Interne wrijving testrit II

Soorten smering en smeermethode van verschillende motoronderdelen

Soorten smering

De interacties van bewegende oppervlakken, waaronder wrijving, smering en slijtage, zijn het resultaat van een wetenschap die tribologie wordt genoemd, en als het gaat om de soorten wrijving die verband houden met verbrandingsmotoren, definiëren ontwerpers verschillende soorten smeermiddelen. Hydrodynamische smering is de meest gevraagde vorm van dit proces en de typische plaats waar het plaatsvindt is in de hoofd- en drijfstanglagers van de krukas, die aan veel hogere belastingen worden blootgesteld. Het verschijnt in de miniatuurruimte tussen het lager en de V-as en wordt daarheen gebracht door een oliepomp. Het bewegende oppervlak van het lager fungeert dan als eigen pomp, die de olie verder pompt en verdeelt en uiteindelijk een voldoende dikke film over de gehele lagerruimte creëert. Om deze reden gebruiken ontwerpers glijlagers voor deze motoronderdelen, aangezien het minimale contactoppervlak van een kogellager zorgt voor een extreem hoge belasting van de olielaag. Bovendien kan de druk in deze oliefilm bijna vijftig keer hoger zijn dan de druk die door de pomp zelf wordt gegenereerd! In de praktijk worden de krachten in deze delen door de olielaag geleid. Om de hydrodynamische smeringstoestand te behouden, is het natuurlijk noodzakelijk dat het motorsmeersysteem altijd voldoende olie levert.

Het is mogelijk dat op een gegeven moment, onder invloed van hoge druk in bepaalde onderdelen, de smeerfilm stabieler en harder wordt dan de metalen onderdelen die hij smeert, en zelfs leidt tot vervorming van metalen oppervlakken. Ontwikkelaars noemen dit type smering elastohydrodynamisch, en het kan zich uiten in de hierboven genoemde kogellagers, in tandwielen of in klepstoters. In het geval dat de snelheid van de bewegende delen ten opzichte van elkaar erg laag wordt, de belasting significant toeneemt of er onvoldoende olietoevoer is, treedt vaak zogenaamde boundary smering op. In dit geval is de smering afhankelijk van de hechting van de oliemoleculen aan de steunvlakken, zodat deze gescheiden worden door een relatief dunne maar nog steeds toegankelijke oliefilm. Helaas bestaat in deze gevallen altijd het gevaar dat de dunne film wordt "doorboord" door scherpe delen of onregelmatigheden, daarom worden geschikte antislijtageadditieven aan de oliën toegevoegd, die het metaal gedurende lange tijd bedekken en vernietiging door direct contact voorkomen. Hydrostatische smering vindt plaats in de vorm van een dunne film wanneer de belasting abrupt van richting verandert en de snelheid van de bewegende delen erg laag is. Het is vermeldenswaard dat lagerbedrijven zoals hoofddrijfstangen zoals Federal-Mogul nieuwe technologieën hebben ontwikkeld om ze te coaten, zodat ze problemen met start-stopsystemen kunnen oplossen, zoals lagerslijtage bij frequente starts, gedeeltelijk droog waaraan ze worden onderworpen bij elke nieuwe lancering. Dit wordt later besproken. Dit veelvuldig opstarten leidt op zijn beurt tot een overgang van de ene vorm van smeermiddel naar de andere en wordt gedefinieerd als "gemengd filmsmeermiddel".

