Введение . Совсем недавно мы уже рассматривали проблемы регулирования давления масла в двигателе по двум немецким автомобильным маркам, это были Ауди и Мерседес, и казалось, уже к подобному вопросу, смысла возвращаться нет, однако, как говорится — " никогда не говори никогда " )). В прошлом материале я немного касался этого узла (модуля масляного насоса) в очерке о злоключениях со стуком ДВС N20, но речь тогда шла о широко известной проблеме с его цепным приводом.
Данная проблема хорошо диагностировалась по характерному "вою " изношенной цепи, имела впечатляющие последствия при обрыве и, впоследствии, заклинивании коленчатого вала из-за "голодающего" шатунного вкладыша . Разумеется, люди связанные так или иначе с ремонтом (или освещением такого ремонта на полях публичных ресурсов )автомобилей этой марки, никак не могли пропустить такую показательную проблему )) делая упор на частоте возникновения неисправности и не пытаясь анализировать ее причины .
А между тем, проблема с насосным узлом из-за особенностей конструкции не заканчивается только на цепном приводе .Но давайте начнем по порядку и сначала рассмотрим другие конструкции масляного модуля.
1. Примеры использования общей компоновки масляного насоса и балансирных валов на моторах немецких производителей .
С момента получения ответа на вопрос какая именно компоновка ДВС в условиях ужесточения норм токсичности в несколько раз, имеет перспективу в развитии, прошло не много времени . Ответ был получен — оптимальная конструкция которая более менее гармонично совмещает высокие мощностные и экономичные показатели, одновременно обеспечивая необходимый комфорт управления автомобилем, это конструкция рядного 4 -х цилиндрового мотора.
Здесь нужно учитывать и удобную платформу при такой конструкции для гибридного автомобиля, и достаточную простоту унификации основных элементов для создания разных по объему ДВС ( как в примере с серией ЕА211 VW)
Однако, при таком количестве цилиндров здесь на первый план выходит работа конструкторов с компенсацией сил и моментов инерции первого и второго порядка . Увы, времена сбалансированного рядного 6 -ти цилиндрового мотора (который любит ставить в пример надежности и комфорта и главное ПРОСТОТЫ конструкции без всяких балансирных валов старшее поколение автомобилистов ) не требующего для идеально ровной работы даже . обычного маховика прошли . Здесь нам понадобится немного теории, что бы объяснить очень часто задаваемый вопрос :"Почему удаление балансирных механизмов из ДВС не приводит к существенным изменениям в комфорте эксплуатации ДВС ?" ))
Конструкция абсолютно уравновешенного мотора для одного цилиндра по силам и моментам инерции первого и второго порядка (метод Ланчестера ) хорошо известна .
как видим в реальности такой, полностью уравновешенный мотор построить нет никакой возможности, трудно представить условия когда производитель, экономя в весе на каждой мелочи и делая даже болты крепления крышек и корпусов сальников в ДВС из алюминия захочет связываться с такой . не простой и тяжелой конструкцией(здесь в весе не сэкономишь )) .
Учитывая вышеизложенное, чаще всего, конструкторы, что называется опираются на "синицу в руке" если нет возможности "достать журавля ") и ограничиваются максимальным количеством балансирных валов на рядных моторах обычно не более двух, работающих всегда с противоположным вращением (моменты и силы инерции второго порядка ) или вообще ограничиваются одним валом -противовесом на V-образных компоновках ДВС . Размещение таких балансирных валов долгое время было только одно — в области масляного поддона ДВС, так как установка таких валов непосредственно в блок -картер требовало целый ряд доработок не только системы привода, но и изменения топологии самого блок — картера по части масляных, вентиляционных каналов и рубашки системы охлаждения (о чем мы говорили ранее на примере 2.0 Tsi моторов Audi ) . Сегодня мы поговорим о наиболее часто встречающемся размещении балансирных валов в поддоне ДВС .
1 . Размещение модуля балансирных валов с масляным насосом на автомобилях Ауди / VW 2.0 /2.0 TFSi или когда совместимость крепления узлов на блоке далеко не самое важное .
