Probna vožnja Unutrašnje trenje II

Vrste podmazivanja i način podmazivanja različitih dijelova motora

Vrste podmazivanja

Interakcije pokretnih površina, uključujući trenje, podmazivanje i trošenje, rezultat su nauke koja se naziva tribologija, a kada su u pitanju vrste trenja povezane s motorima sa unutrašnjim izgaranjem, dizajneri definiraju nekoliko vrsta maziva. Hidrodinamičko podmazivanje je najtraženiji oblik ovog postupka, a tipično mjesto gdje se događa je u glavnim ležajevima i klipnjačama radilice koji su izloženi mnogo većim opterećenjima. Pojavljuje se u minijaturnom prostoru između ležaja i V-vratila, a tamo ga donosi pumpa za ulje. Pokretna površina ležaja tada djeluje kao vlastita pumpa, koja dalje pumpa i distribuira ulje i na kraju stvara dovoljno gusti film kroz cijeli ležajni prostor. Iz tog razloga dizajneri koriste ležajeve čaura za ove dijelove motora, jer minimalna dodirna površina kugličnog ležaja stvara izuzetno veliko opterećenje sloja ulja. Štoviše, pritisak u ovom uljnom filmu može biti gotovo pedeset puta veći od pritiska koji stvara sama pumpa! U praksi se sile u tim dijelovima prenose kroz sloj ulja. Naravno, da bi se održalo hidrodinamičko stanje podmazivanja, neophodno je da sistem za podmazivanje motora uvijek pruža dovoljnu količinu ulja.

Moguće je da u nekom trenutku pod utjecajem visokog pritiska u pojedinim dijelovima film za podmazivanje postane stabilniji i tvrđi od metalnih dijelova koje podmazuje, pa čak i dovede do deformacije metalnih površina. Programeri ovu vrstu podmazivanja nazivaju elastohidrodinamičkom, a ona se može manifestirati u gore spomenutim kugličnim ležajevima, u zupčanicima ili u podizačima ventila. U slučaju da brzina pokretnih dijelova jedan prema drugom postane vrlo niska, opterećenje se znatno povećava ili nema dovoljno opskrbe uljem, često se javlja takozvano granično podmazivanje. U ovom slučaju podmazivanje ovisi o prianjanju molekula ulja na noseće površine, tako da su odvojene relativno tankim, ali još uvijek dostupnim uljnim filmom. Nažalost, u tim slučajevima uvijek postoji opasnost da tanki film "probuše" oštri dijelovi nepravilnosti, pa se uljima dodaju odgovarajući aditivi protiv habanja koji metal dugo pokrivaju i direktnim kontaktom sprečavaju njegovo uništavanje. Hidrostatičko podmazivanje se javlja u obliku tankog filma kada teret naglo promijeni smjer i kada je brzina pokretnih dijelova vrlo mala. Ovdje vrijedi napomenuti da su tvrtke koje nose ležajeve poput glavnih klipnjača poput Federal-Mogul-a razvile nove tehnologije za njihovo presvlačenje kako bi mogle riješiti probleme sa start-stop sustavima poput habanja ležajeva pri čestim startovanjima, djelomično suha kojima su podvrgnuti sa svakim novim lansiranjem. O tome će biti riječi kasnije. Ovo često pokretanje dovodi do prelaska s jednog oblika maziva na drugi i definira se kao „mazivo s miješanim filmom“.

