Test Drive Unutarnje trenje II

Vrste podmazivanja i način podmazivanja različitih dijelova motora

Vrste podmazivanja

Interakcije pokretnih površina, uključujući trenje, podmazivanje i trošenje, rezultat su znanosti koja se naziva tribologija, a kada su u pitanju vrste trenja povezane s motorima s izgaranjem, dizajneri definiraju nekoliko vrsta maziva. Hidrodinamičko podmazivanje najzahtjevniji je 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 prilično gusti film kroz cijeli ležajni prostor. Iz tog razloga dizajneri koriste ležajeve čahura za ove dijelove motora, jer minimalna dodirna površina kugličnog ležaja stvara izuzetno veliko opterećenje sloja ulja. Štoviše, tlak u ovom uljnom filmu može biti gotovo pedeset puta veći od tlaka koji stvara sama pumpa! U praksi se sile u tim dijelovima prenose kroz sloj ulja. Naravno, da bi se održalo hidrodinamičko stanje podmazivanja, potrebno je da sustav za podmazivanje motora uvijek osigurava dovoljnu količinu ulja.

Moguće je da u nekom trenutku pod utjecajem visokog tlaka u pojedinim dijelovima film za podmazivanje postane stabilniji i tvrđi od metalnih dijelova koje podmazuje, pa čak dovodi do deformacije metalnih površina. Razvojni programeri ovu vrstu podmazivanja nazivaju elastohidrodinamičkom, a ona se može očitovati u gore spomenutim kugličnim ležajevima, u zupčanicima ili u podizačima ventila. U slučaju da brzina pomičnih dijelova jedan prema drugome 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 dulje vrijeme prekrivaju metal i izravnim dodirom sprječavaju njegovo uništavanje. Hidrostatičko podmazivanje javlja se u obliku tankog filma kada opterećenje naglo promijeni smjer i kada je brzina pokretnih dijelova vrlo mala. Ovdje je vrijedno 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 sustavima start-stop, poput habanja ležajeva pri čestim startovima, djelomično suha kojima su podvrgnuti sa svakim novim lansiranjem. O tome će biti riječi kasnije. Ovo često pokretanje dovodi do prijelaza s jednog oblika maziva na drugi i definira se kao „mazivo s miješanim filmom“.

Sustavi podmazivanja

Najraniji motori s unutarnjim izgaranjem za automobile i motocikle, pa čak i kasniji razvoj, imali su "podmazivanje" kapanjem u kojem je ulje ulazilo u motor iz svojevrsne "automatske" bradavice za podmazivanje pod djelovanjem sile teže, a nakon prolaska kroz nju istjecalo bi ili izgorjeti. 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 sustavi poboljšani dodavanjem uljne pumpe za opskrbu uljem u unutrašnjost motora i (često se nalazi) niz ventila. Međutim, ti crpni sustavi nemaju nikakve veze s kasnijim tehnologijama prisilnog podmazivanja koje se i danas koriste. Crpke su ugrađene izvana, ulijevajući ulje u kućište radilice, a zatim je prskanjem dospjelo do frikcijskih dijelova. Posebne lopatice u donjem dijelu klipnjača prskale su ulje u kućište radilice i blok cilindra, uslijed čega se višak ulja skupljao u mini kupeljima i kanalima te je pod djelovanjem gravitacije otjecao u glavne ležajeve i klipnjače i 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 u karter (i obratite pažnju na prijenos), zatim radilica donjih dijelova i klipnjače ostrugala su ulje i stvorila uljnu kupelj za trljanje dijelova. To nije bilo osobito teško s obzirom na to da je bregasto vratilo također bilo u kućištu radilice, a ventili su mirovali. Prvi svjetski rat i avionski motori koji jednostavno nisu radili s ovom vrstom maziva dali su snažan potisak u ovom smjeru. Tako su nastali sustavi koji su koristili unutarnje 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 utore u radilici, koji su neophodni za sustave s potpuno prisilnim podmazivanjem. Potonje se pojavilo kao potreba s razvojem motora koji povećavaju brzinu i opterećenje. To je također značilo da se ležajevi moraju ne samo podmazivati ​​već i hladiti.

