https://dzen.ru/a/YQISCzFyQEjvhrmI Уплотнение коленвалаНа сегодняшний день конструкция переднего и заднего сальников коленвала в виде кольца маслобензостойкой резины с внутренней пружинкой стало настолько привычна, что любое альтернативное решение воспринимается в лучшем случае как экзотика, а в худшем - сразу же в штыки (вспомним ту же сальниковую набивку на некоторых моторах ЗМЗ и те лучи ненависти, которые периодически посылают в её адрес, по поводу и без). Между тем, подход к этой проблеме на протяжении истории автомобилестроения менялся очень сильно. Причём речь идёт не только о музейных раритетах, но и о всё ещё актуальных в качестве средства передвижения машинах, выпущенных в 1980-х - 1990-х годах. А уж если погрузиться в пучину прошлого ещё глубже...
До сальников
Двигатель Benz Victoria 1894 года: картер - что это такое ?! Коленвал расположен совершенно открыто, смазка его подшипников осуществляется тремя установленными на них латунными лубрикаторами (в центре фото), а цилиндра - лубрикатором побольше со стеклянной колбой. Всё это заполнялось маслом перед поездкой, а крутилки сверху регулировали расход масла. На какой-то пробег его запаса хватало, а затем нужно было остановиться для его пополнения. Впоследствии капельные маслёнки стали размещать в салоне, на щите моторного отсека, и соединять со смазываемыми узлами трубками. Фото: https://www.spiegel.de/auto/fahrkultur/benz-victoria-von-1894-das-wohl-aelteste-originale-auto-der-welt-a-1282265.htmlСамые первые автомобильные двигатели использовали унаследованную от быстроходных паровых машин лубрикаторную систему смазки, в которой масло подавалось к трущимся парам самотёком при помощи специальных дозирующих приборов - лубрикаторов (они же капельные маслёнки), за работой которых следил сам водитель или его механик, а затем... ну, куда-то там девалось. Короче говоря - утечка масла из двигателя была не большей проблемой, чем, скажем, истечение отработавших газов из выхлопной трубы, а его расход воспринимался как неизбежная составная часть работы двигателя. Естественно, никакого специального уплотнения мест, в которых коленчатый вал выходил из катера двигателя, предусмотрено не было. В те годы было хорошо, если у двигателя вообще был закрытый картер (см. картинку выше).
Лабиринт для масла
Не то чтобы совсем уж типичная для своего времени, но всё же выполненная в его духе система смазки Ford Model T: маслоподъёмное колесо на маховике и черпачки на шатунах.Между тем, уже в начале XX века стали появляться первые системы смазки с масляным насосом - пока ещё без подачи масла к подшипникам под давлением. В большинстве случаев смазка была комбинированной: некоторые узлы мотора, вроде шестерён привода распредвала, смазывались от насоса, а потом масло стекало в появившийся-таки наконец поддон картера, а оттуда забиралось черпачками на шатунах, из которых частично попадало к подшипникам коленвала, а частично - разбрызгивалось в процессе, покрывая тонким слоем все внутренности мотора и таким образом осуществляя их смазывание. Более-менее герметичный картер принёс и проблемы - масло из него выдавливало давлением, возникающим при перемещении поршней и в результате прорыва через поршневые кольца отработанных газов.
Маслоотражательный гребень и маслосгонная резьба на задней шейке коленвала Adler Trumpf Junior. Фото автора.Первым подобием попытки герметизировать места выхода валов из картера стали так называемые лабиринтные уплотнения, которые как правило представляли собой несколько витков пологой винтовой резьбы на части вала, непосредственно проходящей через стенку двигателя. Направление этой маслосгонной резьбы было выбрано таким образом, что она как бы возвращала в картер масло, которое просачивалось из крайних подшипников коленвала. На заднем торце коленчатого вала дополнительно могло также иметься маслоотражательное кольцо (обычно выполненное в виде гребня на самом валу), которое при работе двигателя возвращало масло в картер за счёт центробежной силы (его нередко используют и в паре с современным сальником, для улучшения условий работы последнего).