Smeersystemen

De vroegste verbrandingsmotoren voor auto's en motorfietsen, en zelfs latere ontwikkelingen, hadden druppel "smering" waarbij olie de motor binnenkwam vanuit een soort "automatische" smeernippel onder invloed van de zwaartekracht en vervolgens doorstroomde of uitbrandde. Ontwerpers definiëren tegenwoordig deze smeersystemen, evenals smeersystemen voor tweetaktmotoren, waarin olie wordt gemengd met brandstof, als "total loss smeersystemen". Later werden deze systemen verbeterd met de toevoeging van een oliepomp om olie aan de binnenkant van de motor en aan de (vaak gevonden) kleppentrein te leveren. Deze pompsystemen hebben echter niets te maken met de latere technologieën voor geforceerde smering die nog steeds in gebruik zijn. De pompen werden extern geïnstalleerd en voerden olie in het carter, waarna het door spatten de wrijvingsdelen bereikte. Speciale bladen aan de onderkant van de drijfstangen sproeiden olie in het carter en het cilinderblok, waardoor overtollige olie in minibaden en kanalen werd opgevangen en onder invloed van de zwaartekracht in de hoofd- en drijfstanglagers stroomde en nokkenas lagers. Een soort overgang naar systemen met geforceerde smering onder druk is de Ford Model T-motor, waarbij het vliegwiel zoiets had als een watermolenwiel, dat bedoeld was om olie op te tillen en naar het carter te leiden (en let op de transmissie), dan de onderste delen krukas en drijfstangen schraapten olie en creëerden een oliebad voor het wrijven van onderdelen. Dit was niet bijzonder moeilijk aangezien de nokkenas ook in het carter zat en de kleppen stilstonden. De Eerste Wereldoorlog en vliegtuigmotoren die gewoon niet werkten in zo'n smeermiddel gaven een sterke impuls in deze richting. Zo ontstonden systemen die gebruik maakten van interne pompen en gemengde druk- en sproeismering, die vervolgens werden toegepast op nieuwe en zwaarder beladen automotoren.

Het belangrijkste onderdeel van dit systeem was een door een motor aangedreven oliepomp die olie onder druk alleen naar de hoofdlagers pompten, terwijl andere onderdelen afhankelijk waren van sproeismering. Het was dus niet nodig om groeven in de krukas te vormen, die nodig zijn voor systemen met volledig geforceerde smering. Dit laatste is als noodzaak ontstaan ​​bij de ontwikkeling van motoren die snelheid en belasting verhogen. Dit betekende ook dat de lagers niet alleen gesmeerd maar ook gekoeld moesten worden.

In deze systemen wordt olie onder druk toegevoerd aan de hoofd- en onderste drijfstanglagers (de laatste ontvangt olie via groeven in de krukas) en nokkenaslagers. Het grote voordeel van deze systemen is dat olie praktisch door deze lagers circuleert, d.w.z. gaat er doorheen en komt in het carter. Het systeem levert dus veel meer olie dan nodig is voor smering en daarom worden ze intensief gekoeld. In de jaren 60 introduceerde Harry Ricardo bijvoorbeeld voor het eerst een regel die voorzag in de circulatie van drie liter olie per uur, dat wil zeggen voor een motor van 3 pk. – XNUMX liter oliecirculatie per minuut. De fietsen van vandaag worden vele malen meer nagemaakt.

De oliecirculatie in het smeersysteem omvat een netwerk van kanalen die in het lichaam en het motormechanisme zijn ingebouwd, waarvan de complexiteit afhangt van het aantal en de locatie van de cilinders en het timingmechanisme. Omwille van de betrouwbaarheid en duurzaamheid van de motor hebben ontwerpers lange tijd de voorkeur gegeven aan kanaalvormige kanalen in plaats van aan pijpleidingen.

Een door een motor aangedreven pomp zuigt olie uit het carter en leidt deze naar een in-line filter dat buiten de behuizing is gemonteerd. Het duurt dan één (voor in-line) of een paar kanalen (voor boxer- of V-vormige motoren), die zich bijna over de gehele lengte van de motor uitstrekken. Vervolgens wordt het met behulp van kleine dwarse groeven naar de hoofdlagers geleid en deze via de inlaat in de bovenste lagerschaal ingevoerd. Via een perifere sleuf in het lager wordt een deel van de olie gelijkmatig verdeeld in het lager voor koeling en smering, terwijl het andere deel naar het onderste drijfstanglager wordt geleid via een schuine boring in de krukas die met dezelfde sleuf is verbonden. Het smeren van het bovenste drijfstanglager is in de praktijk moeilijker, daarom is het bovenste deel van de drijfstang vaak een reservoir dat ontworpen is om oliespatten onder de zuiger op te vangen. In sommige systemen bereikt olie het lager via een boring in de drijfstang zelf. De lagers van de zuigerbouten zijn op hun beurt spatgesmeerd.

