Назначение редукционного клапана в системе смазки

Редукционным называют клапан, предназначенный для уменьшения давления в линии отводимой от основной и поддержания этого давления на постоянном уровне.

Редукционные клапаны используют в случае если от одной линии высокого давления питаются один или несколько потребителей, рассчитанных на меньшее рабочее давление, чем основная линия.

Редукционные клапаны, также, применяются для уменьшения или стабилизации давления питания исполнительных механизмов.

Функции редукционного клапана

Редукционные клапаны позволяют реализовать следующие функции:

• Снижение давления в линии отводимой от основной
• Поддержание давления на постоянном уровне
• Ограничение давления (только для трехлинейных клапанов)

Как работает редукционный клапан

Попробуем разобраться, как работают редукционные клапаны.

Рассмотрим подробнее устройство и работу клапанов прямого и непрямого действия.

Редукционный клапан прямого действия

Принципиальная схема редукционного клапана прямого действия показана на рисунке. Рассмотрим основные элементы и принцип работы редукционного клапана.

Давление жидкости на выходе редукционного клапана в линии отводимой от основной называют редуцируемым.

Золотник 1 расположен в корпусе 2, в котором также установлена пружина 3, ее поджатие регулируется винтом 4.

Давление в напорной линии (Рн) подводится к рабочей полости золотника, не оказывая на него силового воздействия, так как площади поясков золотника равны. Осевыми силами, действующими на золотник являются сила пружины и сила, обусловленная давлением на выходе клапана (Рред). Положение золотника будет определяться силой действия пружины и редуцируемым давлением Рред. Настройка давления на выходе редукционного клапана осуществляется винтом, поджимающим пружину.

При увеличении редуцируемого давления (Рред), золотник, под действием этого давления будет смещаться (вверх по схеме), уменьшая площадь проходного сечения S, увеличивая гидравлическое сопротивление. В результате возросших потерь редуцируемое давление снизиться до величины первоначальной настройки.

При уменьшении редуцируемого давления (Рред) золотник под действие усилия пружины переместится вниз, увеличивая проходное сечение. В результате снижения потерь, давление в отводимой линии достигнет величины настройки.

В редукционном клапане прямого действия на золотник с одной стороны воздействует пружина, а с другой — редуцируемое давление. Усилие пружины зависит от степени ее сжатия, то есть от положения золотника, которое, в свою очередь, зависит от расхода на выходе клапана. В связи с этим при увеличении расходе через редукционный клапан прямого действия будет уменьшаться редуцируемое давление.

Эта особенность работы клапанов прямого действия может оказывать существенное влияние на работу клапана при больших величинах расхода. Поэтому для работы при больших расходах используют редукционные клапаны непрямого действия.

Редукционный клапан непрямого действия

Использование редукционных клапанов непрямого действия позволяет уменьшить влияние расхода на давление.

Схема клапана редукционного непрямого действия показана на рисунке.

Жидкость подводится в клапан через отверстие 9, пройдя через зазор между золотником 5 и седлом в корпусе, жидкость поступает в отовдимую линию 10. Давление жидкости в отводимой линии воздействует на нижний торец золотника. Жидкость из отводимой линии, к тому же, через постоянный дроссель 4 подводится к верхнему торцу золотника и к шарику 1, поджатому пружиной 2, усилие поджатия регулируется винтом 6. Линия 7 соединяется со сливом.

Положение золотника 5 определяется соотношением сил давления в отводимой линии (редуцируемого) и давления в камере 8.

Величина давления в камере 8 зависит от настройки пружины 2, то есть величину давления настройки клапан можно регулировать винтом 6.

В случае увеличения давления в линии отводимой от основной выше давления настройки, шарик отодвинется от седла, пропуская часть жидкости на слив. В результате появления расхода через дроссель 4, давление на верхний торец золотника снизится (из-за потерь на дросселе), золотник под действием редуцируемого давления переместится вверх, уменьшая проходное сечение, что вызовет снижение редуцируемого давления до величины настройки.

Как изображается редукционный клапан на гидросхемах

На гидравлических схемах редукционный клапан показывают в виде квадрата со стрелкой, указывающей направление жидкости, также на схеме показана регулируемая пружина и управление с линии выхода (пунктиром). Пример обозначения редукционного клапана показан на следующем рисунке.

Чем редукционный клапан отличается от предохранительного

Редукционные и предохранительные клапаны позволяют регулировать давление, некоторые модели этих устройств производятся в корпусах схожей формы, они регулируется с помощью винта, регулирующего поджатие пружины, их гидравлические схемы состоят из похожих элементов. По этим причинам эти клапаны можно перепутать. Хотя различий у редукционных и предохранительных клапанах гораздо больше, они различаются как по конструкции, принципу действия и назначению.

Пожалуй главным различием является то, что предохранительный клапан управляется давлением на входе (из линии Р), а на золотник редукционного клапана управляющее воздействие оказывает давление на выходе клапана (из линии А). Это отражено и на гидравлической схеме клапана, пунктирная линия управления на схеме редукционного клапана подведена к выходу, а на схеме предохранительного — ко входу.