Кольцевая канавка для малоотражательного гребня на этом моторе, в которую отражалось масло при вращении коленвала, была образована двумя съёмными деталями на задней стенке двигателя. Нижняя сейчас снята, за счёт этого видны каналы для слива масла обратно в блок цилиндров.При работе мотора утечка масла из него более или менее предотвращалась, а на несколько его капель, оставшихся на месте стоянки автомобиля, в те годы смотрели без особой брезгливости. Зато проблемы "потёк сальник" не существовало в принципе.
Двигатель "Москвича-400", он же Opel Kadett K38: спереди уже пробковый сальник (7), но на задней шейке коленвала - только маслоотражательный гребень (
и маслосгонная резьба (10). Отражённое масло стекало обратно в картер через специальную канавку (2).Сегодня в это довольно сложно поверить, но на некоторых двигателях такие уплотнения использовались вплоть до сороковых, а то и пятидесятых годов. Например, на знаменитом "плоскоголовом" Ford Flathead V8 лабиринтное уплотнение задней шейки коленвала использовалось вплоть до 1942 модельного года.
Набивка, собственной персоной
Обзор способов, при помощи которых на протяжении истории автомобиля пытались предотвратить утечку масла из картера двигателя через отверстия для прохода коленчатого вала - от лабиринтного уплотнения до сальника современного типа.
На сегодняшний день конструкция переднего и заднего сальников коленвала в виде кольца маслобензостойкой резины с внутренней пружинкой стало настолько привычна, что любое альтернативное решение воспринимается в лучшем случае как экзотика, а в худшем - сразу же в штыки (вспомним ту же сальниковую набивку на некоторых моторах ЗМЗ и те лучи ненависти, которые периодически посылают в её адрес, по поводу и без). Между тем, подход к этой проблеме на протяжении истории автомобилестроения менялся очень сильно. Причём речь идёт не только о музейных раритетах, но и о всё ещё актуальных в качестве средства передвижения машинах, выпущенных в 1980-х - 1990-х годах. А уж если погрузиться в пучину прошлого ещё глубже...
До сальниковСамые первые автомобильные двигатели использовали унаследованную от быстроходных паровых машин лубрикаторную систему смазки, в которой масло подавалось к трущимся парам самотёком при помощи специальных дозирующих приборов - лубрикаторов (они же капельные маслёнки), за работой которых следил сам водитель или его механик, а затем... ну, куда-то там девалось. Короче говоря - утечка масла из двигателя была не большей проблемой, чем, скажем, истечение отработавших газов из выхлопной трубы, а его расход воспринимался как неизбежная составная часть работы двигателя. Естественно, никакого специального уплотнения мест, в которых коленчатый вал выходил из катера двигателя, предусмотрено не было. В те годы было хорошо, если у двигателя вообще был закрытый картер (см. картинку выше).
Лабиринт для масла
Не то чтобы совсем уж типичная для своего времени, но всё же выполненная в его духе система смазки Ford Model T: маслоподъёмное колесо на маховике и черпачки на шатунах.
Между тем, уже в начале XX века стали появляться первые системы смазки с масляным насосом - пока ещё без подачи масла к подшипникам под давлением. В большинстве случаев смазка была комбинированной: некоторые узлы мотора, вроде шестерён привода распредвала, смазывались от насоса, а потом масло стекало в появившийся-таки наконец поддон картера, а оттуда забиралось черпачками на шатунах, из которых частично попадало к подшипникам коленвала, а частично - разбрызгивалось в процессе, покрывая тонким слоем все внутренности мотора и таким образом осуществляя их смазывание. Более-менее герметичный картер принёс и проблемы - масло из него выдавливало давлением, возникающим при перемещении поршней и в результате прорыва через поршневые кольца отработанных газов.
Маслоотражательный гребень и маслосгонная резьба на задней шейке коленвала Adler Trumpf Junior. Фото автора.
Первым подобием попытки герметизировать места выхода валов из картера стали так называемые лабиринтные уплотнения, которые как правило представляли собой несколько витков пологой винтовой резьбы на части вала, непосредственно проходящей через стенку двигателя. Направление этой маслосгонной резьбы было выбрано таким образом, что она как бы возвращала в картер масло, которое просачивалось из крайних подшипников коленвала. На заднем торце коленчатого вала дополнительно могло также иметься маслоотражательное кольцо (обычно выполненное в виде гребня на самом валу), которое при работе двигателя возвращало масло в картер за счёт центробежной силы (его нередко используют и в паре с современным сальником, для улучшения условий работы последнего).