Sistemi podmazivanja

Najraniji motori sa unutrašnjim sagorijevanjem u automobilskoj industriji i motociklima, pa čak i kasniji projekti, imali su "podmazivanje" kapanjem u kojem je ulje ulazilo u motor iz svojevrsne "automatske" bradavice za podmazivanje gravitacijom i teklo kroz njih ili izgorjelo nakon prolaska kroz nju. Današnji dizajneri definiraju ove sustave podmazivanja, kao i sustave podmazivanja za dvotaktne motore, u kojima se ulje miješa s gorivom, kao "sustave podmazivanja s ukupnim gubicima". Kasnije su ti sistemi poboljšani dodavanjem uljne pumpe za dovod ulja u unutrašnjost motora i (često se nalazi) ventil. Međutim, ovi pumpni sistemi nemaju nikakve veze sa kasnijim tehnologijama prisilnog podmazivanja koje se i danas koriste. Pumpe su instalirane izvana, ulijevajući ulje u kućište radilice, a zatim je prskanjem dospjelo do frikcijskih dijelova. Posebne lopatice na dnu klipnjača prskale su ulje u kućište radilice i blok cilindra, uslijed čega se višak ulja skupljao u mini kupeljima i kanalima te pod djelovanjem sile teže tekao u glavne ležajeve i klipnjače ležajevi bregastog vratila. Svojevrsni prijelaz na sustave s prisilnim podmazivanjem pod pritiskom je Fordov model T motora, u kojem je zamašnjak imao nešto poput kotača vodenog mlina, koji je trebao podizati ulje i dovoditi ga do kućišta radilice (i obratite pažnju na prijenos), zatim donji dijelovi radilice i klipnjače ostrugali su ulje i stvorili uljnu kupelj za trljanje dijelova. To nije bilo posebno teško s obzirom na to da je bregasto vratilo također bilo u kućištu radilice, a ventili su bili nepomični. Prvi svjetski rat i avionski motori koji jednostavno nisu radili s ovom vrstom maziva dali su snažan pomak u tom smjeru. Tako su nastali sistemi koji su koristili unutrašnje pumpe i mješovito podmazivanje pod tlakom i raspršivanjem, koji su zatim primijenjeni na nove i teže opterećene automobilske motore.

Glavna komponenta ovog sustava bila je motorna pumpa za ulje koja je pumpala ulje pod pritiskom samo na glavne ležajeve, dok su se drugi dijelovi oslanjali na podmazivanje raspršivanjem. Dakle, nije bilo potrebno oblikovati žljebove u radilici, koji su neophodni za sisteme s potpuno prisilnim podmazivanjem. Potonje se pojavilo kao potreba s razvojem motora koji povećavaju brzinu i opterećenje. To je također značilo da ležajevi moraju biti ne samo podmazani već i hlađeni.

U ovim sistemima ulje pod pritiskom se dovodi do glavnog i donjeg ležaja klipnjače (potonji prima ulje kroz žljebove na radilici) i ležajeva bregastog vratila. Velika prednost ovih sistema je što ulje praktično cirkuliše kroz ove ležajeve, tj. prolazi kroz njih i ulazi u kućište radilice. Tako sistem obezbjeđuje mnogo više ulja nego što je potrebno za podmazivanje, te se stoga intenzivno hlade. Na primjer, još 60-ih godina Harry Ricardo je prvi uveo pravilo koje je predviđalo cirkulaciju od tri litre ulja na sat, odnosno za motor od 3 KS. – XNUMX litara cirkulacije ulja u minuti. Današnji bicikli su višestruko replicirani.

Cirkulacija ulja u sistemu podmazivanja uključuje mrežu kanala ugrađenih u karoseriju i mehanizam motora čija složenost ovisi o broju i položaju cilindara i mehanizmu razvoda. Radi pouzdanosti i trajnosti motora, dizajneri već dugo preferiraju kanale u obliku kanala umjesto cjevovoda.

Pumpa pogonjena motorom izvlači ulje iz kartera i usmjerava ga na linijski filter postavljen izvan kućišta. Zatim je potreban jedan (za linijski) ili par kanala (za boksere ili motore u obliku slova V), koji se protežu gotovo cijelom dužinom motora. Zatim se pomoću malih poprečnih žljebova usmjerava na glavne ležajeve, ulazeći u njih kroz ulaz u gornjoj ljusci ležaja. Kroz periferni utor na ležaju, dio ulja se ravnomjerno raspoređuje u ležaj za hlađenje i podmazivanje, dok je drugi dio usmjeren na donji ležaj klipnjače kroz nagnuti otvor u radilici povezan s istim prorezom. Podmazivanje gornjeg ležaja klipnjače je u praksi teže, pa je gornji dio klipnjače često rezervoar dizajniran da sadrži prskanja ulja ispod klipa. U nekim sistemima ulje dolazi do ležaja kroz provrt na samoj klipnjači. Ležajevi klipnih vijaka zauzvrat su podmazani prskanjem.

