Koeajo sisäinen kitka II

Eri moottorin osien voitelutyypit ja voitelumenetelmä

Voitelutyypit

Liikkuvien pintojen vuorovaikutus, mukaan lukien kitka, voitelu ja kuluminen, ovat seurausta tribologiaksi kutsutusta tiedeestä, ja kun on kyse polttomoottoreihin liittyvistä kitkatyypeistä, suunnittelijat määrittelevät useita voiteluaineita. Hydrodynaaminen voitelu on tämän prosessin kysytyin muoto, ja tyypillinen paikka, jossa se tapahtuu, on kampiakselin pää- ja kiertokangen laakereissa, joihin kohdistuu paljon suurempia kuormituksia. Se ilmestyy laakerin ja V-akselin väliseen pieneen tilaan ja tuodaan sinne öljypumpulla. Laakerin liikkuva pinta toimii sitten omana pumppuna, joka pumppaa ja jakaa öljyä edelleen ja lopulta luo riittävän paksun kalvon koko laakeritilaan. Tästä syystä suunnittelijat käyttävät holkkilaakereita näihin moottorin osiin, koska kuulalaakereiden vähimmäiskontaktialue aiheuttaa erittäin suuren kuormituksen öljykerrokseen. Lisäksi tämän öljykalvon paine voi olla lähes viisikymmentä kertaa suurempi kuin itse pumpun tuottama paine! Käytännössä näiden osien voimat siirtyvät öljykerroksen läpi. Hydrodynaamisen voitelutilan ylläpitämiseksi on tietysti välttämätöntä, että moottorin voitelujärjestelmä tuottaa aina riittävän määrän öljyä.

On mahdollista, että jossain vaiheessa korkean paineen vaikutuksesta tietyissä osissa voitelukalvo tulee vakaammaksi ja kovemmaksi kuin voitelemansa metalliosat ja johtaa jopa metallipintojen muodonmuutoksiin. Kehittäjät kutsuvat tämän tyyppistä voitelua elastohydrodynaamiseksi, ja se voi ilmetä edellä mainituissa kuulalaakereissa, hammaspyörissä tai venttiilinnostimissa. Siinä tapauksessa, että liikkuvien osien nopeus suhteessa toisiinsa tulee hyvin alhaiseksi, kuorma kasvaa merkittävästi tai öljynsyöttöä ei ole riittävästi, tapahtuu usein ns. Rajavoitelua. Tässä tapauksessa voitelu riippuu öljymolekyylien kiinnittymisestä tukipintoihin siten, että ne erotetaan suhteellisen ohuella, mutta silti saavutettavalla öljykalvolla. Valitettavasti näissä tapauksissa on aina olemassa vaara, että ohut kalvo "lävistyy" epätasaisuuksien terävillä osilla, joten öljyihin lisätään asianmukaisia ​​anti-anti-lisäaineita, jotka peittävät metallin pitkään ja estävät sen tuhoutumisen suorassa kosketuksessa. Hydrostaattinen voitelu tapahtuu ohuen kalvon muodossa, kun kuorma muuttuu äkillisesti ja liikkuvien osien nopeus on hyvin pieni. Tässä yhteydessä on syytä huomata, että laakeriyhtiöt, kuten pääkierretangot, kuten Federal-Mogul, ovat kehittäneet uusia tekniikoita niiden päällystämiseksi, jotta ne voivat ratkaista käynnistys-pysäytysjärjestelmien ongelmat, kuten laakereiden kuluminen usein käynnistettäessä, osittain että heille tehdään jokaisen uuden laukaisun yhteydessä. Tästä keskustellaan myöhemmin. Tämä tiheä käynnistys puolestaan ​​johtaa siirtymiseen voiteluaineen muodosta toiseen ja se määritellään "sekoitetuksi kalvovoiteluaineeksi".