Кольцевая канавка для малоотражательного гребня на этом моторе, в которую отражалось масло при вращении коленвала, была образована двумя съёмными деталями на задней стенке двигателя. Нижняя сейчас снята, за счёт этого видны каналы для слива масла обратно в блок цилиндров.
При работе мотора утечка масла из него более или менее предотвращалась, а на несколько его капель, оставшихся на месте стоянки автомобиля, в те годы смотрели без особой брезгливости. Зато проблемы "потёк сальник" не существовало в принципе )
Двигатель "Москвича-400", он же Opel Kadett K38: спереди уже пробковый сальник (7), но на задней шейке коленвала - только маслоотражательный гребень (
и маслосгонная резьба (10). Отражённое масло стекало обратно в картер через специальную канавку (2).
Сегодня в это довольно сложно поверить, но на некоторых двигателях такие уплотнения использовались вплоть до сороковых, а то и пятидесятых годов. Например, на знаменитом "плоскоголовом" Ford Flathead V8 лабиринтное уплотнение задней шейки коленвала использовалось вплоть до 1942 модельного года.
Набивка, собственной персоной
Между тем, ещё в конце двадцатых годов появилось намного более совершенное решение уплотнения задней коренной шейки коленчатого вала - сальник набивного типа со жгутовой набивкой. Собственно, сальниковая набивка использовалась ещё задолго до этого (например, в насосах) - тогда её просто додумались использовать для предотвращения утечек масла из двигателя. Видимо, один из первых примеров её применения на массовом моторе - 1929 Plymouth Model U, но это не точно (отследить дела столь давно минувших дней непросто). На наших моторах она появилась, судя по всему, вместе с лицензионной доджевской 218-кубовой рядной "шестёркой", которая в конце тридцатых стала ГАЗ-11.
Это сравнительно современный вариант жгутовой набивки, старая имела рисунок "ёлочкой" и ставилась с соблюдением определённого направления. Такая, как показана, направления не имеет.Изначально набивка представляла собой плетёный шнурок из хлопчатобумажных нитей, пропитанный воском. Впоследствии этот шнур стали делать из асбестового волокна и пропитывать графитовой смазкой или коллоидным графитом. Сегодня для неё может использоваться синтетическое волокно, а внутри - иметься прочный полимерный каркас, задающий сечение и форму набивки. При установке этот "шнурок" нарезается на две "колбаски", которые плотненько набиваются в кольцевую канавку, выполненную в постели заднего коренного подшипника и его крышке, а затем обжимаются по диаметру задней коренной шейки коленвала.
Из руководства по ремонту моторов "Шевроле" 1940-х - начала 50-х гг.Когда картер двигателя заполняется маслом, набивка впитывает некоторое его количество, от чего слегка разбухает и плотно охватывает шейку коленвала, удерживая масло внутри за счёт большой площади контакта с её поверхностью. Для надёжной работы такого уплотнения на валу в месте её расположения должна иметься лёгкая маслосгонная накатка, отводящая из зоны контакта излишки масла (но накатка именно едва ощутимая пальцем, глубиной в пару десятых миллиметра, а не глубокая, и тем более не полноценная маслосгонная канавка, которая набивку как раз очень быстро прикончит).
Кольцевая канавка под набивку в подшипнике задней шейки коленвала (наружная, а внутренняя канавка предназначена для маслоотражательного гребня на коленвалу).Небольшая потеря масла через такое уплотнение заложена в сам его принцип работы, который требует поступления масла в зону контакта набивки с шейкой вала для её смазки. Но эта естественная утечка имеет микроскопические масштабы и практически никак не проявляет себя на практике ! Если через набивку начинает подкапывать, или даже картер двигателя под ней заметно запотевает снаружи - это уже не есть нормально и требует вмешательства. Некоторое затруднение состоит в том, что для замены набивки нужно полностью снимать коленчатый вал двигателя - это, безусловно, неудобно. Кроме того, набивку мало просто установить - её нужно установить именно так, как нужно, что требует определённых знаний и опыта. Ресурс её обычно несколько меньше, чем у сальника современного типа, но в большинстве случаев правильно установленная набивка при соблюдении ряда условий (см. постскриптум) выхаживает до следующего капитального ремонта двигателя, пусть и не без небольшого подтекания масла в конце срока службы.
