Zkušební jízda Vnitřní tření II

Druhy mazání a způsob mazání různých částí motoru

Typy mazání

Interakce pohyblivých povrchů, včetně tření, mazání a opotřebení, jsou výsledkem vědy zvané tribologie, a pokud jde o typy tření spojené se spalovacími motory, konstruktéři definují několik typů maziv. Hydrodynamické mazání je nejžádanější formou tohoto procesu a typické místo, kde k němu dochází, je v hlavních a ojničních ložiscích klikového hřídele, které jsou vystaveny mnohem vyššímu zatížení. Objevuje se v miniaturním prostoru mezi ložiskem a V-hřídelem a přivádí jej tam olejové čerpadlo. Pohyblivá plocha ložiska pak funguje jako jeho vlastní čerpadlo, které dále pumpuje a distribuuje olej a nakonec vytváří docela silný film v celém ložiskovém prostoru. Z tohoto důvodu konstruktéři používají pro tyto součásti motoru kluzná ložiska, protože minimální kontaktní plocha kuličkového ložiska vytváří extrémně vysoké zatížení olejové vrstvy. Tlak v tomto olejovém filmu může být navíc téměř padesátkrát vyšší než tlak vytvářený samotným čerpadlem! V praxi se síly v těchto částech přenášejí olejovou vrstvou. Aby byl zachován stav hydrodynamického mazání, je samozřejmě nutné, aby mazací systém motoru vždy dodával dostatek oleje.

Je možné, že se v určitém okamžiku pod vysokým tlakem v určitých částech stane mazací film stabilnější a pevnější než kovové části, které lubrikuje, a dokonce povede k deformaci kovových povrchů. Vývojáři tento typ mazání nazývají elastohydrodynamický a může se projevit u výše zmíněných kuličkových ložisek, u ozubených kol nebo u zdvihadel ventilů. V případě, že se rychlost pohybujících se částí vzájemně velmi sníží, zátěž se výrazně zvýší nebo není dostatečný přísun oleje, často dochází k tzv. Meznímu mazání. V tomto případě mazání závisí na adhezi molekul oleje k nosným povrchům, takže jsou odděleny relativně tenkým, ale stále přístupným olejovým filmem. Bohužel v těchto případech vždy existuje nebezpečí, že tenký film bude „proražen“ ostrými částmi nepravidelností, proto jsou do olejů přidávány vhodné přísady proti opotřebení, které kov dlouho kryjí a zabraňují jeho zničení přímým kontaktem. K hydrostatickému mazání dochází ve formě tenkého filmu, když zatížení náhle změní směr a rychlost pohyblivých částí je velmi nízká. Zde stojí za zmínku, že společnosti vyrábějící ložiska, jako jsou hlavní ojnice, jako je Federal-Mogul, vyvinuly nové technologie pro jejich potahování, aby se mohly vypořádat s problémy se systémy start-stop, jako je opotřebení ložiska při častých rozbězích které jsou vystaveny při každém novém spuštění. O tom bude pojednáno později. Toto časté spouštění zase vede k přechodu z jedné formy maziva na druhou a je definováno jako „mazivo se smíšeným filmem“.

