Vnútorné trenie skúšobnej jazdy II

Druhy mazania a spôsob mazania rôznych častí motora

Typy mazania

Interakcie pohyblivých povrchov vrátane trenia, mazania a opotrebenia sú výsledkom vedy zvanej tribológia a pokiaľ ide o typy trenia spojené so spaľovacími motormi, konštruktéri definujú niekoľko druhov mazív. Hydrodynamické mazanie je najžiadanejšou formou tohto procesu a jeho typické miesto je v hlavných a ojničných ložiskách kľukového hriadeľa, ktoré sú vystavené oveľa vyššiemu zaťaženiu. Objavuje sa v miniatúrnom priestore medzi ložiskom a hriadeľom V a privádza ho tam olejové čerpadlo. Pohyblivá plocha ložiska potom funguje ako vlastné čerpadlo, ktoré čerpá a distribuuje olej ďalej a nakoniec vytvára dostatočne silný film v celom ložiskovom priestore. Z tohto dôvodu používajú konštruktéri pre tieto súčasti motora objímkové ložiská, pretože minimálna styčná plocha guľkového ložiska vytvára extrémne vysoké zaťaženie olejovej vrstvy. Tlak v tomto olejovom filme môže byť navyše takmer päťdesiatkrát vyšší ako tlak vytváraný samotným čerpadlom! V praxi sa sily v týchto častiach prenášajú cez olejovú vrstvu. Samozrejme, aby sa udržal stav hydrodynamického mazania, je potrebné, aby mazací systém motora vždy poskytoval dostatočné množstvo oleja.

Je možné, že sa v určitom okamihu pod vplyvom vysokého tlaku v určitých častiach stane mazací film stabilnejším a tvrdším ako kovové diely, ktoré lubrikuje, a dokonca povedie k deformácii kovových povrchov. Vývojári tento typ mazania nazývajú elastohydrodynamický a môže sa prejaviť vo vyššie spomenutých guľkových ložiskách, v prevodoch alebo vo zdvihákoch ventilov. V prípade, že rýchlosť pohybujúcich sa častí navzájom klesá, je veľmi nízka, zaťaženie sa výrazne zvýši alebo nie je dostatok oleja, často dochádza k takzvanému medznému mazaniu. V tomto prípade mazanie závisí od adhézie molekúl oleja k nosným povrchom, takže sú oddelené relatívne tenkým, ale stále prístupným olejovým filmom. Bohužiaľ, v týchto prípadoch vždy existuje nebezpečenstvo, že tenký film bude „prerazený“ ostrými časťami nepravidelností, preto sa do olejov pridávajú vhodné prísady proti opotrebeniu, ktoré kov dlho zakrývajú a zabraňujú jeho zničeniu priamym kontaktom. K hydrostatickému mazaniu dochádza ako tenký film, keď záťaž náhle zmení smer a rýchlosť pohyblivých častí je veľmi nízka. Tu treba poznamenať, že spoločnosti vyrábajúce ložiská, ako sú hlavné ojnice, ako je Federal-Mogul, vyvinuli nové technológie na ich nanášanie, aby mohli riešiť problémy so systémami start-stop, ako je opotrebovanie ložísk pri častých štartoch, čiastočne suché ktorým sú vystavené pri každom novom spustení. O tom sa bude diskutovať neskôr. Toto časté uvedenie do prevádzky zase vedie k prechodu z jednej formy maziva na druhú a je definované ako „zmiešané mazivo“.