Данный ДВС был первым среди бензиновых моторов (на дизельных моторах такая схема стала применятся раньше) на котором стал применятся общий модуль масляного насоса и балансирных валов .
После начала эксплуатации мотора с таким модулем проблем с ним не возникало вплоть до достижения внушительных цифр пробега . Здесь установлен обычный, не регулируемый, шестеренчатый насос выполненный в едином корпусе балансирных валов .
и несмотря на наличие ресурсных элементов .
повторюсь, первые обращения с проблемами данного узла возникали после значительного пробега . Но время, к сожалению, фактор деструктивный относительно механических систем )) и нормальное функционирование вполне надежного, модуля шестеренчатого насоса наружнего зацепления тоже заканчивалось .
Небольшой флэшбэк . Интересным и уникальным в своем роде моментом в части особенностей мотора 2.0 TFSi, который я не стал вставлять в изложенный ранее материал об этом моторе (на тот момент такое явление было не частым ), была работа представленного раннее на рисунке устройства компенсации колебаний цепи в приводной шестерне, при выходе этого, уникального в своем роде, из строя, приводило к колебаниям цепи которые, в свою очередь, приводили к критическому износу уже напрессованной шестерни коленчатого вала и это была уже совсем другая история, как понимаете … не связанная с давлением масла и модулем балансирных валов .
Продолжим повествование по основной теме ).Учитывая единую конструкцию всего модуля изношенную торцевую часть крышки насоса никак нельзя было восстановить . Даже 15 лет назад данная деталь в сборе с балансирами стоила. очень внушительно не говоря уже о текущем моменте так сказать. Каким же образом решалась такая проблема ?
Пытливые владельцы обратили внимание на то, что передняя часть корпуса блок-картера предыдущего поколения 1.8 Т MPi идентична б6 2.0 TFsi, в этом случае напрашивалось решение использовать, нерегулируемый масляный насос от предыдущего поколения мотора с дополнительной блокировкой дополнительного масляного канала .
Стоит такой насос в десятки раз дешевле, а функцию свою полностью выполняет . Казалось бы, вот оно идеальное решение проблемы .Увы, подобная замена насоса проходила далеко не всегда гладко на моторах продольного и поперечного расположения.
Для начала предлагаю сравнить две модификации корпуса масляного фильтра .
Хорошо видно в одном случае наличие, а в другом — отсутствие редукционного клапана масляной системы, отвечающего за поддержание магистрального давления в масляной системе под нагрузкой в районе 4.5 -5.5 Бар .
Хочу отметить отдельно, именно этот показатель дифференциального давления в масляной системе и является основным в оценке успешного функционирования масляной системы ДВС в целом для подавляющего количества моторов. При этом напоминаю на масляных насосах устанавливаемых на ДВС с MPi впрыском (установочный комплект которого был показан ранее), на самом насосе установлен ТОЛЬКО предохранительный клапан("клапан холодного пуска ") отрегулированный на 11 Бар избыточного давления малого сечения канала, который можно считать аварийным клапаном сброса давления (его часто называют клапаном "холодного (зимнего) пуска " что соответствует действительности ), а никак не регулирующим элементом масляной системы .Вернемся к нашему вопросу :"Почему два варианта исполнения корпуса масляного фильтра ?" Ответ скрывается в варианте исполнения модуля масляного насоса .
Иными словами модуль может как включать в свою конструкцию редукционный клапан ( свежая модификация от VW для турбированных моторов ), так и обходиться без него, в этом случае он устанавливается в корпус масляного фильтра . Отсюда вытекает очень простое решение, после снятия модуля балансиров для замены обычным насосом необходимо проверить какой именно тип модуля был установлен на данном ДВС и если будет обнаружен на нем редукционный клапан, то без дополнительной замены корпуса масляного фильтра вкупе с установкой обычного масляного насоса (без балансирных валов ) никак не обойтись ибо в противном случае давление масла будет зашкаливать с последствиями в виде "зажатых" компенсаторов например .
