Testna vožnja z notranjim trenjem II
Vrste mazanja in kako mazati različne dele motorja
Vrste mazanja
Interakcije premikajočih se površin, vključno s trenjem, mazanjem in obrabo, so rezultat znanosti, imenovane tribologija, in ko gre za vrste trenja, povezanih z motorji z notranjim zgorevanjem, oblikovalci opredeljujejo več vrst maziv. Hidrodinamično mazanje je najbolj zahtevana oblika tega postopka in tipično mesto, kjer se to zgodi, je v glavnih in krogličnih ležajih ročične gredi, ki so izpostavljeni veliko večjim obremenitvam. Pojavi se v miniaturnem prostoru med ležajem in V-gredjo, tja ga pripelje oljna črpalka. Premična površina ležaja nato deluje kot lastna črpalka, ki črpa in distribuira olje naprej ter na koncu ustvari dovolj debel film po celotnem ležajnem prostoru. Iz tega razloga oblikovalci uporabljajo ležaje tulcev za te sestavne dele motorja, saj minimalna kontaktna površina krogličnega ležaja ustvarja izjemno veliko obremenitev oljne plasti. Poleg tega je lahko tlak v tem oljnem filmu skoraj petdesetkrat večji od tlaka, ki ga ustvarja črpalka sama! V praksi se sile v teh delih prenašajo skozi oljno plast. Da bi ohranili hidrodinamično mazalno stanje, je seveda treba, da sistem za mazanje motorja vedno zagotavlja zadostno količino olja.
Možno je, da v določenem trenutku mazalni film pod vplivom visokega tlaka v določenih delih postane stabilnejši in trši od kovinskih delov, ki jih maže, in celo vodi do deformacije kovinskih površin. Razvijalci to vrsto mazanja imenujejo elastohidrodinamična in se lahko kaže v zgoraj omenjenih krogličnih ležajih, zobnikih ali dvigalih ventilov. V primeru, da postane hitrost gibljivih delov med seboj zelo nizka, se obremenitev znatno poveča ali je premalo zaloge olja, pogosto pride do tako imenovanega robnega mazanja. V tem primeru je mazanje odvisno od oprijema molekul olja na nosilne površine, tako da jih ločuje razmeroma tanek, a še vedno dostopen oljni film. Žal v teh primerih vedno obstaja nevarnost, da bo tanek film "preboden" z ostrimi deli nepravilnosti, zato so oljem dodani ustrezni dodatki proti obrabi, ki kovino dlje časa prekrijejo in z neposrednim stikom preprečijo njeno uničenje. Hidrostatično mazanje se pojavi v obliki tankega filma, ko tovor nenadoma spremeni smer in je hitrost gibljivih delov zelo majhna. Tu je treba omeniti, da so nosilne družbe, kot so glavne klešče, kot je Federal-Mogul, razvile nove tehnologije za njihovo prevleko, tako da lahko rešijo težave s sistemi start-stop, kot je obraba ležajev pri pogostih zagonih, delno suha ki so jim izpostavljeni z vsakim novim zagonom. O tem bomo razpravljali kasneje. Ta pogost zagon pa vodi do prehoda iz ene oblike maziva v drugo in je opredeljen kot "mazivo z mešanim filmom".
