Динамическое уплотнение

Герметизация (или уплотнение деталей) двигателя – сложная задача, особенно если имеешь дело с динамическими уплотнениями. Подобные уплотнители работают с подвижными деталями, такими как коленвал, распредвал или стержень клапана. При работе этих деталей возникают уникальные ситуации для герметизации, так как уплотнение должно выполнять свои функции по герметизации, одновременно создавая тонкую пленку масла для смазки деталей и для защиты уплотнителя от разрушения. Конструкция подобных уплотнений, иначе еще называемых сальниками, совершенствовалась в течение многих лет, для улучшения за «удержанием» масла. Здесь мы расскажем об уплотнителях (сальниках) для коленчатых и распределительных валов, продолжая тему, начатую нашей публикацией от 30 марта 2018: «Как работают сальники».

Сальниковая набивка

Так назывались уплотнения, сделанные из асбестового шнура. Подобную набивку можно встретить в двигателях старых конструкций, особенно для герметизации задней части коленчатого вала. Из отечественных моторов набивку использовали в двигателе ГАЗ-24, из зарубежных – Mercedes серии OM615.

Для установки шнура («набивки») стоит применять специальный инструмент. Причем, очень важно – шнур должен быть полностью осажен в канавки крышки или блока цилиндров, прежде чем отрезать его по линии разъема. Подобная процедура является обязательной при сборке двигателя. Стоит отметить, что нынешние набивки резать очень тяжело, даже очень острым ножом из-за прочного волокна внутри.

Набивка из шнура контактирует с коленвалом на большой ширине, впитывая масло, смазывающее место контакта. Для надежной работы подобного уплотнения на хвостовике коленвала должна быть еще и маслосгонная накатка – канавки определенной глубины и профиля, которые отводят излишки масла от места контакта деталей. Поскольку эти уплотнители содержат масло, они, вероятно, со временем будут протекать.

Разрезной сальник

Этот сальник (из двух частей) пришел на замену набивке, для улучшения герметизации устранения протечек масла наружу. Обычно их отливали из металла и делали на них единственную узкую уплотнительную кромку. Масло, скапливающееся под кромкой, смазывало вал и саму кромку, сокращая износ и нагрев сопряженных деталей. Устанавливать такие уплотнения было намного проще, чем набивку. Каждую половину вставляли в канавки крышки и блока цилиндров таким образом, чтобы снаружи оставался короткий «хвостик» - зеркально для крышки и для блока, для устранения протечек по разъему крышки и блока цилиндров. Чтобы подобный сальник работал как следует – всегда смазывайте кромку сальника перед монтажом, а сама кромка должна указывать внутрь двигателя.

Цельный сальник

В современных двигателях используют цельные сальники, либо литые – из резины, либо тефлоновые (политетрафторэтилен, ПТФЭ) кромочные уплотнения. Наиболее распространенным до сих пор является «литой» сальник, который используется во многих двигателях и по сей день.

Подобные сальники представлены во множестве разновидностей, таких как металлические или «цельнорезиновые», с одинарной или двойной кромкой, спиральные или неспиральные. Поговорим о некоторых из этих моделей и их применениях.

Металлические или «цельнорезиновые» сальники

Прежние цельные сальники, которые предназначались для чугунных блоков, имели металлический «корпус»-обечайку. За счет натяга обечайка прочно сидела в блоке. Замена сальника стала возможна без снятия коленвала, как это было на предыдущих моделях. Для лучшего уплотнения на металлический «корпус» наносилось специальное покрытие, которое заполняло любые микронеровности посадочного места под сальник, для предотвращения утечек масла. Это покрытие могло иметь красный, синий или зеленый цвет.

При монтаже сальника нужно быть очень аккуратным, чтобы сальник сел на место без перекосов. Малейший перекос вызовет неравномерный износ уплотнительной кромки, повреждение «обечайки», выскакивание кольцевой пружины и, как следствие, перегрев вала и уплотнительной кромки сальника, что неизбежно вызовет преждевременное повреждение деталей.