P/s/ В свое время, лет 5-6 назад меня просили отдельно осветить этот вопрос модернизации масляной системы 2.0 TFSI, так как возникало отчетливое недопонимание как правильно проводить такую замену масляного насоса, так как данный аспект работы с ним был не слишком тогда распространен, не хотелось создавать отдельный материал, сейчас же как часть общей темы, я думаю этот вопрос прояснил ))
2. Модуль балансирных валов на дизельных моторах немецких производителей .
Известность эти модули приобрели отнюдь, не из-за свойств подшипников балансирных валов или самого масляного насоса, с ними у них как раз полный порядок, вопросы к ресурсу данных деталей не возникали .
Однако здесь было принято оригинальное решение по конструкции самого привода масляного насоса, который представляет собой вот такую "сложную" конструкцию ))
в которой грани не выдерживали нагрузку и попросту стирались . Сложилась странная ситуация, с одной стороны физически сам масляный насос выполнен отдельно от модуля балансирных валов (и мог быть соответственно восстановлен ), с другой -привод на него сделан далеко не лучшем образом, надо сказать попытки исправить путем увеличение его длины или изменения термообработки производителем предпринимались, но … в итоге вернулись к старой конструкции, так как оказалось, что гораздо проще поменять такой привод- " карандаш", чем ответную часть в виде посадочного гнезда блока шестерен с балансирными валами при стирании граней которых менялся …недешевый модуль балансирных валов )).
Решение здесь напрашивается само по себе — лучший вариант для дизельного двигателя это рессурная замена(обновление) этого вала -привода через определенный пробег (в районе 60 — 100 т.км в зависимости от условий эксплуатации ДВС, на коммерческом транспорте раньше ), не дожидаясь критической индикации по давлению масла .
3. Используемые конструкции балансирных валов на автомобилях остальных производителей .
В автомобилях азиатских производителей балансирные валы устанавливаются достаточно давно, но у них всех есть общий признак .
они чаще всего имеют компактные размеры и размещаются горизонтально относительно плоскости поддона ДВС, напоминаю -длина самого вала для самого процесса уравновешивания сил и моментов инерции — фактор не существенный, обычный пересчет с общей массы вала и уравновещивающих грузов .
Если пройтись по основным проблемам таких агрегатов на японских моторах, то в основном, это посторонние звуки в работе, и чаще всего локализация в поиске его очень простая, так как в большинстве случаев передача крутящего момента здесь идет через шестеренчатый редуктор и его довольно просто отключить заменив шестерню редуктора на обычную втулку (как например это делается на Ниссан Патфайндер), так же как и в случае, скажем с Hyundai Terracan 2.5 где балансирный вал приводится отдельным ремнем.Обсуждать же например возможное удаление балансирных валов(подобно 2.0 TFsi) на семействе 1G Митсубиси Galant за давностью лет смысла не имеет )). Но есть и другой фактор, как мне кажется, существенно важнее — короткий вал, обладает большей жесткостью, требует меньше опор (подшипников) и менее чувствителен к скачкам давления масла . Понятно основное место размещения для рядных моторов -масляный картер ДВС, ведь нам теперь уже хорошо известно по ранее выложенным материалам по моторам 2.0 Tsi Ауди 2009-2012 г выпуска, что установка балансирных валов на подшипниках скольжения в полости блок-картера не является …лучшим решением, а установка с роликовыми подшипниками усложняет и удорожает саму конструкцию )) .
Пожалуй самим ярким примером попытки насыщения такого модуля сразу несколькими выполняемыми задачами служит модуль установленный на баварских моторах N 20 .
4. Модуль балансирных валов N20 как вещь "в себе" состояние которой невозможно оценить объективно по внешним признакам .
Начать тут пожалуй следует с раннее изложенного материала по схожим проблемам с мерседесовским ( 651-ым), дизельным мотором по части масляного голодания . Удивительным образом здесь мы имеем определенную схожесть конструктивных решений агрегатов и проблем с ними связанными .Судите сами .
