נסיעת מבחן פנימית חיכוך II

סוגי שימון ושיטת שימון חלקי מנוע שונים

סוגי שימון

יחסי הגומלין של משטחים נעים, כולל חיכוך, שימון ובלאי, הם תוצאה של מדע הנקרא טריבולוגיה, וכשמדובר בסוגי חיכוך הקשורים למנועי בעירה פנימית, מעצבים מגדירים כמה סוגים של חומר סיכה. שימון הידרודינמי הוא הצורה המבוקשת ביותר של תהליך זה, והמקום האופייני בו הוא מתרחש נמצא במסבי המוט הראשי והחיבור של גל הארכובה, אשר נתונים לעומסים גבוהים בהרבה. הוא מופיע בחלל המיניאטורי שבין המסב לפיר V, והוא מובא לשם על ידי משאבת שמן. המשטח הנע של המסב פועל לאחר מכן כמשאבה משלו, השואבת ומפיצה את השמן הלאה ובסופו של דבר יוצרת סרט עבה דיו בכל שטח המיסב. מסיבה זו, מעצבים משתמשים במסבי שרוול עבור רכיבי מנוע אלה, מכיוון ששטח המגע המינימלי של מיסב הכדור יוצר עומס גבוה במיוחד על שכבת השמן. יתר על כן, הלחץ בסרט שמן זה יכול להיות כמעט פי חמישים מהלחץ שנוצר על ידי המשאבה עצמה! בפועל, הכוחות בחלקים אלה מועברים דרך שכבת השמן. כמובן שכדי לשמור על מצב הסיכה ההידרו-דינמי יש צורך שמערכת השימון של המנוע תמיד תספק מספיק שמן.

יתכן שבשלב מסוים, בהשפעת לחץ גבוה בחלקים מסוימים, סרט הסיכה הופך יציב ומוצק יותר מחלקי המתכת שהוא משמן, ואף מוביל לעיוות משטחי מתכת. מפתחים מכנים סוג זה של שימון אלסטוהידרודינמי, והוא יכול לבוא לידי ביטוי במסבי הכדור שהוזכרו לעיל, בגלגלי הילוכים או במרימי שסתומים. במקרה שמהירות החלקים הנעים זה לזה הופכת נמוכה מאוד, העומס גדל משמעותית או שאין מספיק אספקת נפט, מה שמכונה שימון גבולות מתרחש לעיתים קרובות. במקרה זה, השימון תלוי בהדבקה של מולקולות השמן למשטחים התומכים, כך שהם מופרדים על ידי סרט שמן דק יחסית אך עדיין נגיש. למרבה הצער, במקרים אלה תמיד קיימת סכנה כי הפילם הדק "ינקב" על ידי חלקים חריפים של אי-סדרים, ולכן מוסיפים לשמנים תוספות אנטי-לבוש מתאימות שמכסות את המתכת לאורך זמן ומונעות את השמדתה במגע ישיר. שימון הידרוסטטי מתרחש בצורה של סרט דק כאשר העומס משנה כיוון בפתאומיות ומהירות החלקים הנעים נמוכה מאוד. ראוי לציין כאן שחברות נושאות כמו מוטות חיבור עיקריים כמו פדרל-מוגול פיתחו טכנולוגיות חדשות לציפוין כדי שיוכלו להתמודד עם בעיות במערכות התחלה-הפסקת כגון שחיקת נשיאה בהתחלות תכופות יבשות שהם נתונים להם עם כל שיגור חדש. על כך נדון בהמשך. סטארט-אפ תכוף זה, בתורו, מוביל למעבר מצורת סיכה אחת לאחרת ומוגדר "חומר סיכה מעורב-סרט".

