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...