Slično cirkulacijskom sistemu

Kada je bregasto vratilo ili lančani pogon ugrađen u kućište radilice, ovaj pogon se podmazuje direktnim uljem, a kada je osovina ugrađena u glavu, pogonski lanac se podmazuje kontroliranim curenjem ulja iz hidrauličkog sistema proširenja. Kod motora Ford 1.0 Ecoboost, pogonski remen bregaste osovine se također podmazuje - u ovom slučaju uranjanjem u uljnu posudu. Način na koji se ulje za podmazivanje dovodi do ležajeva bregastog vratila ovisi o tome da li motor ima donju ili gornju osovinu - prvo ga obično prima užljebljeno od glavnih ležajeva radilice, a drugo užljebljeno povezano s glavnim donjim žljebom. ili indirektno, sa zasebnim zajedničkim kanalom u glavi ili u samoj bregastoj osovini, a ako postoje dva vratila, to se množi sa dva.

Dizajneri nastoje stvoriti sisteme u kojima se ventili podmazuju precizno kontroliranim protocima kako bi se izbjeglo plavljenje i curenje ulja kroz vodilice ventila u cilindrima. Dodatnu složenost dodaje prisustvo hidrauličnih dizala. Kamenje, nepravilnosti podmazuju se u uljnoj kupki ili prskanjem u minijaturnim kupkama ili pomoću kanala kroz koje ulje napušta glavni kanal.

Što se tiče cilindričnih zidova i klipnih obloga, oni su u potpunosti ili djelomično podmazani uljem koje se širi i širi u karteru iz donjih ležajeva klipnjače. Kraći motori dizajnirani su tako da njihovi cilindri dobivaju više ulja iz ovog izvora jer imaju veći promjer i bliži su radilici. U nekim motorima zid cilindra izvlači dodatno ulje iz bočne rupe u kućištu klipnjače, koja je obično usmjerena prema strani gdje klip vrši veći bočni pritisak na cilindar (onaj na koji klip vrši pritisak tijekom sagorijevanja tijekom rada). ... U V-motorima uobičajeno je ubrizgavanje ulja iz klipnjače koja se kreće u suprotni cilindar na zid cilindra tako da je gornja strana podmazana, a zatim povučena na donju stranu. Ovdje je vrijedno napomenuti da u slučaju motora s turbopunjačem ulje ulazi u njihov ležaj glavnim uljnim kanalom i cjevovodom. Međutim, oni često koriste drugi kanal koji usmjerava protok ulja na posebne mlaznice usmjerene na klipove, koji su dizajnirani da ih hlade. U tim je slučajevima pumpa za ulje mnogo snažnija.

U sustavima suhih korita, pumpa za ulje prima ulje iz zasebnog spremnika za ulje i distribuira ga na isti način. Pomoćna pumpa usisava smjesu ulja / vazduha iz kartera (tako da mora imati veliki kapacitet), koja prolazi kroz uređaj da bi se ovaj odvojio i vratio u rezervoar.

Sistem za podmazivanje može takođe uključivati ​​radijator za hlađenje ulja u težim motorima (to je bila uobičajena praksa za starije motore koji koriste jednostavna mineralna ulja) ili izmjenjivač topline povezan sa sistemom za hlađenje. O tome će biti riječi kasnije.

Uljne pumpe i sigurnosni ventili

Pumpe za ulje, uključujući i par zupčanika, izuzetno su pogodne za rad uljnog sistema i stoga se široko koriste u sistemima za podmazivanje i u većini slučajeva se pokreću direktno iz radilice. Druga opcija su rotacijske pumpe. Nedavno se koriste i pumpe s kliznim lopaticama, uključujući verzije s promjenjivim pomakom, koje optimiziraju rad, a time i performanse u odnosu na brzinu i smanjuju potrošnju energije.

Uljni sistemi zahtijevaju sigurnosne ventile, jer se pri velikim brzinama povećanje količine koju pumpa ulja ne podudara s količinom koja može proći kroz ležajeve. To je zbog činjenice da se u tim slučajevima u ulju ležaja stvaraju jake centrifugalne sile koje sprečavaju dovod nove količine ulja u ležaj. Uz to, pokretanje motora na niskim vanjskim temperaturama povećava otpornost na ulje povećanjem viskoznosti i smanjenjem zazora u mehanizmima, što često dovodi do kritičnih vrijednosti tlaka ulja. Većina sportskih automobila koristi senzor pritiska ulja i senzor temperature ulja.

(pratiti)

Tekst: Georgy Kolev