Voitelujärjestelmät

Varhaisimmissa autojen ja moottoripyörien polttomoottoreissa ja jopa myöhemmissä malleissa oli tippuvoitelu, jossa öljy tuli moottoriin eräänlaisesta "automaattisesta" rasvanipasta painovoiman vaikutuksesta ja virtaa läpi tai palaa sen läpi. Suunnittelijat määrittelevät nykyään nämä voitelujärjestelmät sekä kaksitahtimoottoreiden voitelujärjestelmät, joissa öljy sekoitetaan polttoaineeseen, "kokonaishäviövoitelujärjestelmiksi". Myöhemmin näitä järjestelmiä parannettiin lisäämällä öljypumppua öljyn syöttämiseksi moottorin sisäpuolelle ja (usein löydettyyn) venttiilijunaan. Näillä pumppausjärjestelmillä ei kuitenkaan ole mitään tekemistä myöhempien pakotetun voitelutekniikoiden kanssa, jotka ovat edelleen käytössä. Pumput asennettiin ulkoisesti syöttämällä öljyä kampikammioon, ja sitten se saavutti kitkaosat roiskumalla. Kiertokankojen alaosassa olevat erityiset terät suihkuttivat öljyä kampikammioon ja sylinterilohkoon, minkä seurauksena ylimääräinen öljy kerättiin minikylpyihin ja -kanaviin ja painovoiman vaikutuksesta valui pää- ja kiertokangen laakereihin ja nokka -akselin laakerit. Eräänlainen siirtyminen järjestelmiin, joissa on pakotettu voitelu paineen alaisena, on Ford Model T -moottori, jossa vauhtipyörässä oli jotain vesimyllypyörän kaltaista, joka oli tarkoitettu nostamaan öljyä ja putkistamaan se kampikammioon (ja huomioimaan voimansiirto), alemmat osat kampiakseli ja kiertokanget kaapivat öljyä ja loivat öljyhauteen osien hankausta varten. Tämä ei ollut erityisen vaikeaa, koska nokka -akseli oli myös kampikammiossa ja venttiilit olivat paikallaan. Ensimmäinen maailmansota ja lentokoneiden moottorit, jotka eivät yksinkertaisesti toimineet tällaisen voiteluaineen kanssa, antoivat voimakkaan työn tähän suuntaan. Näin syntyivät järjestelmät, joissa käytettiin sisäisiä pumppuja ja paine- ja sumutusvoitelua, joita sitten sovellettiin uusiin ja raskaammin kuormitettuihin automoottoreihin.

Tämän järjestelmän pääkomponentti oli moottorikäyttöinen öljypumppu, joka pumpasi öljyä paineen alaisena vain päälaakereihin, kun taas muut osat tukeutuivat suihkevoiteluun. Siksi kampiakseliin ei ollut tarpeen muodostaa uria, jotka ovat välttämättömiä järjestelmille, joissa on täysin pakotettu voitelu. Jälkimmäinen syntyi välttämättömänä kehitettäessä moottoreita, jotka lisäävät nopeutta ja kuormitusta. Tämä tarkoitti myös sitä, että laakerit oli paitsi voiteltava myös jäähdytettävä.

Näissä järjestelmissä paineistettua öljyä syötetään pää- ja alempaan kiertokangen laakereihin (jälkimmäinen saa öljyä kampiakselin urien kautta) ja nokka-akselin laakereihin. Näiden järjestelmien suuri etu on, että öljy kiertää käytännössä näiden laakereiden läpi, ts. kulkee niiden läpi ja menee kampikammioon. Siten järjestelmä antaa paljon enemmän öljyä kuin on tarpeen voiteluun, ja siksi niitä jäähdytetään intensiivisesti. Esimerkiksi 60-luvulla Harry Ricardo esitteli ensimmäisen kerran säännön, joka edellytti kolmen litran öljyn kiertoa tunnissa, eli 3 hevosvoiman moottorille. – XNUMX litraa öljyä minuutissa. Nykypäivän polkupyöriä kopioidaan monta kertaa enemmän.

Öljykierto voitelujärjestelmässä sisältää runkoon ja moottorimekanismiin rakennetun kanavaverkon, jonka monimutkaisuus riippuu sylinterien lukumäärästä ja sijainnista sekä ajoitusmekanismista. Moottorin luotettavuuden ja kestävyyden vuoksi suunnittelijat ovat pitkään suosineet kanavanmuotoisia kanavia putkistojen sijaan.

Moottorikäyttöinen pumppu imee öljyä kampikammiosta ja ohjaa sen kotelon ulkopuolelle asennettuun linjasuodattimeen. Sitten tarvitaan yksi (in-line) tai pari kanavaa (nyrkkeilijän tai V-muotoisille moottoreille), joka ulottuu melkein koko moottorin pituudeksi. Sitten se ohjataan pienillä poikittaisilla urilla päälaakereihin ja tulee niihin ylemmän laakerikuoren sisääntulon kautta. Osa öljystä jakautuu laakerin kehäreikän läpi tasaisesti laakeriin jäähdytystä ja voitelua varten, kun taas toinen osa ohjataan alempaan kiertokangen laakeriin samaan rakoon liitetyn kampiakselin kaltevan reiän kautta. Ylemmän kiertokangen laakerin voitelu on käytännössä vaikeampaa, joten kiertokangen yläosa on usein säiliö, joka on suunniteltu sisältämään öljyn roiskeet männän alle. Joissakin järjestelmissä öljy saavuttaa laakerin itse kiertokangen reiän kautta. Männän pulttien laakerit puolestaan ​​ovat voideltuja.