מערכות סיכה

מנועי הבעירה הפנימית הראשונים לרכב ואופנוע, ואף עיצובים מאוחרים יותר, היו בעלי "סיכה" בטפטוף שבה נכנס שמן למנוע מעין פטמת שומן "אוטומטית" מכוח הכבידה וזרם או נשרף לאחר שעבר דרכו. מעצבים היום מגדירים את מערכות הסיכה הללו, כמו גם מערכות סיכה למנועי שתי פעימות, בהן מערבבים שמן עם דלק, כ"מערכות סיכה לאובדן טוטאלי ". מאוחר יותר שופרו מערכות אלה בתוספת משאבת שמן לאספקת שמן לחלק הפנימי של המנוע ולרכבת השסתומים (הנמצאת לעתים קרובות). עם זאת, למערכות שאיבה אלה אין כל קשר לטכנולוגיות השימון המאולצות המאוחרות יותר שעדיין נמצאות בשימוש כיום. המשאבות הותקנו חיצונית, הניחו שמן לתוך הארכובה, ואז היא הגיעה לחלקי החיכוך בהתזה. להבים מיוחדים בתחתית מוטות החיבור ריססו שמן לתוך ארכובה ובלוק הצילינדר, וכתוצאה מכך נאסף עודף שמן במיני אמבטיות ובתעלות ובתוך פעולת הכבידה זרם לתוך מיסבי המוט הראשי והמחבר ו מיסבים של גל זיזים. מעין מעבר למערכות עם סיכה מאולצת בלחץ הוא מנוע פורד דגם T, שבו היה בגלגל התנופה משהו כמו גלגל טחנת מים, שנועד להרים שמן ולצנרו אל הארכובה (ושימו לב לתמסורת), ואז חלקי גל הארכובה ומוטות החיבור גירדו שמן ויצרו אמבט שמן לשפשוף חלקים. זה לא היה קשה במיוחד בהתחשב בכך שגל הזיזים היה גם בתוך הארכובה והשסתומים היו נייחים. מלחמת העולם הראשונה ומנועי המטוסים שפשוט לא עבדו עם חומר סיכה מסוג זה נתנו דחיפה חזקה בכיוון זה. כך נולדו מערכות שהשתמשו במשאבות פנימיות ובלחץ מעורב ושימון ריסוס, שהוחלו אז על מנועי רכב חדשים וכבדים יותר.

המרכיב העיקרי של מערכת זו היה משאבת שמן מונעת המנוע ששאבה שמן בלחץ רק למסבים הראשיים, בעוד שחלקים אחרים הסתמכו על סיכה בהתזה. לפיכך, לא היה צורך ליצור את החריצים בגל הארכובה, הדרושים למערכות עם שימון מאולץ לחלוטין. האחרון קם ככרח עם פיתוח מנועים המגבירים את המהירות והעומס. פירוש הדבר היה כי המסבים היו צריכים להיות לא רק משומנים אלא גם לקירור.

במערכות אלו מסופק שמן בלחץ למיסבי מוט החיבור הראשי והתחתון (האחרון מקבל שמן דרך חריצים בגל הארכובה) ולמיסבי גל זיזים. היתרון הגדול של מערכות אלו הוא ששמן כמעט מסתובב דרך מיסבים אלו, כלומר. עובר דרכם ונכנס לתא הארכובה. לפיכך, המערכת מספקת הרבה יותר שמן מהדרוש לשימון, ולכן הם עוברים קירור אינטנסיבי. לדוגמה, עוד בשנות ה-60, הארי ריקרדו הציג לראשונה כלל שסיפק מחזור של שלושה ליטר שמן לשעה, כלומר למנוע 3 כ"ס. – XNUMX ליטר מחזור שמן בדקה. האופניים של היום משוכפלים פי כמה.

זרימת השמן במערכת השימון כוללת רשת תעלות המובנית במרכב המנוע והמנוע, שמורכבותם תלויה במספר ובמיקום הגלילים ובמנגנון התזמון. לטובת אמינות ועמידות המנוע, מעצבים מעדיפים זה מכבר תעלות בצורת תעלה במקום צינורות.

משאבה המונעת על ידי מנוע שואבת נפט מהארכובה ומכוונת אותו אל פילטר שורות המותקן מחוץ לבית. אז זה לוקח אחד (עבור שורה) או זוג ערוצים (עבור מנועים מתאגרפים או בצורת V), המשתרעים כמעט לכל אורך המנוע. ואז, באמצעות חריצים רוחביים קטנים, הוא מכוון למסבים הראשיים, ונכנס אליהם דרך הכניסה במעטפת המסב העליונה. דרך חריץ היקפי של המסב, חלק מהשמן מופץ באופן שווה במיסב לקירור ושימון, ואילו החלק השני מופנה אל מוט החיבור התחתון הנושא דרך קידוח אלכסוני בגל הארכובה המחובר לאותה חריץ. סיכה של מיסב מוט החיבור העליון קשה יותר בפועל, ולכן החלק העליון של מוט החיבור הוא לעתים קרובות מאגר המיועד להכיל התזות שמן מתחת לבוכנה. במערכות מסוימות, שמן מגיע למסב דרך קידוח במוט החיבור עצמו. מסבי בורג הבוכנה, בתורם, משומנים בהתזה.

