Prova de fricció interna II
Tipus de lubricació i mètode de lubricació de diverses peces del motor
Tipus de lubricació
Les interaccions de les superfícies en moviment, incloses la fricció, la lubricació i el desgast, són el resultat d’una ciència anomenada tribologia i, quan es tracta dels tipus de fricció associats als motors de combustió, els dissenyadors defineixen diversos tipus de lubricants. La lubricació hidrodinàmica és la forma més demandada d’aquest procés i el lloc típic on es produeix és als coixinets principals i de biela del cigonyal, que estan sotmesos a càrregues molt més altes. Apareix a l'espai en miniatura entre el coixinet i l'eix en V, i hi porta una bomba d'oli. La superfície mòbil del coixinet actua com la seva pròpia bomba, que bombeja i distribueix l'oli més enllà i crea una pel·lícula bastant gruixuda a tot l'espai del coixinet. Per aquest motiu, els dissenyadors utilitzen coixinets de màniga per a aquests components del motor, ja que l’àrea mínima de contacte d’un coixinet de boles crea una càrrega extremadament alta a la capa d’oli. Al mateix temps, la pressió d'aquesta pel·lícula d'oli pot ser gairebé cinquanta vegades superior a la pressió creada per la pròpia bomba. A la pràctica, les forces d’aquestes parts es transmeten a través de la capa d’oli. Per descomptat, per mantenir l’estat de lubricació hidrodinàmica, és necessari que el sistema de lubricació del motor sempre proporcioni una quantitat suficient d’oli.
És possible que en algun moment, sota la influència de l’alta pressió en determinades parts, la pel·lícula lubricant es faci més estable i dura que les parts metàl·liques que lubrica, i fins i tot condueixi a la deformació de les superfícies metàl·liques. Els desenvolupadors anomenen aquest tipus de lubricació com a elastohidrodinàmica i es pot manifestar en els coixinets de boles esmentats anteriorment, en les rodes dentades o en els aixecadors de vàlvules. En el cas que la velocitat de les parts mòbils una respecte a l’altra sigui molt baixa, la càrrega augmenti significativament o no hi hagi prou subministrament d’oli, sovint es produeix l’anomenada lubricació límit. En aquest cas, la lubricació depèn de l’adhesió de les molècules d’oli a les superfícies de suport, de manera que queden separades per una pel·lícula d’oli relativament prima però encara accessible. Malauradament, en aquests casos sempre hi ha el perill que la pel·lícula prima sigui "punxada" per parts esmolades d'irregularitats, per tant, s'afegeixen als olis additius antidesgast adequats, que recobreixen el metall durant molt de temps i n'eviten la destrucció per contacte directe. La lubricació hidrostàtica es produeix com una pel·lícula prima quan la càrrega canvia de direcció bruscament i la velocitat de les parts mòbils és molt baixa. Val la pena assenyalar aquí que empreses portants com les bieles principals com Federal-Mogul han desenvolupat noves tecnologies per recobrir-les de manera que puguin resoldre problemes amb sistemes d’arrencada-aturada, com ara el desgast del rodament en arrencades freqüents, parcialment secs. a què se sotmeten amb cada nou llançament. Això es parlarà més endavant. Aquesta posada en marxa freqüent, al seu torn, condueix a una transició d'una forma de lubricant a una altra i es defineix com a "lubricant de pel·lícula mixta".