Mazací systémy

Nejranější spalovací motory pro automobily a motocykly, a dokonce i pozdější konstrukce, měly kapkové „mazání“, při kterém olej vstupoval do motoru z jakési „automatické“ maznice v důsledku gravitace a protékal nebo vyhořel poté, co jím prošel. Konstruktéři dnes definují tyto mazací systémy, stejně jako mazací systémy pro dvoudobé motory, ve kterých se mísí olej s palivem, jako „mazací systémy s úplnou ztrátou“. Později byly tyto systémy vylepšeny přidáním olejového čerpadla pro přívod oleje do vnitřních částí motoru a do (často se vyskytujícího) ventilového rozvodu. Tyto čerpací systémy však nemají nic společného s pozdějšími technologiemi nuceného mazání, které se používají dodnes. Čerpadla byla instalována externě, přiváděla olej do klikové skříně, a poté dosáhla třecích částí stříkáním. Speciální lopatky ve spodní části ojnic stříkaly olej do klikové skříně a bloku válců, v důsledku čehož se přebytečný olej shromažďoval v mini lázních a kanálech a působením gravitace proudil do ložisek hlavní a ojnice a ložiska vačkového hřídele. Druh přechodu na systémy s nuceným mazáním pod tlakem je motor Ford Model T, ve kterém měl setrvačník něco jako kolo vodního mlýna, které mělo zvedat olej a potrubí do klikové skříně (a všimněte si převodovky), pak spodní části klikového hřídele a ojnice škrábaly olej a vytvářely olejovou lázeň pro tření dílů. To nebylo nijak zvlášť obtížné vzhledem k tomu, že vačkový hřídel byl také v klikové skříni a ventily byly nehybné. První světová válka a letecké motory, které s tímto druhem maziva jednoduše nefungovaly, v tomto směru silně tlačily. Tak se zrodily systémy, které používaly vnitřní čerpadla a smíšené tlakové a sprejové mazání, které byly poté aplikovány na novější a těžší naložené automobilové motory.

Hlavní součástí tohoto systému bylo olejové čerpadlo poháněné motorem, které čerpalo olej pod tlakem pouze do hlavních ložisek, zatímco ostatní části spoléhaly na mazání rozprašováním. Nebylo tedy nutné vytvářet drážky v klikovém hřídeli, které jsou nezbytné pro systémy s plně nuceným mazáním. Ten vznikl jako nutnost s vývojem motorů, které zvyšují rychlost a zatížení. To také znamenalo, že ložiska musela být nejen mazána, ale také chlazena.

V těchto systémech je tlakový olej přiváděn do hlavního a spodního ojničního ložiska (ten dostává olej drážkami v klikovém hřídeli) a ložisek vačkového hřídele. Velkou výhodou těchto systémů je, že těmito ložisky prakticky cirkuluje olej, tzn. prochází jimi a vstupuje do klikové skříně. Systém tedy poskytuje mnohem více oleje, než je nutné pro mazání, a proto jsou intenzivně chlazeny. Například v 60. letech Harry Ricardo poprvé zavedl pravidlo, které umožňovalo oběh tří litrů oleje za hodinu, tedy pro motor o výkonu 3 hp. – XNUMX litrů cirkulace oleje za minutu. Dnešní jízdní kola jsou replikována mnohonásobně více.

Cirkulace oleje v mazacím systému zahrnuje síť kanálů zabudovaných do mechanismu těla a motoru, jejichž složitost závisí na počtu a umístění válců a na časovacím mechanismu. Kvůli spolehlivosti a trvanlivosti motoru konstruktéři dlouho upřednostňovali kanály ve tvaru kanálu místo potrubí.

Čerpadlo poháněné motorem čerpá olej z klikové skříně a nasměruje jej na řadový filtr namontovaný mimo skříň. Poté trvá jeden (pro řadový) nebo dvojici kanálů (pro motory typu boxer nebo V) a přesahuje téměř celou délku motoru. Poté je pomocí malých příčných drážek směrováno k hlavním ložiskům a vstupuje do nich vstupem v horním plášti ložiska. Prostřednictvím obvodové štěrbiny v ložisku je část oleje rovnoměrně distribuována v ložisku pro chlazení a mazání, zatímco druhá část je směrována do spodního ojničního ložiska prostřednictvím šikmého otvoru v klikovém hřídeli připojeném ke stejné štěrbině. Mazání horního ložiska ojnice je v praxi obtížnější, takže horní část ojnice je často nádrž navržená tak, aby obsahovala rozstřik oleje pod pístem. V některých systémech se olej dostává do ložiska otvorem v samotné ojnici. Ložiska šroubů pístu jsou zase mazána stříkáním.