Кстати говоря, далеко не всегда течь масла в задней части двигателя говорит о выходе из строя набивки: часто масло просто стекает туда откуда-то ещё, поскольку мотор установлен в моторном отсеке заднеприводных автомобилей с наклоном назад.
Такая конструкция на некоторых моторах просуществовала очень долго, даже если не брать отечественный автопром. В Америке она использовалась как минимум до восьмидесятых годов практически на всех двигателях Ford Motor Company и Chrysler Corporation, а также таких марок General Motors, как Oldsmobile, Pontiac и Buick. Американцы вспоминают, что набивка на этих моторах либо начинала течь ещё во время обкатки нового автомобиля, либо не начинала - и в последнем случае выхаживала много десятков или даже сотен тысяч миль.
То же самое касается и многих английских производителей - например, Jaguar использовал набивку на моделях XJ и XJ-S до начала девяностых. На моторах Mercedes-Benz набивка встречалась до середины девяностых, а на их клонах, например дизеле Tata 697 NA (лицензионная копия OM 352) - чуть ли не до настоящего времени. И везде она работала, хотя и не без нареканий - в особенности последнее касается старых и в целом изношенных моторов с большим пропуском газов в картер.
Пробковый передний сальник коленчатого вала. Фото: https://korvesoliver.com/front-crankshaft-seal-cork-66-1850/Примерно тогда же, когда на задней шейке коленвала начали применять сальниковую набивку, на его переднем конце стали использовать войлочный или пробковый сальник, часто в сочетании с маслоотражательным кольцом. От масла он тоже немного набухал, более или менее обеспечивая герметичность, а также становился очень скользким, за счёт чего пробка служила довольно долго. Для уплотнения задней шейки, к которой из-за наклонного положения двигателя в моторном отсеке попадало намного больше масла, такой вариант подходил хуже и использовался на ней редко (но использовался - например, пробковый задний сальник коленвала стоял на старых тракторных моторах John Deere).
Неопреновая революцияТем временем, технологии развивались своим чередом. В середине тридцатых годов на рынке появляется новый материал - маслостойкий синтетический хлорпреновый каучук (неопрен), который позволил произвести настоящую революцию в области сальниковых уплотнений, в том числе и для двигателей. Сделанные из него сальники ("армированные уплотнительные манжеты с пружиной", по ГОСТ) работают по полностью иному принципу по сравнению с набивкой - их рабочей поверхностью является острая кромка, которая пружинкой постоянно слегка прижимается к поверхности вала и при его вращении контактирует с ним только в одной точке:
Показанный тут сальник устанавливается левой стороной внутрь.Благодаря этому сальник оказывает малое сопротивление вращению вала, и при этом хорошо "держит" масло на протяжении сотен тысяч километров пробега. Рабочая кромка является односторонней - в случае сальников коленвала она направлена таким образом, чтобы удерживать масло внутри картера (в других узлах может быть и наоборот, например - в шарнирах подвески, которым нужно обеспечить защиту от попадания грязи снаружи при свободном выходе лишнего масла при смазке). Часто имеется и вторая, наружная кромка (пыльник), работающая уже по системе "всех выпускать - никого не впускать": это призвано компенсировать один из недостатков сальника такого типа - высокую чувствительность к грязи, которая быстро изнашивает его нежную рабочую кромку при попадании под неё.
Если сальник разрезать...
И да, это именно разрезной сальник из двух половин; не самоделка, не тюнинг и не творчество владельцев, а вполне заводское решение. Такие сальники на старых американских моторах встречаются очень часто.Первые задние сальники коленчатого вала из хлорпренового каучука, судя по всему, появились в середине или конце пятидесятых годов на некоторых из новых моторов General Motors конфигурации V8. Сальники эти были как правило без пружинки и разрезными - то есть, состояли из двух половинок, как и набивка, так что для их установки двигатель было необходимо частично разбирать - хотя резиновый сальник был всё же проще в установке, так как его не требовалось обжимать под диаметр шейки. Существенный минус разрезного сальника - он всё же может немного подтекать по стыку двух половин, и в целом более капризен, чем цельный.