а) Конструкция регулируемого масляного насоса .
После хорошо зарекомендовавшей, схемы с радиальной регулировкой обоймы с мотора N52 с радиальным принципом перемещения внешней обоймы и сразу оцените конструкции всего модуля N 52 и сразу оцените разборную конструкцию балансирных валов N46, как и отсутствие оных в n47))
на моторах N20 решили отойти от такой схемы исполнения и принять упрощенную линейную схему перемещения внешней обоймы масляного насоса
Необычное решение, ведь до этого, на моторах этого же производителя использовалась именно горизонтальная схема расположения балансирных валов . Для меня очевидно, что был сделан выбор в сторону наиболее компактного решения учитывая форму поддона ДВС которое в свою очередь связано с объемом используемого масла и геометрическими размерами (по высоте ) самой силовой установки и особенностям передней подвески и рулевого управления .
Казалось бы, чем меньше промежуточных элементов и проще конструкция, тем лучше ? Однако первым тревожным звоночком было слишком малое межосевое расстояние в цепном приводе от звездочки коленчатого вала до вала масляного насоса, при этом диаметры звездочек меньше необходимого диаметра, относительно шага цепи сделать тоже нельзя в отличии от обычного шестеренчатого привода (отношение 1 к 2 никто не отменял, это основа функционирования балансирных валов и процесса уравновешивания в целом ).
Именно такая неприятная особенность приводит к тому, что на данном приводе изначально существует избыточное натяжение цепи, которое приводит к сокращению ресурса работа и к . уникальным звукам "подвывания" при работе ДВС, а при игнорировании и обрыве цепи привода масляного насоса со всеми вытекающими последствиями широко обсуждаемыми на полях различных форумов )) .
Казалось бы, а зачем такие сложности, почему не использовать обычную шестеренчатую передачу, которая просто напрашивается при таком малом эксцентриситете валов, которую давно и успешно использовали многие производители ? А вот тут уже вмешивается особенность конструкции самого блок-картера ДВС в котором отсутствует передняя крышка ( и все цепные приводы выполнены в виде единых с направляющими катриджей устанавливаемыми вертикально "колодец" привода ГРМ ).
К сожалению, как бы мне не хотелось бы ограничится только напоминанием о контроле за состоянием цепи привода масляного насоса на n20, но на этом недостатки такой конструкции не заканчиваются . Для начала ознакомимся с масляной системой этого мотора.
Обратите внимание на большую протяженность и разветвленность масляных каналов . Нас же интересует ее нижняя часть и собственно, процесс регулирования давления масла, а если быть точнее назначение этого клапана .
Хотелось бы рассмотреть этот вопрос регулирования более подробно, и на то есть причина. Несмотря на то, что существует много источников информации, по поводу его принципа действия, по моему мнению часто она носит откровенно, скажем так … субъективный характер с соответствующими выводами ))
Здесь можно увидеть некое соответствие признания своей ошибки производителем, так же, как и в случае с 651-ым мотором Мерседес (и точно с такой же конструкцией регулировки производительности), специалисты БМВ в конце концов при неоднократных обращениях его вывели из обычной управляемой ЭБУ схемы.
с помощью схожей по конструкции с Мерседес оригинальной заглушки .
Однако и здесь хочу отметить ровно то, что писал и тогда для другой аудитории.
Процесс регулирования давления при установке такой заглушки никуда не делся )), просто был убран фактор дополнительного влияния ЭБУ ДВС на механический редукционный клапан-золотник, лучше всего пояснит этот простой фрагмент общей гидравлической схемы .
однако в отличии от масляного насоса Ауди, когда доступ к нему имеется через разъемную плоскость (о чем писал в ранее выложенных материалах по конструкции данного насоса) здесь, в модуле он закрыт одноразовой заглушкой.
