Тест драйв внутрішнє тертя II

Типи мастила і спосіб змащування різних частин двигуна

види мастила

Процеси взаємодії рухомих поверхонь, включаючи тертя, мастило і знос, є результатом науки, званої трибологов, і коли справа доходить до типів тертя, пов'язаних з двигунами внутрішнього згоряння, конструктори визначають кілька типів мастила. Гідродинамічна мастило є найбільш затребуваною формою цього процесу, і типовим місцем, де вона відбувається, є корінні і шатунні підшипники колінчастого вала, які піддаються набагато більш високих навантажень. Він з'являється в мініатюрному просторі між підшипником і клиноподібним валом, потрапляючи туди завдяки масляного насоса. Потім рухається поверхню підшипника діє як власний насос, який нагнітає і розподіляє масло далі і в кінцевому підсумку створює досить товсту плівку у всьому просторі підшипника. З цієї причини конструктори використовують підшипники ковзання для цих компонентів двигуна, оскільки мінімальна площа контакту кулькового підшипника створює надзвичайно високе навантаження на шар масла. При цьому тиск в цій олійною плівці може майже в п'ятдесят разів перевищувати тиск, що створюється самим насосом! На практиці сили в цих частинах передаються через масляний шар. Звичайно, для підтримки стану гідродинамічної мастила необхідно, щоб система мастила двигуна завжди забезпечувала достатню кількість масла.

Не виключено, що в якийсь момент під впливом високого тиску в певних частинах мастильна плівка стає більш стабільною і твердої, ніж металеві частини, які вона змащує, і навіть призводить до деформації металевих поверхонь. Розробники називають цей вид мастила еластогідродінаміческім, і він може проявлятися в згаданих вище шарикопідшипниках, в зубчастих колесах або в штовхачі клапанів. У тому випадку, якщо швидкість рухомих частин відносно один одного стає дуже низькою, навантаження значно зростає або не вистачає подачі масла, часто виникає так звана гранична мастило. В цьому випадку мастило залежить від адгезії молекул масла до несучих поверхонь, так що вони розділені щодо тонкої, але все ж доступною масляною плівкою. На жаль, в цих випадках завжди є небезпека, що тонка плівка буде «пробита» гострими частинами нерівностей, тому в олії додаються відповідні протизносні присадки, які надовго покривають метал і запобігають його руйнування при прямому контакті. Гидростатическая мастило відбувається у вигляді тонкої плівки в тому випадку, якщо навантаження різко змінює напрямок і швидкість рухомих частин дуже низька. Тут варто зазначити, що компанії з виробництва підшипників, такі як основні шатуни, такі як Federal-Mogul, розробили нові технології для їх покриття, щоб вони могли вирішувати проблеми з системами Start-Stop, такі як знос підшипників в часті запуски частково «сухі» , яким вони піддаються при кожному новому запуску. Це буде обговорюватися пізніше. Такий частий запуск, в свою чергу, призводить до переходу від однієї форми мастила до іншої і визначається як «змішана плівкова мастило».

системи змащення

Перші автомобільні і мотоциклетні двигуни внутрішнього згоряння і навіть пізніші розробки мали крапельну «мастило», при якій масло надходило в двигун зі свого роду «автоматичних» мастильних ніпелів під дією сили тяжіння і після проходження через неї випливало або згорали. Сьогодні конструктори визначають ці системи змащення, а також системи змащення двотактних двигунів, в яких масло змішане з паливом, як «системи мастила з повною втратою». Пізніше ці системи були вдосконалені з додаванням масляного насоса для подачі масла всередину двигуна і до (часто що виявляється) клапанним механізмам. Однак ці насосні системи не мають нічого спільного з більш пізніми технологіями примусової мастила, які використовуються досі. Насоси були встановлені зовні, подаючи масло в картер, а потім воно досягало фрикційних деталей шляхом розбризкування. Спеціальні лопатки в нижній частині шатунів розбризкували масло в картер і блок циліндрів, в результаті чого надлишки масла збиралися в міні-ваннах і каналах і під дією сили тяжіння перетікали в корінні і шатунні підшипники і підшипники розподільного вала. Своєрідним переходом на системи з примусовою змазкою під тиском є ​​двигун Ford Модель T, в якій маховик мав щось на зразок колеса водяного млина, яке призначалося для підйому масла і подачі його по трубопроводу в картер (і зверніть увагу на трансмісію), потім нижні частини колінчастого вала і шатуни шкребли масло і створена масляна ванна для деталей, що труться. Це не було особливо складно, враховуючи, що розподільний вал також знаходився в картері, а клапани були нерухомими. Перша світова війна і двигуни для літаків, в яких така мастило просто не працювала, дали сильний поштовх в цьому напрямку. Так народилися системи, що використовують розташовані всередині насоси і мастило під змішаним тиском і розбризкування, які потім були застосовані в нових і більш навантажених автомобільних двигунах.

Основним компонентом цієї системи був масляний насос з приводом від двигуна, який під тиском подавав масло тільки до основних підшипників, а інші частини покладалися на мастило розпиленням. Таким чином, не потрібно було формувати в колінчастому валу канавки, які необхідні для систем з повністю примусової мастилом. Останнє виникло як необхідність з розвитком двигунів, збільшують швидкість і навантаження. Це також означало, що підшипники потрібно було не тільки змащувати, але і охолоджувати.

