Test Drive Frecare Internă II

Tipuri de ungere și metoda de ungere a diferitelor piese ale motorului

Tipuri de ungere

Interacțiunile suprafețelor în mișcare, inclusiv frecarea, ungerea și uzura, sunt rezultatul unei științe numite tribologie, iar când vine vorba de tipurile de frecare asociate motoarelor cu ardere, designerii definesc mai multe tipuri de lubrifiant. Ungerea hidrodinamică este cea mai solicitată formă a acestui proces, iar locul tipic în care se produce este în rulmenții principali și cu tije ale arborelui cotit, care sunt supuse unor sarcini mult mai mari. Apare în spațiul miniatural dintre rulment și arborele în V și este adus acolo de o pompă de ulei. Suprafața în mișcare a rulmentului acționează apoi ca o pompă proprie, care pompează și distribuie uleiul în continuare și creează în cele din urmă o peliculă suficient de groasă pe întregul spațiu al rulmentului. Din acest motiv, designerii folosesc rulmenți cu mânecă pentru aceste componente ale motorului, întrucât zona de contact minimă a unui rulment cu bile creează o sarcină extrem de ridicată pe stratul de ulei. Mai mult, presiunea din acest film de ulei poate fi de aproape cincizeci de ori mai mare decât presiunea generată de pompa în sine! În practică, forțele din aceste părți sunt transmise prin stratul de ulei. Desigur, pentru a menține starea de lubrifiere hidrodinamică, este necesar ca sistemul de ungere a motorului să furnizeze întotdeauna o cantitate suficientă de ulei.

Este posibil ca, la un moment dat, sub influența presiunii înalte în anumite părți, filmul lubrifiant să devină mai stabil și mai dur decât părțile metalice pe care le lubrifiază și chiar să conducă la deformarea suprafețelor metalice. Dezvoltatorii numesc acest tip de lubrifiere elastohidrodinamică și se poate manifesta în rulmenții cu bile menționați mai sus, în roțile de transmisie sau la elevatoarele de supapă. În cazul în care viteza pieselor în mișcare una față de alta devine foarte mică, sarcina crește semnificativ sau nu există suficientă alimentare cu ulei, se produce adesea așa-numita lubrifiere la graniță. În acest caz, lubrifierea depinde de aderența moleculelor de ulei la suprafețele de sprijin, astfel încât acestea să fie separate de o peliculă de ulei relativ subțire, dar încă accesibilă. Din păcate, în aceste cazuri, există întotdeauna pericolul ca pelicula subțire să fie „perforată” de părți ascuțite ale neregulilor, prin urmare, la uleiuri se adaugă aditivi anti-îmbrăcăminte adecvați, care acoperă metalul mult timp și împiedică distrugerea acestuia prin contact direct. Ungerea hidrostatică are forma sub formă de peliculă subțire atunci când sarcina schimbă brusc direcția, iar viteza pieselor mobile este foarte mică. Este de remarcat aici că companiile de rulmenți, cum ar fi principalele bile de legătură, cum ar fi Federal-Mogul, au dezvoltat noi tehnologii pentru acoperirea lor, astfel încât să poată rezolva probleme cu sistemele de pornire, cum ar fi uzura rulmentului la porniri frecvente, parțial uscate la care sunt supuse la fiecare nouă lansare. Acest lucru va fi discutat mai târziu. Această pornire frecventă, la rândul său, duce la o tranziție de la o formă de lubrifiant la alta și este definită ca „lubrifiant cu film mixt”.