Функции этих клапанов также различны, клапан предохранительный защищает гидравлическую систему от чрезмерно высоко давления, клапан редукционный снижает давление в линии отводимой от основной и поддерживает давление в этой линии на постоянном уровне.

Для смазки подшипников скольжения распредвала и коленвала моторное масло должно подводиться к ним под давлением. Иначе срок службы этих деталей сократится до нескольких минут. Но избыточное давление также нежелательно – оно может стать причиной потери смазочного материала. В автомобильных двигателях необходимая его величина обычно поддерживается за счёт сбрасывания избыточного масла из магистрали высокого давления, которое осуществляет редукционный клапан масляного насоса.

Для чего нужен редукционный клапан

Производительность масляного насоса напрямую зависит от частоты вращения коленчатого вала. Она рассчитывается таким образом, чтобы необходимое количество смазки подавалось к деталям уже при прокрутке маховика стартером и в режиме холостого хода. Таким образом, минимальная подача смазки насосом закладывается конструктивно.

При увеличении оборотов двигателя неизбежно должно увеличиться и давление масла. Чтобы его ограничить, можно пойти тремя путями:

1. Обеспечить независящий от числа оборотов двигателя привод масляного насоса, например, от электродвигателя.
2. Предусмотреть регулировку производительности насоса за счёт возможности изменения геометрии нагнетательной камеры.
3. Направить часть нагнетаемого масла либо обратно в картер, либо во всасывающую камеру.

Масляный насос автомобиля

Первые два варианта предполагают значительное усложнение конструкции системы смазки. Предпочтительнее же использовать третий вариант. Достаточно установить в масляный насос перепускной клапан, открывающийся под давлением масла в том случае, когда оно превышает некоторую заданную величину. Избыток смазки при этом или стекает обратно в картер или подаётся назад, к шестерням насоса.

Где он находится

Как правило, клапан расположен внутри корпуса насоса и представляет собой дополнительный канал, который открывается при определённом давлении. Насосы, шестерни которых расположены одна внутри другой, выполняют также роль передней крышки двигателя. Благодаря чему появляется возможность обеспечить доступ к клапану без излишних разборочных работ. Достаточно лишь выкрутить резьбовую пробку, обычно служащую опорой пружины. Иногда, впрочем, пробка выполнена в едином изделии с корпусом клапана. Это позволяет снять его целиком – для замены или очистки.

Доступ к редукционному клапану масляного насоса с наружным зацеплением шестерен открывается лишь после снятия масляного картера.

Масляный насос VW Caravella

Конструкция и принцип работы редукционного клапана

На рисунке представляется схема работы простейшего редукционного клапана:

Когда давление масла превысит некоторое пороговое значение, шарик 2 воздействует на пружину 3 и она сжимается, благодаря чему открывается дополнительный канал. Масло, таким образом, частично отводится от основной магистрали.

Количество смазки, подающейся к деталям, зависит от сечения канала и от усилия, с которым пружина воздействует на шарик. Таким образом, давление поддерживается автоматически – чем выше обороты двигателя, тем больше масла идёт «на сброс». В условиях низких температур, когда увеличивается вязкость смазочного материала, редукционный клапан может открыться при работе мотора на холостом ходу, предотвращая, таким образом, выдавливание масла через сальники.

Сходным образом работает редукционный клапан, в котором шарик заменяется на стаканчик:

Такая форма запирающего элемента имеет то преимущество, что позволяет более точно изменять сечение масляного канала, «подстраивая» количество подаваемой смазки в зависимости от режима работы двигателя.

Возможные неисправности

Как уже говорилось выше, основное назначение редукционного клапана – открывать дополнительный масляный канал, предотвращая образование избыточного давления в системе смазки. Но клапан должен не только открывать, но и надёжно перекрывать этот канал – в противном случае при низких оборотах двигателя есть риск возникновения «масляного голодания». Как правило, это вызывается недостаточно плотным прилеганием запирающего элемента (шарика или стаканчика) к седлу.

Причинами этого могут быть:

1. Потеря упругости пружины.
2. Нарушение формы седла клапана, царапины и сколы на прилегающих поверхностях.
3. Посторонние предметы (продукты износа шестерен насоса).

Измерением давления в системе смазки манометром выявить нарушение работы клапана практически невозможно. Его потеря может быть вызвана износом шестерен насоса и увеличенными зазорами в подшипниках скольжения распредвала или коленвала.

Наиболее эффективным способом проверки редукционного клапана и самого масляного насоса является испытание узла на специальном стенде.

Тем не менее, при простом осмотре можно выявить дефекты, которые могут отрицательно сказываться на его работе. Это глубокие задиры и царапины на шарике (стаканчике), грязь в канале. Также вполне возможно оценить состояние пружины. Для этого потребуется измерение её длины в свободном состоянии и при приложении определённого усилия. Как правило, такая информация есть в руководстве по ремонту автомобиля.