P. s . Дополнительно . В свое время, с целью поднять давление ( по аналогии с конструктивными элементами масляной системой старых моторов Mpi указанных ранее ) пытались подкладывать шайбы под регулирующую пружину регулирующего золотника )).Хочу напомнить таким "Кулибиным", что "поршень" здесь ДВУХсторонний (это не обычный редукционный клапан ) и такая компенсация должна проводится очень точно, учитывая малое регулирующее поперечное сечение золотника, не большое отклонение по жесткости пружины и баланс между рабочими плоскостями нарушится (иными словами -если добавить, что проверку давления масла нужно производить только при нагретом моторе каждый раз снимая и разбирая насосный модуль, то "пупок развяжется" подгонять итоговый результат на ощупь)).
При такой массивной конструкции узла ( а как иначе, ведь для такого длинного вала и количества подшипников, привода насоса потребовалась определенная жесткость ) в виде литого корпуса, для доступа к подшипниковым узлам потребовалось большое количество каналов под разными углами и путь до подшипников этих балансиров если выходит достаточно протяженным если вспомнить схему масляной системы .
Дополнительно хочу отметить отдельно (для любителей разобрать/ собрать Б.У с извлечением нужных деталей)), понятно, что масляный насос не может функционировать с частотой вращения балансирных валов, т.е. дополнительно нужно использовать уже понижающий редуктор для его нормальной работы, а здесь, в свою очередь, то же есть определенная тонкость установки по регулированию боковых зазоров (и косвенно пятна контакта) шестеренчатой передачи (и как выяснилось таких специалистов не много)), именно поэтому визуально насос можно, без проблем отделить от блока балансиров, но производитель рекомендует исключительно замену модуля в сборе.
В качестве показательного примера будет служить вот такой мотор N20 был прислан к нам на экспертизу .
Мотор восстановленный, после запуска не проработал и несколько минут, ожидалось, что по внешним признакам, заклинил шатунный вкладыш . но нет, причиной оказался модуль балансирных валов, в котором при вполне нормальном состоянии масляного насоса произошло "голодание" средней шейки ведущего вала .
вследствие чего весь модуль балансирных валов заклинил и .надежно удержал коленчатый вал ДВС )), вроде бы ничего страшного не произошло .но остался вопрос : "Каким образом такое могло произойти сразу же после пуска ДВС?". Проведя инспекцию масляных каналов насосного модуля и ГБЦ (полностью чистых, без наличия следов износа или засорения )и узнав обстоятельства запуска ДВС пришли к выводу, что с высокой вероятностью причина кроется в неправильной предварительной прокачке масляной системы . В этом заключается основное отличие нового, заводского мотора от восстановленного в условиях мастерской -холодная обкатка ДВС . Крайне важное значение приобретает то, каким образом происходил первый запуск
ДВС с такой сложной топологией масляных каналов так как холодная прокрутка в случае, как в данном случае с N20 должна проводиться гораздо дольше чем на ДВС с обычной организацией масляной системы .
В противном случае, как показывает практика, можно получить повторную замену, балансирного модуля практически сразу после запуска .
P/s/ Вообще, в ближайшее время, я намерен обсудить в отдельном материале разницу между словосочетаниями "новый" и "восстановленный " мотор, так как больно часто, в последнее время, наблюдаю откровенную подмену этих, совершенно разных по сути, понятий, в то время как, количество заявок именно на агрегатную замену ДВС вместо частичного ремонта растет . Этому есть объяснение — в особо тяжелых случаях, в случаях обрыва клапана к примеру или разрушения поршня /блок-картера, ремонт в настоящее время из за стоимости /наличия качественных зап.частей просто не рентабелен .
Заключение: В данном материале я хотел бы прояснить некоторые особенности в конструкции объединенных балансирных модулей с масляным насосом, и помимо этого донести отдельно мысль о том, что установка такого типа модулей, неважно будет ли такой узел модифицироваться как в случае с 2.0 TFSi, или просто заменятся как на N 20 накладывает определенные обязательства на профессиональные навыки и знание общего принципа функционирования масляной системы у механика) . На том разрешите попрощаться и до новых встреч .
Денис Карпов
