Testkör intern friktion II

Typer av smörjning och smörjmetod för olika motordelar

Smörjtyper

Samverkan mellan rörliga ytor, inklusive friktion, smörjning och slitage, är resultatet av en vetenskap som kallas tribology, och när det gäller de typer av friktion som är förknippad med förbränningsmotorer definierar designers flera typer av smörjmedel. Hydrodynamisk smörjning är den mest efterfrågade formen för denna process, och den typiska platsen där den förekommer är i vevaxelns huvud- och vevaxellager, som utsätts för mycket högre belastningar. Den syns i miniatyrutrymmet mellan lagret och V-axeln och fördes dit av en oljepump. Lagrets rörliga yta fungerar sedan som sin egen pump, som pumpar och distribuerar oljan vidare och slutligen skapar en tillräckligt tjock film genom hela lagerutrymmet. Av denna anledning använder formgivare hylslager för dessa motorkomponenter, eftersom kullagerets minsta kontaktyta skapar en extremt hög belastning på oljelaget. Dessutom kan trycket i denna oljefilm vara nästan femtio gånger högre än det tryck som pumpen skapar! I praktiken överförs krafterna i dessa delar genom oljeskiktet. För att bibehålla det hydrodynamiska smörjningstillståndet är det naturligtvis nödvändigt att motorns smörjsystem alltid tillhandahåller tillräcklig olja.

Det är möjligt att smörjfilmen vid någon tidpunkt, under påverkan av högt tryck i vissa delar, blir stabilare och hårdare än metalldelarna som den smörjer och till och med leder till deformation av metallytor. Utvecklare kallar denna typ av smörjning elastohydrodynamisk, och den kan manifestera sig i de kullager som nämns ovan, i kugghjul eller i ventillyftare. Om de rörliga delarnas hastighet i förhållande till varandra blir mycket låg ökar belastningen avsevärt eller det finns inte tillräckligt med oljetillförsel, så kallas gränssmörjning ofta. I detta fall beror smörjning på vidhäftningen av oljemolekylerna till stödytorna, så att de separeras av en relativt tunn men fortfarande tillgänglig oljefilm. Tyvärr finns det i dessa fall alltid en risk att den tunna filmen kommer att "punkteras" av skarpa oregelbundna delar, därför tillsätts lämpliga antislitatillsatser till oljorna, som täcker metallen under lång tid och förhindrar dess förstörelse genom direkt kontakt. Hydrostatisk smörjning sker i form av en tunn film när belastningen förändras plötsligt och hastigheten på de rörliga delarna är mycket låg. Det är här värt att notera att lagerföretag som huvudanslutningsstavar som Federal-Mogul har utvecklat ny teknik för att belägga dem så att de kan hantera problem med start-stop-system som lagringsslitage på ofta startar delvis torrt att de utsätts för vid varje ny lansering. Detta kommer att diskuteras senare. Denna frekventa start leder i sin tur till en övergång från en form av smörjmedel till en annan och definieras som ”blandfilmssmörjmedel”.

Smörjsystem

De tidigaste motor- och motorcykelförbränningsmotorerna, och ännu senare konstruktioner, hade droppsmörjning där olja kom in i motorn från ett slags "automatisk" fettnippel av tyngdkraften och flödade igenom eller brann ut efter att ha passerat den. Designers idag definierar dessa smörjsystem, liksom smörjsystem för tvåtaktsmotorer, där olja blandas med bränsle, som "totalförlustsmörjsystem". Senare förbättrades dessa system med tillägg av en oljepump för att tillföra olja till insidan av motorn och till (ofta hittade) ventiltåg. Dessa pumpsystem har dock ingenting att göra med de senare tekniker för forcerad smörjning som fortfarande används idag. Pumparna installerades externt, matade olja i vevhuset och sedan nådde det friktionsdelarna genom stänk. Särskilda blad på botten av vevstängerna sprutade olja i vevhuset och cylinderblocket, vilket resulterade i att överflödig olja samlades upp i mini-bad och kanaler och, under tyngdkraftsverkan, rann in i huvud- och vevlager och kamaxellager. En slags övergång till system med forcerad smörjning under tryck är Ford Model T -motor, där svänghjulet hade något som ett vattenkvarnhjul, som var avsett att lyfta olja och leda det till vevhuset (och notera växellådan), sedan de nedre delarna vevaxel och vevstänger skrapade olja och skapade ett oljebad för att gnugga delar. Detta var inte särskilt svårt med tanke på att kamaxeln också fanns i vevhuset och ventilerna stod stilla. Första världskriget och flygmotorer som helt enkelt inte fungerade i ett sådant smörjmedel gav en stark impuls i denna riktning. Så föddes system som använde interna pumpar och blandat tryck och spraysmörjning, som sedan applicerades på nya och tyngre lastade bilmotorer.

Huvudkomponenten i detta system var en motordriven oljepump som pumpade olja under tryck till huvudlagren, medan andra delar förlitade sig på spraysmörjning. Således var det inte nödvändigt att forma spåren i vevaxeln, vilka är nödvändiga för system med helt tvingad smörjning. Det senare uppstod som en nödvändighet med utvecklingen av motorer som ökar hastigheten och belastningen. Detta innebar också att lagren inte bara måste smörjas utan även kylas.