U ovim sustavima ulje pod tlakom dovodi se do glavnih i donjih ležajeva klipnjače (potonji prima ulje kroz utore u koljenastom vratilu) i ležajeva bregastog vratila. Velika prednost ovih sustava je što ulje praktički cirkulira kroz te ležajeve, tj. prolazi kroz njih i ulazi u karter. Dakle, sustav daje puno više ulja nego što je potrebno za podmazivanje, pa se stoga intenzivno hlade. Primjerice, još 60-ih godina Harry Ricardo prvi je uveo pravilo koje je predviđalo cirkulaciju tri litre ulja na sat, odnosno za motor od 3 KS. – XNUMX litara cirkulacije ulja u minuti. Današnji se bicikli repliciraju mnogo puta više.

Cirkulacija ulja u sustavu podmazivanja uključuje mrežu kanala ugrađenih u tijelo 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 s motorom izvlači ulje iz kartera i usmjerava ga na linijski filtar postavljen izvan kućišta. Zatim je potreban jedan (za linijski) ili par kanala (za bokserske motore ili motore u obliku slova V), koji se protežu gotovo cijelom dužinom motora. Zatim se pomoću malih poprečnih utora usmjerava na glavne ležajeve, ulazeći u njih kroz ulaz u gornjoj ljusci ležaja. Kroz periferni utor u 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 u praksi je teže, pa je gornji dio klipnjače često spremnik dizajniran da sadrži prskanja ulja ispod klipa. U nekim sustavima ulje dolazi do ležaja kroz provrt na samoj klipnjači. Ležajevi klipnih vijaka zauzvrat su podmazani sprejom.

Slično cirkulacijskom sustavu

Kada je bregasta osovina ili lančani prijenos ugrađen u kućište radilice, ovaj pogon se podmazuje ravnomjernim uljem, a kada je osovina ugrađena u glavu, pogonski lanac se podmazuje kontroliranim istjecanjem ulja iz hidrauličkog produžnog sustava. U motoru Ford 1.0 Ecoboost pogonski remen bregastog vratila 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 ima li motor donju ili gornju osovinu - prva ga obično prima žljebovima od glavnih ležajeva radilice, a druga žljebovima povezana s glavnim donjim utorom. ili neizravno, sa zasebnim zajedničkim kanalom u glavi ili u samoj bregastoj osovini, a ako su dvije osovine, to se množi s dva.

Dizajneri nastoje stvoriti sustave u kojima se ventili podmazuju precizno kontroliranom brzinom protoka kako bi se izbjeglo plavljenje i curenje ulja kroz vodilice ventila u cilindrima. Dodatnu složenost dodaje prisutnost hidrauličnih dizala. Stijene, nepravilnosti podmazuju se u uljnoj kupelji 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 cijelosti 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 izgaranja tijekom rada). ... U V-motorima uobičajeno je ubrizgavanje ulja iz klipnjače koja se kreće u suprotni cilindar na stijenku cilindra tako da je gornja strana podmazana, a zatim povučena na donju stranu. Ovdje treba 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 puno 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 / zraka iz kartera (tako da mora imati veliki kapacitet), koja prolazi kroz uređaj da bi se potonji odvojio i vratio u rezervoar.

Sustav podmazivanja također može uključivati ​​hladnjak za hlađenje ulja u težim motorima (to je bila uobičajena praksa za starije motore koji koriste jednostavna mineralna ulja) ili izmjenjivač topline spojen na sustav hlađenja. O tome će biti riječi kasnije.

Uljne pumpe i sigurnosni ventili

Uljne pumpe, uključujući i zupčanički par, izuzetno su prikladne za rad uljnog sustava i stoga se široko koriste u sustavima podmazivanja i u većini slučajeva pogone se izravno s koljenastog vratila. Druga opcija su rotacijske pumpe. Nedavno se također koriste crpke s kliznim lopaticama, uključujući verzije s promjenjivim obujmom, koje optimiziraju rad, a time i njihovu izvedbu u odnosu na brzinu i smanjuju potrošnju energije.

Uljni sustavi zahtijevaju sigurnosne ventile, jer pri velikim brzinama porast 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 snažne centrifugalne sile koje sprečavaju dovod nove količine ulja na ležaj. Uz to, pokretanje motora na niskim vanjskim temperaturama povećava otpornost ulja s povećanjem viskoznosti i smanjenjem zazora u mehanizmima, što često dovodi do kritičnih vrijednosti tlaka ulja. Većina sportskih automobila koristi senzor tlaka ulja i senzor temperature ulja.

(pratiti)

Tekst: Georgy Kolev