Mazacie systémy

Najstaršie automobilové a motocyklové spaľovacie motory a dokonca aj neskoršie konštrukcie mali kvapkové „mazanie“, pri ktorom olej vstupoval do motora z akejsi „automatickej“ maznice v dôsledku gravitácie a po prechode ním pretekal alebo vyhorel. Dizajnéri dnes definujú tieto mazacie systémy, ako aj mazacie systémy pre dvojtaktné motory, v ktorých sa olej mieša s palivom, ako „mazacie systémy s úplnou stratou“. Neskôr boli tieto systémy vylepšené pridaním olejového čerpadla na dodávanie oleja do vnútra motora a do (často sa vyskytujúceho) ventilového rozvodu. Tieto čerpacie systémy však nemajú nič spoločné s neskoršími technológiami núteného mazania, ktoré sa používajú dodnes. Čerpadlá boli inštalované externe, pričom privádzali olej do kľukovej skrine, a potom striekaním dosiahlo trecie časti. Špeciálne lopatky v spodnej časti ojníc striekali olej do kľukovej skrine a bloku valcov, v dôsledku čoho sa prebytočný olej zhromažďoval v mini kúpeľoch a kanáloch a pôsobením gravitácie prúdil do ložísk hlavnej a ojnice a ložiská vačkových hriadeľov. Druh prechodu na systémy s núteným mazaním pod tlakom je motor Ford Model T, v ktorom mal zotrvačník niečo ako koleso vodného mlyna, ktoré malo zdvihnúť olej a priviesť ho do kľukovej skrine (a všimnite si prevodovku), potom spodné časti kľukového hriadeľa a ojnice oškrabali olej a vytvorili olejový kúpeľ na trenie dielov. Nebolo to obzvlášť ťažké vzhľadom na to, že vačkový hriadeľ bol aj v kľukovej skrini a ventily boli nehybné. Prvá svetová vojna a letecké motory, ktoré s týmto druhom maziva jednoducho nefungovali, v tomto smere urobili veľký tlak. Tak sa zrodili systémy, ktoré používali vnútorné čerpadlá a zmiešané tlakové a sprejové mazanie, ktoré sa potom aplikovali na novšie a ťažšie naložené automobilové motory.

Hlavnou súčasťou tohto systému bolo motorové olejové čerpadlo, ktoré čerpalo olej pod tlakom iba k hlavným ložiskám, zatiaľ čo ostatné časti sa spoliehali na mazanie striekaním. Takže nebolo potrebné vytvárať drážky v kľukovom hriadeli, ktoré sú nevyhnutné pre systémy s plne núteným mazaním. Posledná uvedená bola nevyhnutnosťou pri vývoji motorov, ktoré zvyšujú rýchlosť a zaťaženie. To tiež znamenalo, že ložiská museli byť nielen mazané, ale aj chladené.

V týchto systémoch sa tlakový olej dodáva do hlavného a spodného ojničného ložiska (ten dostáva olej cez drážky v kľukovom hriadeli) a ložísk vačkového hriadeľa. Veľkou výhodou týchto systémov je, že cez tieto ložiská prakticky cirkuluje olej, t.j. prechádza cez ne a vstupuje do kľukovej skrine. Systém teda poskytuje oveľa viac oleja, ako je potrebné na mazanie, a preto sú intenzívne chladené. Napríklad v 60-tych rokoch Harry Ricardo prvýkrát predstavil pravidlo, ktoré umožňovalo obeh troch litrov oleja za hodinu, to znamená pre motor s výkonom 3 hp. – XNUMX litrov obehu oleja za minútu. Dnešné bicykle sa replikujú mnohonásobne viac.

Cirkulácia oleja v mazacom systéme zahŕňa sieť kanálov zabudovaných do mechanizmu karosérie a motora, ktorých zložitosť závisí od počtu a umiestnenia valcov a časovacieho mechanizmu. Kvôli spoľahlivosti a životnosti motora návrhári dlho uprednostňovali kanály namiesto kanálov.

Čerpadlo poháňané motorom čerpá olej z kľukovej skrine a smeruje ho do in-line filtra namontovaného mimo krytu. Potom trvá jeden (pre radové) alebo dvojica kanálov (pre motory typu boxer alebo V) a tiahne sa takmer po celej dĺžke motora. Potom je pomocou malých priečnych drážok nasmerovaná na hlavné ložiská a vstupuje do nich vstupom do horného plášťa ložiska. Cez obvodovú štrbinu v ložisku je časť oleja rovnomerne distribuovaná v ložisku na chladenie a mazanie, zatiaľ čo druhá časť je nasmerovaná na spodné ojničné ložisko cez naklonený otvor v kľukovom hriadeli spojený s rovnakou štrbinou. Mazanie horného ložiska ojnice je v praxi zložitejšie, preto je horná časť ojnice často nádržou určenou na zachytávanie rozstrekovaného oleja pod piestom. V niektorých systémoch sa olej dostáva do ložiska otvorom v samotnej ojnici. Ložiská čapu piestu sú zase mazané postriekaním.