Сделано это было, видимо, экономии ради - такой сальник можно было устанавливать без особых переделок в тот же самый блок, в который ранее устанавливалась набивка. Порой даже один и тот же мотор мог идти как с сальником, так и с набивкой; или же с завода устанавливалась дешёвая набивка, а в ремонтные комплекты клался уже сальник (видимо, чтобы ремонт давал гарантированный эффект в том случае, если набивка таки начинала течь). Такая конструкция сальника дожила как минимум до девяностых годов. Для многих моторов, которые с завода шли с набивкой - например, GM-овских рядных "четвёрок" и "шестёрок" - сегодня выпускаются наборы для перехода на разрезной сальник.
Видно, что конструкция принципиально такая же, как и у американцев.В 1959 году состоящий из двух половинок резиновый сальник заднего коренного подшипника коленвала впервые в СССР появился на моторе "Чайки" ГАЗ-13. Однако что-то с ним явно пошло не так: вероятно, конструкция или технология изготовления сальника оказались неудачны, и он вызывал периодическое подтекание масла. Так что начиная с двигателя №241 он был заменён привычной жгутовой набивкой - видимо, при тогдашнем уровне технологий это было более надёжное решение. В результате у ГАЗа и ЗМЗ развилась хроническая "сальникобоязнь", и следующий мотор с задним сальником коленвала среди их серийной продукции появился только лишь в девяностые годы.
Впрочем, как мы видели, и в Америке далеко не все производители поспешили перейти на новомодные "резинотехнические изделия" в столь ответственном узле мотора. А вот на переднем конце коленчатого вала они нашли применение ещё задолго до этого, причём сразу цельные.
...Но цельный всё-же лучше
Задний сальник коленвала ЗМЗ-406. Держатель сальника выполнен как отдельная деталь.Так или иначе - переход на сальники современного типа начался, и шёл он медленно, но верно. Причём большинство фирм не последовало примеру GM, и на своих новых моторах применило не разрезной сальник, а цельный, имеющий вид резинового кольца с пружинкой. Такой сальник надевается на коленчатый вал снаружи, благодаря чему нет необходимости для его замены снимать поддон и вытаскивать "колено" из блока. В СССР первый такой сальник появился в начале шестидесятых в двигателе "Москвича" модели 407Д1 (переходная модель к 408-му мотору).
Другое конструктивное исполнение: посадочное место под сальник выполнено прямо в блоке цилиндров.Сегодня их существует множество видов: имеющие металлическую обойму и обрезиненные, с одинарными или сдвоенными рабочими кромками, с гидродинамической насечкой на рабочей кромке, с заложенной между рабочими кромкой смазкой, и так далее. Так, сальники для чугунных блоков цилиндров как правило имеют металлическую обойму, а для алюминиевых - выполняются в обрезиненном исполнении, чтобы избежать проблем из-за разного коэффициента теплового расширения материала блока и обоймы сальника, а также не допустить повреждения алюминиевой посадочной поверхности. И так далее.
Может сильно отличаться друг от друга и материал различных сальниковых уплотнений - например, сегодня для них активно внедряется фторкаучук (он же Viton, FKM, FPM, ФК), отличающийся полной нечувствительностью к практически любым смазочным маслам, включая большинство синтетических, и очень высокой износостойкостью.
Дополнение от модератора.В свете материалов этой статьи нельзя не упомянуть последнее веяние в деле развития уплотнений валов. Это так называемые безпружинные термоусадочные уплотнения.
(https://www.drive2.ru/b/2832011/?ysclid=lgcfsojavp804660025)Это манжеты, которые монтируются на вал с помощью специальной (довольно простой) оправки на которой манжета растягивается и сажается в своё гнездо и на вал. Непременным условием использования таких манжет является категорический запрет на применение какой либо смазки при монтаже. За время сборки двигателя манжета слегка возвращается к первоначальной форме, а после запуска манжета нагревается за счет сухого трения и плотно охватывает вал. Манжеты отличаются отличными уплотняющими свойствами и очень незначительным износом поверхности вала.