Современные цельные сальники выполняют преимущественно с резиновым корпусом. Это было связано с изготовлением блоков цилиндров из алюминиевых сплавов. Так как степень теплового расширения алюминия больше, чем у чугуна, то сальник с металлической «обечайкой» подвергался при нагреве чрезмерной деформации. Резиновый корпус будет надежно герметизировать стык по наружному диаметру сальника даже, после того как диаметр отверстия изменится из-за теплового расширения. Другая важная причина для резинового покрытия на сальнике состоит в том, чтобы избежать повреждения посадочного отверстия в алюминиевом блоке кромкой стальной «обечайки».

Конструкции рабочих кромок и корпуса сальников

Вне зависимости от того, является ли сальник разрезным или цельным, его уплотняющий элемент – кромка. Прежние сальники, с одной кромкой, герметизировали стык хорошо, но грязь снаружи легко попадала на рабочую кромку и приводила к ее преждевременному износу. Эту проблему решили с помощью второй – пылезащитной – кромки. Эта кромка не контактирует с валом, а находится чуть выше. Тем не менее грязь уже не попадает на основную – уплотнительную – кромку. Уплотнительная кромка обычно прижимается к валу с помощью кольцевой пружины на внутренней поверхности кромки. Кроме того, на рабочей кромке многих сальников имеется своеобразный спиральный «рисунок» из отдельных рельефных рисок. Риски играют роль маслосгонной «накатки» - снимают с поверхности деталей пленку масла, которое может вытечь наружу, и направляют его назад в двигатель. Очень важно знать направление «вращения» спирали в конкретном двигателе. Использование сальника, со спиралью направленной по часовой стрелке, в двигателе с обратным вращением приведет к утечке масла наружу. Поэтому некоторые сальники, которые имеют на рабочей кромке Х-образный или треугольный «узор», являются универсальными и могут быть использованы пари любом направлении вращения вала. Типовые поперечные сечения сальников, показывающие ОД, кромку и спиральные узоры.

Тефлоновые (ПТФЭ) кромочные сальники

Новейшие сальники используют тефлоновую (ПТФЭ) уплотнительную кромку. В подобных сальниках используют тонкие кольцевые «прокладки» из синтетического волокна, с тефлоновым покрытием, которые запрессованы или вклеены к металлическому корпусу сальника. На рабочей кромке подобного сальника также имеется спиральный «рисунок», который работает также, как и литая «спираль» на прежних сальниках. Преимущество тефлоновых сальников – в большей площади контакта с валом. Кроме того, подобные сальники менее «чувствительны» к несоосности с валом и имеют более широкий диапазон рабочих температур (-80° до +260° С). Многие сальники ПТФЭ также имеют вторую кромку, чтобы защитить основную кромку. Такие сальники поставляются со специальной монтажной втулкой, удалять которую до монтажа сальника – недопустимо! Эта втулка надевается на коленвал, уплотнитель «соскальзывает» со втулки на вал, а затем запрессовывается в отверстие. При этом уплотнительная кромка сальника занимает правильное положение. Кроме того, ПТФЭ-сальники нельзя смазывать перед установкой. Использование любой смазки приведет к почти немедленной поломке сальника. Тефлоновая кромка, установленная на сухую, позволяет тефлону покрыть поверхность вала тонким покрытием, смазывая сопряженные поверхности.

Ремонтные втулки

Со временем уплотнительная кромка сальника изнашивает поверхность коленвала. При этом на поверхности вала образуются кольцевые канавки. К преждевременному износу сальника может привести и точечная коррозия на валу. Все это может вызвать течь масла при простой замене сальника. Чтобы избежать подобного, особенно при ремонте грузовых двигателей, можно воспользоваться ремонтными втулками. Эти тонкостенные «гильзы» с полированной поверхностью, из нержавеющей стали, одеваются на коленвал и создают новую гладкую поверхность для правильной работы сальника. Однако очень важно правильно смонтировать подобную втулку. Некоторые производители таких втулок продают соответствующие оправки. Важно убедиться, что втулка не перекошена при установке. Иначе она деформируется и станет непригодной.