Vergelijkbaar met de bloedsomloop

Wanneer een nokkenas- of kettingaandrijving in het carter is geïnstalleerd, wordt deze aandrijving gesmeerd met zuivere olie en wanneer de as in de kop is geïnstalleerd, wordt de aandrijfketting gesmeerd door gecontroleerde olielekkage uit het hydraulische verlengsysteem. Bij de Ford 1.0 Ecoboost-motor wordt ook de aandrijfriem van de nokkenas gesmeerd - in dit geval door onderdompeling in het oliecarter. De manier waarop smeerolie aan de nokkenaslagers wordt geleverd, hangt af van het feit of de motor een onder- of bovenas heeft - de eerste ontvangt het meestal gegroefd van de hoofdlagers van de krukas en de laatste gegroefd verbonden met de onderste hoofdgroef. of indirect, met een apart gemeenschappelijk kanaal in de kop of in de nokkenas zelf, en als er twee assen zijn, wordt dit vermenigvuldigd met twee.

Ontwerpers proberen systemen te creëren waarin kleppen worden gesmeerd met nauwkeurig gecontroleerde stroomsnelheden om overstromingen en olielekkage via de klepgeleiders in de cilinders te voorkomen. Extra complexiteit wordt toegevoegd door de aanwezigheid van hydraulische liften. Stenen, oneffenheden worden gesmeerd in een oliebad of door sproeien in miniatuurbaden, of door middel van kanaaltjes waardoor olie het hoofdkanaal verlaat.

Wat betreft de cilindrische wanden en zuigermantels, deze worden volledig of gedeeltelijk gesmeerd met olie die naar buiten komt en zich verspreidt in het carter van de onderste drijfstanglagers. Kortere motoren zijn zo ontworpen dat hun cilinders meer olie uit deze bron halen omdat ze een grotere diameter hebben en dichter bij de krukas staan. Bij sommige motoren zuigt de cilinderwand extra olie uit een zijgat in het drijfstanghuis, dat meestal naar de kant is gericht waar de zuiger meer zijdelingse druk op de cilinder uitoefent (die waarop de zuiger tijdens de verbranding tijdens bedrijf druk uitoefent). ... Bij V-motoren is het gebruikelijk om olie te injecteren vanaf een drijfstang die in de tegenoverliggende cilinder beweegt op de cilinderwand, zodat de bovenkant wordt gesmeerd en vervolgens naar de onderkant wordt getrokken. Het is vermeldenswaard dat in het geval van motoren met turbocompressor olie het lager van laatstgenoemde binnenkomt via het hoofdoliekanaal en de pijpleiding. Ze gebruiken echter vaak een tweede kanaal dat de oliestroom naar speciale mondstukken leidt die op de zuigers zijn gericht, die zijn ontworpen om ze te koelen. In deze gevallen is de oliepomp veel krachtiger.

In dry sump-systemen ontvangt de oliepomp olie uit een aparte olietank en verdeelt deze op dezelfde manier. De hulppomp zuigt het olie / luchtmengsel uit het carter (dus het moet een grote capaciteit hebben), dat door het apparaat stroomt om dit laatste te scheiden en terug te voeren naar het reservoir.

Het smeersysteem kan ook een radiator bevatten om de olie in zwaardere motoren te koelen (dit was gebruikelijk bij oudere motoren die eenvoudige minerale oliën gebruiken) of een warmtewisselaar die is aangesloten op het koelsysteem. Dit wordt later besproken.

Oliepompen en ontlastkleppen

Oliepompen, inclusief een tandwielpaar, zijn uitermate geschikt voor de bediening van een oliesysteem en worden dan ook veel toegepast in smeersystemen en worden in de meeste gevallen direct vanaf de krukas aangedreven. Een andere optie zijn roterende pompen. Sinds kort worden ook schottenpompen gebruikt, waaronder versies met variabele opbrengst, die de werking optimaliseren en daarmee hun prestaties in relatie tot snelheid en het energieverbruik verminderen.

Oliesystemen vereisen ontlastkleppen omdat bij hoge snelheden de toename van de hoeveelheid olie die door de pomp wordt aangevoerd niet overeenkomt met de hoeveelheid die door de lagers kan stromen. Dit komt door het feit dat in deze gevallen sterke centrifugaalkrachten worden gevormd in de lagerolie, waardoor de toevoer van een nieuwe hoeveelheid olie naar het lager wordt verhinderd. Bovendien verhoogt het starten van de motor bij lage buitentemperaturen de olieweerstand met een toename van de viscositeit en een afname van de speling in de mechanismen, wat vaak leidt tot kritische waarden van de oliedruk. De meeste sportwagens gebruiken een oliedruksensor en een olietemperatuursensor.

(volgen)

Tekst: Georgy Kolev