Mazalni sistemi
Najzgodnejši avtomobilski motorji in motorna kolesa z motorjem z notranjim izgorevanjem in celo poznejši modeli so imeli kapljično "mazanje", pri katerem je olje v motor vstopilo iz neke vrste "avtomatskega" nastavka za mast z gravitacijo in teklo skozi ali izgorelo po prehodu skozi njega. Oblikovalci danes te sisteme mazanja, pa tudi sisteme mazanja za dvotaktne motorje, v katerih se olje meša z gorivom, opredeljujejo kot "sisteme mazanja s skupno izgubo". Kasneje so bili ti sistemi izboljšani z dodajanjem oljne črpalke za dovod olja v notranjost motorja in v (pogosto najdeni) ventil. Vendar ti črpalni sistemi nimajo nič skupnega s poznejšimi tehnologijami prisilnega mazanja, ki se uporabljajo še danes. Črpalke so bile nameščene od zunaj in dovajale olje v ohišje motorja, nato pa je z brizganjem doseglo trenje. Posebna rezila na dnu ojnic so brizgala olje v ohišje motorja in blok cilindrov, zaradi česar se je odvečno olje zbralo v mini kopelih in kanalih ter pod vplivom gravitacije steklo v glavne ležaje in ležaje ojnic in ležaji odmične gredi. Nekakšen prehod na sisteme s prisilnim mazanjem pod pritiskom je motor Ford Model T, v katerem je imel vztrajnik nekaj podobnega kolesu mlina za vodo, ki je bil namenjen dvigovanju olja in ga odvajati do ohišja motorja (in upoštevajte menjalnik), nato spodnji deli motorne gredi in ojnice so strgali olje in ustvarili oljno kopel za drgnjenje delov. To ni bilo posebej težko, saj je bila odmična gred tudi v ohišju motorja, ventili pa so mirovali. Prva svetovna vojna in letalski motorji, ki preprosto niso delovali s tovrstnim mazivom, so močno spodbudili to smer. Tako so nastali sistemi, ki so uporabljali notranje črpalke ter mešano tlačno in pršilno mazanje, ki so jih nato uporabili za nove in težje obremenjene avtomobilske motorje.
Glavni sestavni del tega sistema je bila motorna oljna črpalka, ki je črpala olje pod pritiskom samo na glavne ležaje, drugi deli pa so se opirali na mazanje s pršenjem. Tako v ročični gredi ni bilo treba oblikovati utorov, ki so potrebni za sisteme s popolnoma prisilnim mazanjem. Slednje je nastalo kot nuja z razvojem motorjev, ki povečujejo hitrost in obremenitev. To je pomenilo tudi, da je treba ležaje ne samo mazati, temveč tudi hladiti.
V teh sistemih se olje pod tlakom dovaja do glavnih in spodnjih ležajev ojnic (slednji prejemajo olje skozi utore v ročični gredi) in ležajev odmične gredi. Velika prednost teh sistemov je, da olje praktično kroži skozi te ležaje, tj. gre skozi njih in vstopi v ohišje motorja. Tako sistem zagotavlja veliko več olja, kot je potrebno za mazanje, zato so intenzivno hlajeni. Harry Ricardo je na primer že v 60. letih prejšnjega stoletja prvič uvedel pravilo, ki je predvidevalo kroženje treh litrov olja na uro, to je za motor s 3 KM. – XNUMX litrov kroženja olja na minuto. Današnja kolesa se ponavljajo večkrat.
Cirkulacija olja v mazalnem sistemu vključuje mrežo kanalov, vgrajenih v ohišje in mehanizem motorja, katerih kompleksnost je odvisna od števila in lokacije valjev ter časovnega mehanizma. Zaradi zanesljivosti in trajnosti motorja so oblikovalci namesto cevovodov že dolgo favorizirali kanalske kanale.
Črpalka, ki jo poganja motor, črpa olje iz bloka motorja in ga usmerja na vgrajeni filter, nameščen zunaj ohišja. Nato traja en (za vrstni) ali par kanalov (za bokserske ali V-oblike), ki se raztezajo skoraj po celotni dolžini motorja. Nato se z majhnimi prečnimi utori usmeri na glavne ležaje in vstopi skozi vhod v zgornji ležajni ovoj. Skozi obodno režo v ležaju se del olja enakomerno porazdeli v ležaj za hlajenje in mazanje, medtem ko je drugi del usmerjen v spodnji ležaj ojnice skozi nagnjeno izvrtino v ročični gredi, priključeni na isto režo. Mazanje zgornjega ležaja ojnice je v praksi težje, zato je zgornji del ojnice pogosto rezervoar, zasnovan tako, da pod batom vsebuje brizge olja. V nekaterih sistemih olje doseže ležaj skozi izvrtino v sami ojnici. Ležaji batnih vijakov so nato mazani s pršenjem.