Sisteme de ungere

Cele mai vechi motoare cu combustie internă pentru automobile și motociclete, și chiar și mai târziu, au avut „lubrifiere” prin picurare în care uleiul pătrundea în motor dintr-un fel de mamelon „automat” de grăsime prin gravitație și curgea sau ardea după ce trecea prin el. Designerii definesc astăzi aceste sisteme de lubrifiere, precum și sistemele de lubrifiere pentru motoarele în doi timpi, în care uleiul este amestecat cu combustibil, ca „sisteme de ungere cu pierdere totală”. Mai târziu, aceste sisteme au fost îmbunătățite cu adăugarea unei pompe de ulei pentru a furniza ulei în interiorul motorului și în trenul de supape (adesea găsit). Cu toate acestea, aceste sisteme de pompare nu au nimic de-a face cu tehnologiile ulterioare de lubrifiere forțată care sunt încă utilizate în prezent. Pompele au fost instalate extern, alimentând ulei în carter și apoi au ajuns la părțile de frecare prin stropire. Lamele speciale din partea inferioară a bielelor au pulverizat ulei în carter și blocul de cilindri, ca urmare a excesului de ulei a fost colectat în mini-băi și canale și, sub acțiunea gravitației, a curgut în lagărele principale și ale bielei și rulmenții arborelui cu came. Un fel de tranziție la sisteme cu lubrifiere forțată sub presiune este motorul Ford Model T, în care volantul avea ceva de genul unei roți de moară de apă, care era destinat să ridice uleiul și să-l țevă la carter (și să noteze transmisia), apoi părțile inferioare ale arborelui cotit și ale bielelor au răzuit ulei și au creat o baie de ulei pentru frecare pieselor. Acest lucru nu a fost deosebit de dificil, având în vedere că arborele cu came se afla și în carter și supapele erau staționare. Primul război mondial și motoarele de aeronave care pur și simplu nu funcționau cu acest tip de lubrifiant au dat o forță puternică în această direcție. Așa s-au născut sistemele care foloseau pompe interne și presiune mixtă și lubrifiere prin pulverizare, care au fost apoi aplicate motoarelor auto noi și mai grele.

Componenta principală a acestui sistem a fost o pompă de ulei acționată de motor care pompa ulei sub presiune doar la rulmenții principali, în timp ce alte părți se bazau pe ungere prin pulverizare. Astfel, nu a fost necesară formarea de caneluri în arborele cotit, care sunt necesare pentru sisteme cu ungere complet forțată. Acestea din urmă au apărut ca o necesitate odată cu dezvoltarea motoarelor care cresc viteza și sarcina. Acest lucru a însemnat, de asemenea, că rulmenții trebuiau nu numai lubrifiați, ci și răciți.

În aceste sisteme, uleiul sub presiune este furnizat lagărelor principale și inferioare a bielei (acesta din urmă primește ulei prin canelurile din arborele cotit) și lagărele arborelui cu came. Marele avantaj al acestor sisteme este că uleiul circulă practic prin acești rulmenți, adică. trece prin ele și intră în carter. Astfel, sistemul furnizează mult mai mult ulei decât este necesar pentru lubrifiere și, prin urmare, acestea sunt răcite intens. De exemplu, în anii 60, Harry Ricardo a introdus pentru prima dată o regulă care prevedea circulația a trei litri de ulei pe oră, adică pentru un motor de 3 CP. – XNUMX litri de ulei în circulație pe minut. Bicicletele de astăzi sunt reproduse de multe ori mai mult.

Circulația uleiului în sistemul de ungere include o rețea de canale încorporate în corp și mecanismul motorului, a cărei complexitate depinde de numărul și locația cilindrilor și mecanismul de sincronizare. Din motive de fiabilitate și durabilitate a motorului, designerii au favorizat mult timp canalele în formă de canal în loc de conducte.

O pompă acționată de motor scoate uleiul din carter și îl direcționează către un filtru intern montat în afara carcasei. Apoi este nevoie de unul (pentru linie) sau de o pereche de canale (pentru motoarele boxer sau în formă de V), extinzând aproape întreaga lungime a motorului. Apoi, folosind mici caneluri transversale, este direcționat către lagărele principale, intrându-le prin intrarea în carcasa superioară a rulmentului. Printr-o fantă periferică din rulment, o parte din ulei este distribuită uniform în rulment pentru răcire și lubrifiere, în timp ce cealaltă parte este îndreptată către lagărul inferior al tijei de conectare printr-o gaură înclinată în arborele cotit conectat la aceeași slot. Lubrifierea rulmentului bilei superioare este mai dificilă în practică, astfel încât partea superioară a tijei de conectare este adesea un rezervor conceput pentru a conține stropi de ulei sub piston. În unele sisteme, uleiul ajunge la rulment printr-o gaură din bielele de conectare. Rulmenții șuruburilor pistonului sunt, la rândul lor, lubrifiați prin stropire.