Podobne ako obehový systém

Keď je v kľukovej skrini nainštalovaný vačkový hriadeľ alebo reťazový pohon, je tento pohon mazaný priamym olejom a keď je hriadeľ namontovaný v hlave, hnacia reťaz je mazaná kontrolovaným únikom oleja z hydraulického predlžovacieho systému. V motore Ford 1.0 Ecoboost sa maže aj hnací remeň vačkového hriadeľa – v tomto prípade ponorením do olejovej vane. Spôsob, akým sa mazací olej dodáva do ložísk vačkového hriadeľa, závisí od toho, či má motor spodný alebo horný hriadeľ - prvý ho zvyčajne prijíma drážkami od hlavných ložísk kľukového hriadeľa a druhý drážkami spojenými s hlavnou spodnou drážkou. alebo nepriamo, so samostatným spoločným kanálom v hlave alebo v samotnom vačkovom hriadeli, a ak sú dva hriadele, vynásobí sa to dvoma.

Konštruktéri sa snažia vytvoriť systémy, v ktorých sú ventily mazané presne regulovaným prietokom, aby sa zabránilo zaplaveniu a úniku oleja cez vodidlá ventilov vo valcoch. Prítomnosť hydraulických výťahov dodáva ďalšiu zložitosť. Kamene, nerovnosti sa mazajú v olejovom kúpeli alebo striekaním do miniatúrnych kúpeľov alebo pomocou kanálov, cez ktoré olej opúšťa hlavný kanál.

Pokiaľ ide o valcové steny a plášte piestov, sú úplne alebo čiastočne namazané olejom, ktorý vyteká a šíri sa v kľukovej skrini zo spodných ložísk ojnice. Kratšie motory sú navrhnuté tak, aby ich valce získavali viac oleja z tohto zdroja, pretože majú väčší priemer a sú umiestnené bližšie ku kľukovému hriadeľu. U niektorých motorov odoberá stena valca ďalší olej z bočného otvoru v puzdre ojnice, ktorý je zvyčajne nasmerovaný na stranu, kde piest vyvíja väčší bočný tlak na valec (ten, na ktorý piest vyvíja tlak počas spaľovania počas prevádzky). ... Vo V-motoroch je bežné vstrekovať olej z ojnice pohybujúcej sa do protiľahlého valca na stenu valca tak, aby sa mazala jeho horná strana, ktorá sa potom vytiahne na spodnú stranu. Tu stojí za zmienku, že v prípade preplňovaných motorov vstupuje olej do ložísk motora cez hlavný olejový kanál a potrubie. Často však používajú druhý kanál, ktorý smeruje tok oleja do špeciálnych trysiek nasmerovaných na piesty, ktoré sú určené na ich chladenie. V týchto prípadoch je olejové čerpadlo oveľa výkonnejšie.

V systémoch suchej vane olejové čerpadlo prijíma olej zo samostatnej olejovej nádrže a distribuuje ho rovnakým spôsobom. Pomocné čerpadlo nasáva zmes oleja a vzduchu z kľukovej skrine (musí teda mať veľkú kapacitu), ktorá prechádza zariadením, aby sa oddelila a vrátila späť do nádrže.

Mazací systém môže obsahovať aj chladič na chladenie oleja v ťažších motoroch (to bola bežná prax pre staršie motory používajúce jednoduché minerálne oleje) alebo výmenník tepla pripojený k chladiacemu systému. O tom sa bude diskutovať neskôr.

Olejové čerpadlá a poistné ventily

Olejové čerpadlá, vrátane páru ozubených kolies, sú mimoriadne vhodné na prevádzku olejového systému, a preto sú široko používané v mazacích systémoch a vo väčšine prípadov sú poháňané priamo z kľukového hriadeľa. Ďalšou možnosťou sú rotačné čerpadlá. V poslednej dobe sa používajú aj čerpadlá s posuvnými lopatkami, a to aj vo verziách s premenlivým objemom, čo optimalizuje prevádzku a tým aj ich výkon vo vzťahu k rýchlosti a znižuje spotrebu energie.

Olejové systémy potrebujú poistné ventily, pretože pri vysokých otáčkach sa zvýšenie množstva dodávaného čerpadlom nezhoduje s množstvom, ktoré môže prechádzať cez ložiská. To je spôsobené skutočnosťou, že v týchto prípadoch sa v ložiskovom oleji vytvárajú silné odstredivé sily, ktoré bránia prívodu nového množstva oleja do ložiska. Štartovanie motora pri nízkych vonkajších teplotách navyše zvyšuje odolnosť oleja so zvýšením viskozity a znížením vôle mechanizmov, čo často vedie ku kritickým hodnotám tlaku oleja. Väčšina športových automobilov používa snímač tlaku oleja a snímač teploty oleja.

(nasledovať)

Text: Georgy Kolev