I dessa system tillförs trycksatt olja till huvud- och nedre vevstakeslager (de senare tar emot olja genom spår i vevaxeln) och kamaxellager. Den stora fördelen med dessa system är att olja praktiskt taget cirkulerar genom dessa lager, d.v.s. passerar genom dem och går in i vevhuset. Således ger systemet mycket mer olja än vad som är nödvändigt för smörjning, och därför kyls de intensivt. Till exempel, på 60-talet, introducerade Harry Ricardo först en regel som föreskrev cirkulationen av tre liter olja per timme, det vill säga för en 3 hk motor. – XNUMX liter oljecirkulation per minut. Dagens cyklar replikeras många gånger mer.

Oljecirkulationen i smörjsystemet innehåller ett nätverk av kanaler inbyggda i kaross- och motormekanismen, vars komplexitet beror på antalet och placeringen av cylindrarna och tidsmekanismen. För motorns tillförlitlighet och hållbarhet har konstruktörer länge gynnat kanalformade kanaler istället för rörledningar.

En motordriven pump hämtar olja från vevhuset och leder den till ett inbyggt filter monterat utanför huset. Det tar sedan en (för in-line) eller ett par kanaler (för boxare eller V-formade motorer), som sträcker sig nästan hela motorns längd. Sedan, med små tvärgående spår, riktas den mot huvudlagren och går in genom inloppet i det övre lagerskalet. Genom en periferisk slits i lagret fördelas en del av oljan jämnt i lagret för kylning och smörjning, medan det andra partiet är riktat in i det nedre anslutningsstånglagret genom ett snett hål i vevaxeln ansluten till samma slits. Smörjning av det övre anslutningsstånglagret är svårare i praktiken, så den övre delen av anslutningsstången är ofta en behållare utformad för att innehålla oljestänk under kolven. I vissa system når olja lagret genom ett hål i själva anslutningsstången. Kolvbultlagren smörjs i sin tur.

Liknar cirkulationssystemet

När en kamaxel eller kedjedrift är installerad i vevhuset, smörjs denna drivning med rak olja, och när axeln är installerad i huvudet, smörjs drivkedjan av kontrollerat oljeläckage från det hydrauliska förlängningssystemet. I Ford 1.0 Ecoboost-motorn smörjs även kamaxelns drivremmen – i det här fallet genom nedsänkning i oljetråget. Sättet som smörjolja tillförs till kamaxellagren beror på om motorn har en botten- eller toppaxel - den förra tar vanligtvis emot den spårad från vevaxelns huvudlager och den senare spårad ansluten till det nedre huvudspåret. eller indirekt, med en separat gemensam kanal i huvudet eller i själva kamaxeln, och om det finns två axlar, multipliceras detta med två.

Formgivare strävar efter att skapa system där ventiler smörjs med exakt kontrollerade flödeshastigheter för att undvika översvämningar och oljeläckage genom ventilstyrningarna i cylindrarna. Ytterligare komplexitet tillförs genom närvaron av hydrauliska hissar. Stenar, oegentligheter smörjs i ett oljebad eller genom sprutning i minibad eller med hjälp av kanaler genom vilka olja lämnar huvudkanalen.

När det gäller de cylindriska väggarna och kolvkanten smörjs de helt eller delvis med olja som kommer ut och sprider sig i vevhuset från de nedre vevstakets lager. Kortare motorer är utformade så att deras cylindrar får mer olja från den här källan eftersom de har en större diameter och är närmare vevaxeln. I vissa motorer drar cylinderväggen ytterligare olja från ett sidohål i vevstakets hus, vilket vanligtvis är riktat mot den sida där kolven utövar mer lateralt tryck på cylindern (det som kolven utövar tryck på under förbränningen under drift). ... I V-formade motorer är det vanligt att injicera olja från en anslutningsstav som rör sig i motsatt cylinder på cylinderväggen så att översidan smörjs och sedan dras till undersidan. Det är värt att notera här att när det gäller turboladdade motorer kommer olja in i de senare genom huvudoljekanalen och rörledningen. De använder dock ofta en andra kanal som styr oljeflödet till speciella munstycken riktade mot kolvarna, som är utformade för att kyla dem. I dessa fall är oljepumpen mycket kraftfullare.

I torra sumpsystem får oljepumpen olja från en separat oljetank och distribuerar den på samma sätt. Hjälppumpen suger olja / luftblandningen från vevhuset (så det måste ha en stor kapacitet), som passerar genom anordningen för att separera den senare och återföra den till behållaren.

Smörjsystemet kan också inkludera en kylare för att kyla oljan i tyngre motorer (detta var vanligt för äldre motorer som använder enkla mineraloljor) eller en värmeväxlare ansluten till kylsystemet. Detta kommer att diskuteras senare.

Oljepumpar och avlastningsventiler

Oljepumpar, inklusive ett kugghjulspar, är extremt lämpliga för drift av ett oljesystem och används därför flitigt i smörjsystem och drivs i de flesta fall direkt från vevaxeln. Ett annat alternativ är roterande pumpar. På senare tid har även glidvingspumpar använts, inklusive versioner med variabelt deplacement, som optimerar driften och därmed deras prestanda i förhållande till hastighet och minskar energiförbrukningen.

Oljesystem kräver avlastningsventiler eftersom ökningen av mängden som levereras av oljepumpen vid höga hastigheter inte matchar den mängd som kan passera genom lagren. Detta beror på det faktum att i dessa fall bildas starka centrifugalkrafter i lageroljan, vilket förhindrar tillförsel av en ny mängd olja till lagret. Dessutom ökar start av motorn vid låga utetemperaturer oljebeständigheten med en ökning i viskositet och en minskning av motstånd i mekanismer, vilket ofta leder till kritiska värden på oljetrycket. De flesta sportbilar använder en oljetrycksmätare och en oljetemperaturmätare.

(att följa)

Text: Georgy Kolev