Samanlainen verenkiertoelimistön kanssa

Kun kampikammioon asennetaan nokka- tai ketjukäyttö, tämä käyttö voidellaan suoralla öljyllä, ja kun akseli on asennettu päähän, käyttöketju voidellaan ohjatulla öljyvuodolla hydraulisesta jatkojärjestelmästä. Ford 1.0 Ecoboost -moottorissa myös nokka-akselin käyttöhihna on voideltu - tässä tapauksessa upottamalla öljypohjaan. Voiteluöljyn syöttötapa nokka-akselin laakereihin riippuu siitä, onko moottorissa ala- vai yläakseli - edellinen saa sen yleensä uritettuna kampiakselin päälaakereista ja jälkimmäinen uritettuna yhdistettynä pääalauraan. tai epäsuorasti erillisellä yhteisellä kanavalla päässä tai itse nokka-akselissa, ja jos akselia on kaksi, tämä kerrotaan kahdella.

Suunnittelijat pyrkivät luomaan järjestelmiä, joissa venttiilit voidellaan tarkasti kontrolloiduilla virtausnopeuksilla, jotta vältetään tulvat ja öljyvuodot sylinterien venttiilinohjaimien läpi. Hydraulisten hissien läsnäolo lisää monimutkaisuutta. Kivet, epäsäännöllisyydet voidellaan öljykylvyssä tai suihkuttamalla pienikylpyihin tai kanavilla, joiden kautta öljy poistuu pääkanavasta.

Mitä tulee sylinterimäisiin seiniin ja männänhelmiin, ne on kokonaan tai osittain voideltu öljyllä, joka tulee ulos ja leviää kampikammioon alemmista kiertokangen laakereista. Lyhyemmät moottorit on suunniteltu siten, että niiden sylinterit saavat enemmän öljyä tästä lähteestä, koska niiden halkaisija on suurempi ja ne ovat lähempänä kampiakselia. Joissakin moottoreissa sylinteriseinä vetää ylimääräistä öljyä kiertokangen kotelon sivureikästä, joka on yleensä suunnattu sitä sivua kohti, jossa mäntä kohdistaa enemmän sivupainetta sylinteriin (sille, johon mäntä painostaa palamisen aikana käytön aikana). ... V-moottoreissa on tavallista ruiskuttaa öljyä vastakkaiseen sylinteriin liikkuvasta kiertokangesta sylinterin seinämään siten, että yläpuoli on voideltu, ja sitten se vedetään alasivulle. Tässä yhteydessä on syytä huomata, että turboahdettujen moottoreiden tapauksessa öljy pääsee öljyn päälaitteeseen pääputken ja putken kautta. He käyttävät kuitenkin usein toista kanavaa, joka ohjaa öljyn virtauksen mäntiin suunnattuihin erityisiin suuttimiin, jotka on suunniteltu jäähdyttämään niitä. Näissä tapauksissa öljypumppu on paljon tehokkaampi.

Kuivakaasujärjestelmissä öljypumppu ottaa öljyn erillisestä öljysäiliöstä ja jakaa sen samalla tavalla. Apupumppu imee öljy / ilma-seoksen kampikammiosta (joten sillä on oltava suuri kapasiteetti), joka kulkee laitteen läpi sen erottamiseksi ja palauttamiseksi säiliöön.

Voitelujärjestelmään voi kuulua myös jäähdytin öljyn jäähdyttämiseksi raskaammissa moottoreissa (tämä oli yleistä käytäntöä vanhemmissa moottoreissa, joissa käytetään yksinkertaisia ​​mineraaliöljyjä) tai jäähdytysjärjestelmään kytketty lämmönvaihdin. Tästä keskustellaan myöhemmin.

Öljypumput ja varoventtiilit

Öljypumput, mukaan lukien hammaspyöräpari, soveltuvat erittäin hyvin öljyjärjestelmän toimintaan, ja siksi niitä käytetään laajalti voitelujärjestelmissä ja useimmissa tapauksissa niitä käytetään suoraan kampiakselilta. Toinen vaihtoehto on pyörivät pumput. Viime aikoina on käytetty myös liukusiipipumppuja, myös muuttuvatilavuuksisissa versioissa, mikä optimoi toiminnan ja siten niiden suorituskyvyn suhteessa nopeuteen ja vähentää energiankulutusta.

Öljyjärjestelmät vaativat varoventtiilejä, koska suurilla nopeuksilla öljypumpun toimittaman määrän kasvu ei ole sama kuin laakereiden läpi kulkeva määrä. Tämä johtuu siitä, että näissä tapauksissa laakeriöljyyn muodostuu voimakkaita keskipakovoimia, jotka estävät uuden määrän öljyn saannin laakereihin. Lisäksi moottorin käynnistäminen alhaisissa ulkolämpötiloissa lisää öljynkestävyyttä lisäämällä viskositeettia ja vähentämällä mekanismien vastahyökkäyksiä, mikä johtaa usein öljynpaineen kriittisiin arvoihin. Useimmat urheiluautot käyttävät öljynpaineanturia ja öljyn lämpötila-anturia.

(seurata)

Teksti: Georgy Kolev