом, зависящим только от частоты вращения коленчатого вала. Избыток масла сбрасывается через редукционный клапан обратно в картер. Просты и дёшевы, но неэффективны на холостом ходу и при высоких оборотах.
• Регулируемые (с переменной производительностью): Изменяют подачу масла в зависимости от потребности двигателя. Обычно управляются электронным блоком управления (ЭБУ) или гидравлически. Позволяют снизить потери мощности на привод насоса (до 1-2% от мощности двигателя), улучшить топливную экономичность и уменьшить износ деталей. Основные типы:
• С изменением рабочего объёма (например, с подвижным статором у шестерённых насосов).
• С электромагнитным или пневматическим клапаном, регулирующим давление.

По приводу

• Механический привод: Насос приводится во вращение от коленчатого вала (через цепную, зубчатую или ременную передачу) или от распределительного вала. Наиболее распространённый тип.
• Электрический привод: Насос оснащён собственным электродвигателем. Позволяет подавать масло независимо от работы двигателя (например, для предпусковой смазки или смазки турбокомпрессора после остановки). Применяется в гибридных и некоторых современных бензиновых двигателях с системой «старт-стоп».

Устройство и принцип работы

Основные элементы конструкции масляного насоса:

• Корпус (обычно литой из алюминиевого сплава или чугуна).
• Рабочий орган (шестерни, роторы, винты).
• Вал привода (ведущая шестерня или ротор).
• Всасывающий и нагнетательный патрубки.
• Редукционный (перепускной) клапан — предохранительный элемент, сбрасывающий избыток масла обратно в картер при превышении заданного давления (обычно 3-8 бар). Предотвращает повреждение насоса и масляных магистралей.
• Маслоприёмник (сетка) — фильтр грубой очистки, установленный на всасывающем патрубке, предотвращает попадание крупных частиц в насос.

Принцип работы: при вращении коленчатого вала насос создаёт разрежение на входе, всасывая масло из поддона картера. Масло проходит через маслоприёмник, попадает в рабочую камеру, где захватывается зубьями шестерён (или лопастями роторов) и перемещается к выходному патрубку. Под давлением масло подаётся в масляную магистраль, откуда распределяется по каналам к подшипникам, поршням, распределительному валу и другим узлам.

Характеристики

Основные параметры масляного насоса:

• Производительность (подача): Объём масла, перекачиваемый за единицу времени (л/мин или м³/ч). Зависит от частоты вращения и рабочего объёма насоса.
• Давление нагнетания: Максимальное давление, которое насос способен создать (обычно 3-5 бар для бензиновых двигателей, до 8-10 бар для дизелей с турбонаддувом).
• Рабочий объём: Объём масла, вытесняемый за один оборот (см³/об).
• КПД: Отношение полезной мощности к затраченной. Для шестерённых насосов составляет 0,7-0,85.
• Температурный диапазон: Способность работать при температурах масла от -40°C до +150°C.

Применение

Масляные насосы применяются во всех типах двигателей внутреннего сгорания, где требуется принудительная смазка:

• Автомобильные двигатели (бензиновые и дизельные, легковые и грузовые).
• Мотоциклетные двигатели.
• Судовые двигатели (как вспомогательные, так и главные).
• Авиационные двигатели (поршневые и газотурбинные).
• Стационарные двигатели (генераторные установки, компрессоры, насосные станции).
• Сельскохозяйственная техника (тракторы, комбайны).
• Строительная техника (экскаваторы, бульдозеры).

Кроме ДВС, масляные насосы используются в гидравлических системах, системах смазки станков, редукторов и других механизмов.

Неисправности и обслуживание

Основные неисправности масляных насосов:

• Износ зубьев шестерён или роторов — приводит к снижению производительности и давления.
• Износ корпуса (увеличение зазоров) — вызывает внутренние утечки масла.
• Заклинивание редукционного клапана — может привести к чрезмерному давлению (разрыв масляного фильтра) или его отсутствию.
• Попадание воздуха (кавитация) — из-за низкого уровня масла или засорения маслоприёмника приводит к шуму, вибрации и разрушению насоса.
• Разрушение привода (обрыв цепи, износ шестерни).

Признаки неисправности: падение давления масла (по контрольной лампе или датчику), стук в двигателе, масляное голодание, повышенный шум насоса. Обслуживание сводится к регулярной замене масла и масляного фильтра, проверке уровня масла, а также к замене насоса при его износе (обычно насос меняют при капитальном ремонте двигателя).

Интересные факты

• В некоторых современных двигателях (например, от BMW, Audi, Volkswagen) применяются масляные насосы с двумя ступенями давления, которые переключаются в зависимости от нагрузки.
• В двигателях с системой «старт-стоп» масляный насос может быть оснащён дополнительным электрическим насосом для поддержания давления при остановке двигателя.
• Самые мощные масляные насосы (для судовых дизелей) могут иметь производительность до нескольких тысяч литров в минуту.

Источники

• Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа / Под ред. А. С. Орлина. — М.: Машиностроение, 1990.
• Смазка двигателей внутреннего сгорания / В. А. Гаврилов, В. Н. Колесников. — М.: Транспорт, 1985.
• Техническая эксплуатация автомобилей / Ю. Н. Баранов, А. В. Баранов. — М.: Академия, 2011.
• ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения».
• Материалы производителей (Bosch, Mahle, Federal-Mogul).