בדומה למערכת הדם

כאשר מותקנים גל זיזים או מנע שרשרת בארכובה, הינע זה משומן בשמן ישר, וכאשר הציר מותקן בראש, שרשרת ההינע משומנת על ידי דליפת שמן מבוקרת ממערכת ההארכה ההידראולית. במנוע פורד 1.0 Ecoboost משומנת גם רצועת ההנעה של גל הזיזים - במקרה זה על ידי טבילה במחבת השמן. אופן אספקת שמן הסיכה למיסבי גל הזיזים תלוי אם למנוע יש גל תחתון או עליון - הראשון מקבל אותו בדרך כלל מחורץ מהמיסבים הראשיים של גל הארכובה והשני מחורץ מחובר לחריץ התחתון הראשי. או בעקיפין, עם תעלה משותפת נפרדת בראש או בגל הזיזים עצמו, ואם יש שני פירים, זה מוכפל בשניים.

מעצבים שואפים ליצור מערכות בהן משמנים שסתומים בקצב זרימה מבוקר בדיוק כדי למנוע שיטפון ודליפת נפט דרך מכווני השסתומים שבגלילים. הנוכחות של מעליות הידראוליות מוסיפה מורכבות נוספת. סלעים, אי סדרים משומנים באמבט שמן או בהתזה באמבטיות מיניאטוריות, או באמצעות תעלות שדרכן עוזב השמן את הערוץ הראשי.

באשר לקירות הגליליים ולחצאיות הבוכנה, הם משומנים לחלוטין או חלקית בשמן שיוצא ומתפשט בארכובה ממסבי מוט החיבור התחתונים. מנועים קצרים יותר מתוכננים כך שהגלילים שלהם יקבלו יותר שמן ממקור זה מכיוון שיש להם קוטר גדול יותר והם קרובים יותר לארכובה. בחלק מהמנועים קירות הגליל מקבלים שמן נוסף מחור צדדי במוט החיבור, שמופנה בדרך כלל לכיוון הצד שבו הבוכנה מפעילה לחץ רוחבי יותר על הגליל (זה שהבוכנה מפעילה עליו לחץ במהלך הבעירה במהלך ההפעלה). ... במנועי V מקובל להזריק שמן ממוט חיבור הנע לגליל הנגדי אל דופן הצילינדר כך שהצד העליון משומן ואז הוא נמשך לצד התחתון. יש לציין כאן שבמקרה של מנועי טורבו, נפט נכנס לנושא של האחרון דרך תעלת הנפט הראשית וצינור. עם זאת, לעתים קרובות הם משתמשים בערוץ שני המכוון את זרימת השמן לחרירים מיוחדים המופנים אל הבוכנות, שנועדו לקרר אותם. במקרים אלה, משאבת השמן חזקה בהרבה.

במערכות לבורות יבשות, משאבת השמן מקבלת שמן ממכל נפט נפרד ומפיצה אותו באותו אופן. משאבת העזר שואבת את תערובת השמן / אוויר מהארכובה (כך שהיא חייבת להיות בעלת קיבולת גדולה), הזורמת דרך המכשיר כדי להפריד בין האחרון להחזירו למאגר.

מערכת השימון עשויה לכלול גם רדיאטור לקירור השמן במנועים כבדים יותר (זה היה מקובל למנועים ישנים המשתמשים בשמנים מינרליים פשוטים) או מחליף חום המחובר למערכת הקירור. על כך נדון בהמשך.

משאבות שמן ושסתומי הקלה

משאבות שמן, לרבות צמד גלגלי שיניים, מתאימות במיוחד לתפעול מערכת שמן ולכן נמצאות בשימוש נרחב במערכות סיכה וברוב המקרים מונעות ישירות מגל הארכובה. אפשרות נוספת היא משאבות סיבוביות. לאחרונה נעשה שימוש גם במשאבות שבשבת הזזה, לרבות גרסאות בנפח משתנה, המייעלות את הפעולה ובכך את ביצועיהן ביחס למהירות ומפחיתות את צריכת האנרגיה.

מערכות שמן דורשות שסתומי הפגה מכיוון שמהירויות גבוהות הגידול בכמות המסופקת על ידי משאבת השמן אינו תואם את הכמות שיכולה לעבור דרך המסבים. זאת בשל העובדה שבמקרים אלה נוצרים כוחות צנטריפוגלים חזקים בשמן הנושא, המונעים אספקת כמות חדשה של נפט למיסב. בנוסף, הפעלת המנוע בטמפרטורות חיצוניות נמוכות מגבירה את עמידות השמן עם עליית צמיגות וירידה בתגובת המנגנון, מה שמוביל לעיתים קרובות לערכים קריטיים של לחץ שמן. מרבית מכוניות הספורט משתמשות במד לחץ שמן ובמד טמפרטורת שמן.

(לעקוב)

טקסט: ג'ורג'י קולב