Podobně jako oběhový systém

Při instalaci vačkového hřídele nebo řetězového pohonu v klikové skříni je tento pohon mazán průběžným olejem a při instalaci hřídele v hlavě je mazán hnací řetěz řízeným únikem oleje z hydraulického vysouvacího systému. U motoru Ford 1.0 Ecoboost se maže i řemen pohonu vačkového hřídele – v tomto případě ponořením do olejové vany. Způsob přivádění mazacího oleje do ložisek vačkového hřídele závisí na tom, zda má motor spodní nebo horní hřídel - první jej obvykle přijímá drážkovaný od hlavních ložisek klikového hřídele a druhý drážkovaný spojený s hlavní spodní drážkou. nebo nepřímo, se samostatným společným kanálem v hlavě nebo v samotném vačkovém hřídeli, a pokud jsou hřídele dva, násobí se to dvěma.

Konstruktéři se snaží vytvořit systémy, ve kterých jsou ventily mazány přesně regulovanými průtoky, aby se zabránilo zaplavení a úniku oleje přes vedení ventilů ve válcích. Dodatečné složitosti přidává přítomnost hydraulických výtahů. Skály, nerovnosti jsou mazány v olejové lázni nebo stříkáním v miniaturních lázních nebo pomocí kanálů, kterými olej opouští hlavní kanál.

Pokud jde o válcové stěny a pláště pístu, jsou zcela nebo částečně mazány vycházejícím olejem, který se šíří v klikové skříni ze spodních ložisek ojnice. Kratší motory jsou konstruovány tak, aby jejich válce čerpaly více oleje z tohoto zdroje, protože mají větší průměr a jsou blíže ke klikovému hřídeli. U některých motorů čerpají stěny válce další olej z bočního otvoru v pouzdru ojnice, který je obvykle směrován na stranu, kde píst vyvíjí boční tlak na válec (ten, na který píst vyvíjí tlak během spalování během provozu). ... U V-motorů je běžné vstřikovat olej z ojnice pohybující se do protilehlého válce na stěnu válce tak, aby byla namazána horní strana, a poté je tažena ke spodní straně. Zde je třeba poznamenat, že v případě přeplňovaných motorů vstupuje olej do jejich ložisek hlavním olejovým kanálem a potrubím. Často však používají druhý kanál, který směruje tok oleje do speciálních trysek namířených na písty, které jsou určeny k jejich chlazení. V těchto případech je olejové čerpadlo mnohem výkonnější.

V systémech se suchou jímkou ​​přijímá olejové čerpadlo olej ze samostatné olejové nádrže a distribuuje jej stejným způsobem. Pomocné čerpadlo nasává směs oleje a vzduchu z klikové skříně (musí tedy mít velkou kapacitu), která prochází zařízením, aby ji oddělila a vrátila ji do nádrže.

Mazací systém může také zahrnovat chladič pro chlazení oleje v těžších motorech (to byla běžná praxe u starších motorů používajících jednoduché minerální oleje) nebo výměník tepla připojený k chladicímu systému. O tom bude pojednáno později.

Olejová čerpadla a pojistné ventily

Olejová čerpadla včetně páru ozubených kol jsou mimořádně vhodná pro provoz olejového systému, a proto jsou široce používána v mazacích systémech a ve většině případů jsou poháněna přímo od klikové hřídele. Další možností jsou rotační čerpadla. V poslední době se používají také čerpadla s posuvnými lamelami, včetně verzí s proměnným výtlakem, které optimalizují provoz a tím i jejich výkon v poměru k rychlosti a snižují spotřebu energie.

Olejové systémy vyžadují pojistné ventily, protože při vysokých rychlostech se zvýšení množství dodávaného olejovým čerpadlem neshoduje s množstvím, které může projít ložisky. To je způsobeno skutečností, že v těchto případech se v ložiskovém oleji vytvářejí silné odstředivé síly, které zabraňují přívodu nového množství oleje do ložiska. Startování motoru při nízkých venkovních teplotách navíc zvyšuje odolnost oleje zvýšením viskozity a snížením vůle mechanismů, což často vede ke kritickým hodnotám tlaku oleje. Většina sportovních vozů používá snímač tlaku oleje a snímač teploty oleje.

(následovat)

Text: Georgy Kolev