Podobno kot obtočil
Pri vgradnji odmične gredi ali verižnega pogona v ohišje motorja se ta pogon maže s pretočnim oljem, pri vgradnji gredi v glavo pa se pogonska veriga maže s kontroliranim puščanjem olja iz hidravličnega podaljška. Pri motorju Ford 1.0 Ecoboost je tudi pogonski jermen odmične gredi podmazan – v tem primeru s potopitvijo v oljno korito. Način dovajanja mazalnega olja v ležaje odmične gredi je odvisen od tega, ali ima motor spodnjo ali zgornjo gred - prva ga običajno prejme z utori iz glavnih ležajev ročične gredi, druga pa z utori povezana z glavnim spodnjim utorom. ali posredno z ločenim skupnim kanalom v glavi ali v sami odmični gredi, če sta gredi dve, pa se to pomnoži z dva.
Oblikovalci si prizadevajo ustvariti sisteme, v katerih so ventili mazani s točno nadzorovanimi pretoki, da se prepreči poplavljanje in uhajanje olja skozi vodila ventilov v jeklenkah. Dodatno kompleksnost doda prisotnost hidravličnih dvigal. Kamnine, nepravilnosti se mažejo v oljni kopeli ali s pršenjem v miniaturnih kopelih ali s pomočjo kanalov, skozi katere olje zapusti glavni kanal.
Kar zadeva cilindrične stene in bataste obrobe, so te v celoti ali delno podmazane z oljem, ki izhaja in se širi v ohišju motorja iz spodnjih ležajev ojnic. Krajši motorji so zasnovani tako, da njihovi valji dobijo več olja iz tega vira, ker imajo večji premer in so bližje ročični gredi. Pri nekaterih motorjih stena valja črpa dodatno olje iz stranske luknje v ohišju ojnice, ki je običajno usmerjena proti strani, kjer bat izvaja bolj bočni pritisk na valj (tisti, na katerega bat izvaja med zgorevanjem med delovanjem). ... Pri V-motorjih je običajno vbrizgati olje iz ojnice, ki se premika v nasprotni valj, na steno valja, tako da je zgornja stran mazana, nato pa potegnjena na spodnjo stran. Tu je treba omeniti, da pri motorjih s turbinskim polnjenjem olje vstopi v ležaj slednjega skozi glavni oljni kanal in cevovod. Pogosto pa uporabljajo drugi kanal, ki usmerja pretok olja na posebne šobe, usmerjene na bate, ki so zasnovani za njihovo hlajenje. V teh primerih je oljna črpalka veliko močnejša.
V suhih koritih oljna črpalka olje prejema iz ločenega rezervoarja za olje in ga distribuira na enak način. Pomožna črpalka sesa mešanico olja in zraka iz ohišja motorja (zato mora imeti veliko zmogljivost), ki gre skozi napravo, da slednjo loči in vrne nazaj v rezervoar.
Mazalni sistem lahko vključuje tudi radiator za hlajenje olja v težjih motorjih (to je bila običajna praksa pri starejših motorjih, ki uporabljajo preprosta mineralna olja) ali izmenjevalnik toplote, povezan s hladilnim sistemom. O tem bomo razpravljali kasneje.
Oljne črpalke in varnostni ventili
Oljne črpalke, vključno z zobniškim parom, so izredno primerne za delovanje oljnega sistema, zato se pogosto uporabljajo v mazalnih sistemih in so v večini primerov gnane neposredno iz ročične gredi. Druga možnost so rotacijske črpalke. V zadnjem času se uporabljajo tudi črpalke z drsnimi lopaticami, vključno z različicami s spremenljivo prostornino, ki optimizirajo delovanje in s tem njihovo zmogljivost glede na hitrost ter zmanjšajo porabo energije.
Oljni sistemi zahtevajo varnostne ventile, ker se pri visokih hitrostih povečanje količine črpalke olja ne ujema s količino, ki lahko prehaja skozi ležaje. To je posledica dejstva, da se v teh primerih v ležajnem olju tvorijo močne centrifugalne sile, ki preprečujejo dovajanje nove količine olja na ležaj. Poleg tega zagon motorja pri nizkih zunanjih temperaturah poveča odpornost na olje s povečanjem viskoznosti in zmanjšanjem zračnosti v mehanizmih, kar pogosto privede do kritičnih vrednosti tlaka olja. Večina športnih avtomobilov uporablja senzor tlaka olja in senzor temperature olja.
(slediti)
Besedilo: Georgy Kolev