Similar cu sistemul circulator

Când un arbore cu came sau o transmisie cu lanț este instalată în carter, această transmisie este lubrifiată cu ulei direct, iar când arborele este instalat în cap, lanțul de transmisie este lubrifiat prin scurgeri controlate de ulei din sistemul de extensie hidraulic. La motorul Ford 1.0 Ecoboost, cureaua de transmisie a arborelui cu came este de asemenea lubrifiată - în acest caz prin imersare în baia de ulei. Modul în care uleiul de lubrifiere este furnizat lagărelor arborelui cu came depinde dacă motorul are un arbore inferior sau superior - primul îl primește de obicei canelat de la rulmenții principali ai arborelui cotit, iar cel din urmă canelat conectat la canelura inferioară principală. sau indirect, cu un canal comun separat în cap sau în arborele cu came în sine, iar dacă există doi arbori, acesta se înmulțește cu doi.

Proiectanții încearcă să creeze sisteme în care valvele sunt lubrifiate la debitele controlate cu precizie pentru a evita inundarea și scurgerea de ulei prin ghidajele supapei din cilindri. Complexitatea suplimentară este adăugată de prezența ascensoarelor hidraulice. Rocile, neregulile sunt lubrifiate într-o baie de ulei sau prin pulverizare în băi în miniatură sau prin canale prin care uleiul iese din canalul principal.

În ceea ce privește pereții cilindrici și fustele cu piston, acestea sunt lubrifiate complet sau parțial cu ulei care iese și se răspândește în carter din lagărele inferioare ale tijei de legătură. Motoarele mai scurte sunt proiectate astfel încât cilindrii lor să obțină mai mult ulei din această sursă, deoarece au un diametru mai mare și sunt mai aproape de arbore cotit. La unele motoare, peretele cilindrului atrage ulei suplimentar dintr-o gaură laterală a carcasei de conectare, care este de obicei direcționat către partea în care pistonul exercită o presiune laterală mai mare asupra cilindrului (cea pe care pistonul exercită presiune în timpul arderii în timpul funcționării). ... În motoarele în V, este obișnuit să injectați ulei dintr-o tija de conectare care se deplasează în cilindrul opus pe peretele cilindrului, astfel încât partea superioară să fie lubrifiată, iar apoi să fie trasă în partea inferioară. Este demn de remarcat aici că, în cazul motoarelor cu turbocompresie, uleiul intră în rulmentul acestuia din urmă prin canalul principal și conducta de petrol. Cu toate acestea, ei folosesc adesea un al doilea canal care direcționează fluxul de ulei către duze speciale direcționate către pistoane, care sunt concepute pentru a le răci. În aceste cazuri, pompa de ulei este mult mai puternică.

În sistemele cu bazin uscat, pompa de ulei primește ulei dintr-un rezervor de ulei separat și îl distribuie în același mod. Pompa auxiliară aspiră amestecul ulei / aer din carter (deci trebuie să aibă o capacitate mare), care trece prin dispozitiv pentru a-l separa pe acesta din urmă și a-l returna în rezervor.

Sistemul de ungere poate include, de asemenea, un radiator pentru răcirea uleiului în motoarele mai grele (aceasta era o practică obișnuită pentru motoarele mai vechi care folosesc uleiuri minerale simple) sau un schimbător de căldură conectat la sistemul de răcire. Acest lucru va fi discutat mai târziu.

Pompe de ulei și valve de relief

Pompele de ulei, inclusiv o pereche de angrenaje, sunt extrem de potrivite pentru funcționarea unui sistem de ulei și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în sistemele de ungere și în majoritatea cazurilor sunt antrenate direct de la arborele cotit. O altă opțiune sunt pompele rotative. Recent s-au folosit si pompe cu palete culisante, inclusiv versiuni cu deplasare variabila, care optimizeaza functionarea si astfel performantele lor in raport cu viteza si reduc consumul de energie.

Sistemele de ulei necesită supape de evacuare, deoarece la viteze mari creșterea cantității furnizate de pompa de ulei nu se potrivește cu cantitatea care poate trece prin rulmenți. Acest lucru se datorează faptului că în aceste cazuri, în uleiul de rulment se formează forțe centrifuge puternice, împiedicând furnizarea unei noi cantități de ulei la rulment. În plus, pornirea motorului la temperaturi exterioare scăzute crește rezistența la ulei cu o creștere a vâscozității și o scădere a efectului de întârziere a mecanismelor, ceea ce duce adesea la valori critice ale presiunii uleiului. Cele mai multe mașini sport folosesc un senzor de presiune a uleiului și un senzor de temperatură a uleiului.

(a urma)

Text: Georgy Kolev