Ремонт

Восстановление работы клапана сводится к его очистке и замене деталей. Если запорный элемент выполнен в виде стаканчика, то особое внимание следует уделить состоянию фаски на его торце. Даже небольшие царапины на ней станут причиной потери давления. Иногда автовладельцы притирают стакан к седлу, используя притирочную пасту:

Восстановить работу клапана можно путем его очистки

Боковые стенки стаканчика служат лишь для точной установки рабочей фаски в седле. Поэтому небольшие царапины на них не отразятся на работоспособности клапана. Достаточно того, чтобы стаканчик свободно перемещался в канале.

При ремонте клапана всегда следует помнить о том, что на фактической производительности масляного насоса его состояние не сказывается никак. Поэтому дефектовку и ремонт узла необходимо производить комплексно – начиная с оценки состояния шестерен.

Назначение системы смазки

Детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов перемещаются относительно друг друга. Этому перемещению препятствует сила трения, величина которой зависит от относительной скорости перемещения, удельного давления деталей одной на другую и от точности обработки трущихся поверхностей. Для преодоления сил трения бесполезно затрачивается мощность двигателя. Помимо этого, трение деталей вызывает их нагрев. При чрезмерном нагреве зазоры между деталями уменьшатся настолько, что деталь перестанет перемещаться, т.е. заклинится.

Одним из наиболее эффективных способов уменьшения трения является ввод слоя смазки между трущимися поверхностями. Смазка, прилипая к поверхности, создает на ней прочную пленку, которая, разделяя детали, заменяет сухое трение между ними трением частиц смазки между собой. Так как в работающем двигателе масло беспрерывно циркулирует, оно одновременно охлаждает трущиеся детали и уносит твердые частицы, образовавшиеся в результате их износа. Помимо того, детали, смазываемые маслом, меньше подвержены действию коррозии, а зазоры между ними значительно уплотняются.

На современные системы смазки, кроме вышеперечисленных, возлагаются еще и управляющие функции. Моторное масло работает в гидрокомпенсаторах тепловых зазоров клапанов, гидронатяжителях привода ГРМ, системах регулирования фаз газораспределения.

Подача масла к трущимся поверхностям должна быть бесперебойной. При недостаточной подаче масла теряется мощность двигателя, повышается износ деталей и в результате их нагрева возможно выплавление подшипников, заклинивание поршней и остановка двигателя. Избыточная подача масла приводит к проникновению его в камеру сгорания, что увеличивает отложение нагара и ухудшает условия работы свечей зажигания.

Принцип работы

Так как отдельные детали двигателя работают в неодинаковых условиях, то смазка их также должна быть неодинакова. К наиболее нагруженным деталям масло подается под давлением, а к менее нагруженным – самотеком или разбрызгиванием. Системы, в которых смазка деталей производится разными способами, называются комбинированными.

При работе двигателя масляный насос обеспечивает непрерывную циркуляцию масла по системе. Под давлением оно поступает в масляный фильтр, а далее к коренным и шатунным подшипникам коленвала, поршневым пальцам, опорам и кулачкам распредвала, оси коромысел привода клапанов. В зависимости от конструкции мотора масло подается под давлением к валу турбокомпрессора, на внутреннюю поверхность поршней для их охлаждения, в гидротолкатели клапанов и исполнительные механизмы систем фазовращения.

На поверхности цилиндров масло попадает путем разбрызгивания через отверстия в нижней головке шатуна или форсунки в нижней части блока цилиндров. Попадая на стенки цилиндров, оно снижает трение при движении поршня и обеспечивает свободу перемещения компрессионных и маслосъемных колец.

Со смазанных под давлением деталей капли масла падают в поддон. Попадая на вращающиеся части кривошипно-шатунного механизма, они разбрызгиваются, создавая в картере так называемый масляный туман. Оседая на деталях двигателя, он обеспечивает их смазку. Осажденное масло затем стекает в поддон картера, и цикл повторяется вновь.

Устройство системы смазки

Система смазки двигателя включает в себя поддон картера с пробкой слива масла, масляный насос с редукционным клапаном, маслоприемник с сетчатым фильтром, масляный фильтр с предохранительным и перепускным клапанами, систему масляных каналов в блоке цилиндров, головке цилиндров, коленчатом и распределительном валах, датчик давления масла с контрольной лампой и маслозаливную горловину. В некоторых двигателях в систему смазки включен масляный радиатор.

Поддон картера представляет собой резервуар для хранения масла. Уровень масла в поддоне контролируется с помощью щупа, на котором нанесены метки максимально и минимально возможного уровня. Из поддона масло поступает через маслоприемник с сетчатым фильтром к масляному насосу. Маслоприемник может быть неподвижным или плавающего типа. Емкость системы смазки легкового автомобиля, в зависимости от объема и типа двигателя, может составлять от 3,5 до 7,5 литров. Причем указываемая в инструкции емкость имеет два значения — одно относится непосредственно к системе смазки двигателя, а второе указывает на необходимое количество масла с учетом емкости масляного фильтра.