У цих системах масло під тиском подається на головний і нижній шатунні підшипники (останній отримує масло через канавки в колінчастому валу) та підшипники розподільчого валу. Величезною перевагою цих систем і те, що це підшипники масло практично циркулює, тобто. проходить через них та потрапляє в картер. Таким чином, система забезпечує набагато більше олії, ніж необхідно для мастила, і тому вони інтенсивно охолоджуються. Наприклад, ще в 60-х роках Гаррі Рікардо вперше ввів правило, що передбачає циркуляцію трьох літрів олії потужністю за годину, тобто для двигуна потужністю 3 к.с. - XNUMX літра циркуляції олії за хвилину. Сьогоднішні велосипеди тиражуються набагато більше.

Циркуляція масла в системі змащення включає мережу каналів, вбудованих в корпус і механізм двигуна, складність яких залежить від кількості і розташування циліндрів і механізму газорозподілу. В ім'я надійності і міцності двигуна конструктори давно віддавали перевагу каналам канальної форми замість трубопроводів.

Насос з приводом від двигуна всмоктує масло з картера і направляє його в проточний фільтр, встановлений зовні корпусу. Потім він приймає один (для рядних) або пару каналів (для оппозітних або V-образних двигунів), тягнучись практично по всій довжині двигуна. Потім за допомогою невеликих поперечних канавок він направляється до корінних підшипників, потрапляючи в них через вхідний отвір у верхній оболонці підшипника. Через периферійну проріз в підшипнику частина масла рівномірно розподіляється в підшипнику для охолодження і мастила, а інша частина направляється в нижній шатунний підшипник через похилий канал в колінчастому валу, з'єднаний з тієї ж прорізом. Змащувати верхній шатунний підшипник на практиці складніше, тому верхня частина шатуна часто є резервуар, призначений для утримання бризок масла під поршнем. У деяких системах масло досягає підшипника через канал в самому шатуне. Підшипники болтів поршня, в свою чергу, змащуються розбризкуванням.

Схожий на систему кровообігу

Коли в картері встановлений розподільний вал або ланцюговий привід, цей привід змащується прямоточним маслом, а коли вал встановлений в голівці, приводний ланцюг змащується контрольованим витоком олії з гідравлічної системи подовження. У двигуні Ford 1.0 Ecoboost ремінь приводу розподільчого валу також змащується - в даному випадку шляхом занурення в масляний піддон. Спосіб подачі мастила в підшипники розподільного валу залежить від того, чи має двигун нижній або верхній вал - перший зазвичай отримує його з канавками від корінних підшипників колінчастого валу, а другий з канавками, з'єднаними з основною нижньою канавкою. або побічно, з окремим загальним каналом в головці або в самому розподільному валі, а за наявності двох валів це множиться на два.

Конструктори прагнуть створити системи, в яких клапани змащуються з точно заданою швидкістю потоку, щоб уникнути «затоплення» і витоку масла через напрямні клапана в циліндрах. Додатковою складністю додає наявність гідропідйомників. Скелі, нерівності змащуються в масляній ванні або шляхом розбризкування в мініатюрних ваннах, або за допомогою каналів, по яких масло виходить з основного каналу.

Що стосується циліндричних стінок і спідниць поршнів, то вони повністю або частково змащуються маслом, що виходять і розтікається в картері з нижніх шатунних підшипників. Більш короткі двигуни сконструйовані таким чином, що їх циліндри отримують більше масла з цього джерела, оскільки вони мають більший діаметр і розташовані ближче до колінчастого валу. У деяких двигунах стінки циліндра отримують додаткове масло з бічного отвору в корпусі шатуна, яке зазвичай направлено в сторону, де поршень робить більш сильний бічний тиск на циліндр (то, на яке поршень тисне під час згоряння під час роботи). . У V-подібних двигунах зазвичай впорскують масло з шатуна, що рухається в протилежний циліндр, на стінки циліндра так, щоб його верхня сторона була змазана, а потім воно тяглося до нижньої сторони. Тут варто зазначити, що в разі двигунів з турбонаддувом в підшипник останнього надходить масло по магістральному масляного каналу і трубопроводу. Однак вони часто використовують другий канал, який направляє потік масла до спеціальних форсунок, спрямованим на поршні, які призначені для їх охолодження. У цих випадках масляний насос має набагато більшу потужність.

У системах з сухим картером масляний насос отримує масло з окремого масляного бака і розподіляє його таким же чином. Додатковий насос всмоктує суміш масла і повітря з картера (тому він повинен мати велику ємність), який проходить через пристрій, щоб відокремити останній і повернути його в резервуар.

Система змащення може також включати радіатор для охолодження масла в більш важких двигунах (для старих двигунів, що використовують прості мінеральні масла, це було звичайною практикою) або теплообмінник, підключений до системи охолодження. Це буде обговорюватися пізніше.

Масляні насоси і запобіжні клапани

Масляні насоси, включаючи зубчасту пару, надзвичайно підходять для роботи масляної системи і тому широко використовуються в системах мастила і в більшості випадків наводяться безпосередньо від колінчастого валу. Інший варіант – роторні насоси. Останнім часом також використовуються насоси зі ковзними лопатями, у тому числі у версіях зі змінною продуктивністю, що оптимізує роботу та, відповідно, їх продуктивність залежно від швидкості та знижує споживання енергії.

Масляним системам необхідні запобіжні клапани, тому що на високих швидкостях збільшення кількості, що забезпечується насосом, масла не відповідає кількості, яке може пройти через підшипники. Це пов'язано з тим, що в цих випадках в підшипниковому маслі утворюються сильні відцентрові сили, що перешкоджають подачі нового кількості масла в підшипник. Крім того, запуск двигуна при низьких зовнішніх температурах збільшує опір масла зі збільшенням в'язкості і зменшенням люфту в механізмах, що часто призводить до критичних значень тиску масла. У більшості спортивних автомобілів використовується датчик тиску масла і датчик температури масла.

(прямувати)

Текст: Георгій Колев