Sistemes de lubricació
Els primers motors de combustió interna per a automòbils i motocicletes, i fins i tot dissenys posteriors, tenien una "lubricació" per degoteig en què l'oli entrava al motor des d'una mena de greix "automàtic" per gravetat i circulava o es cremava després de passar-hi. Actualment, els dissenyadors defineixen aquests sistemes de lubricació, així com els sistemes de lubricació per a motors de dos temps, en els quals l’oli es barreja amb el combustible, com a “sistemes de lubricació per pèrdua total”. Més tard, aquests sistemes es van millorar amb l'addició d'una bomba d'oli per subministrar oli a l'interior del motor i al tren de vàlvules (que es troba sovint). No obstant això, aquests sistemes de bombament no tenen res a veure amb les tecnologies de lubricació forçada posteriors que encara s’utilitzen avui en dia. Les bombes es van instal·lar externament, alimentant oli al carter, i després van arribar a les parts de fricció esquitxant-les. Les fulles especials a la part inferior de les bieles van ruixar oli al carter i al bloc de cilindres, per la qual cosa es va recollir l'excés d'oli en mini-banys i canals i, sota l'acció de la gravetat, va fluir cap als coixinets principals i de la biela i coixinets d'arbre de lleves. Una mena de transició cap a sistemes amb lubricació forçada a pressió és el motor Ford Model T, en què el volant tenia alguna cosa així com una roda de molí d’aigua, que estava destinada a aixecar oli i conduir-lo al carter (i fixar-se en la transmissió). les parts inferiors del cigonyal i les bieles van raspar oli i van crear un bany d'oli per fregar les parts. Això no va ser especialment difícil, ja que l’eix de lleves també es trobava al carter i les vàlvules estaven estacionàries. La Primera Guerra Mundial i els motors d'avions que simplement no funcionaven amb aquest tipus de lubricant van donar una forta empenta en aquesta direcció. Va ser així com van néixer els sistemes que utilitzaven bombes internes i una pressió mixta i lubricació per aspersió, que després s’aplicaven als motors d’automòbils nous i més pesats.
El component principal d’aquest sistema era una bomba d’oli impulsada pel motor que bombava oli a pressió només als coixinets principals, mentre que altres parts depenien de la lubricació per aspersió. Per tant, no era necessari formar ranures al cigonyal, que són necessàries per a sistemes amb lubricació totalment forçada. Aquesta última va sorgir com una necessitat amb el desenvolupament de motors que augmenten la velocitat i la càrrega. Això també significava que els coixinets havien de ser no només lubricats, sinó també refrigerats.
En aquests sistemes, l'oli a pressió es subministra als coixinets de biela principal i inferior (aquest últim rep l'oli a través de les ranures del cigonyal) i als coixinets de l'arbre de lleves. El gran avantatge d'aquests sistemes és que l'oli pràcticament circula per aquests coixinets, és a dir. passa per ells i entra al cárter. Així, el sistema proporciona molt més oli del necessari per a la lubricació i, per tant, es refreden intensament. Per exemple, als anys 60, Harry Ricardo va introduir per primera vegada una norma que preveia la circulació de tres litres d'oli per hora, és a dir, per a un motor de 3 CV. – XNUMX litres de circulació d'oli per minut. Les bicicletes actuals es reprodueixen moltes vegades més.
La circulació d’oli al sistema de lubricació inclou una xarxa de canals integrats al cos i al mecanisme del motor, la complexitat dels quals depèn del nombre i la ubicació dels cilindres i del mecanisme de sincronització. Per motius de fiabilitat i durabilitat del motor, els dissenyadors han afavorit durant molt de temps els canals en forma de canal per sobre de les canonades.
Una bomba impulsada pel motor treu oli del carter i el dirigeix cap a un filtre en línia muntat fora de la carcassa. A continuació, es necessita un (per a la línia) o un parell de canals (per als boxers o motors en forma de V), que s'estenen gairebé tota la longitud del motor. Després, mitjançant petites ranures transversals, es dirigeix cap als coixinets principals, entrant-hi per l’entrada de la carcassa superior del coixinet. A través d’una ranura perifèrica del coixinet, una part de l’oli es distribueix uniformement al coixinet per a la refrigeració i la lubricació, mentre que l’altra part es dirigeix cap al coixinet de la biela inferior a través d’un forat inclinat al cigonyal connectat a la mateixa ranura. La lubricació del coixinet de la biela superior és més difícil a la pràctica, de manera que la part superior de la biela és sovint un dipòsit dissenyat per contenir esquitxades d’oli sota el pistó. En alguns sistemes, l’oli arriba al rodament a través d’un forat de la biela. Al seu torn, els coixinets de perns de pistó estan lubricats per esquitxades.
Semblant al sistema circulatori
Quan s'instal·la un arbre de lleves o un accionament de cadena al cárter, aquest accionament es lubrica amb oli directe i, quan l'eix s'instal·la al capçal, la cadena de transmissió es lubrica mitjançant una fuita d'oli controlada del sistema d'extensió hidràulica. En el motor Ford 1.0 Ecoboost, la corretja de transmissió de l'arbre de lleves també està lubricada, en aquest cas per immersió al carter d'oli. La forma en què es subministra l'oli lubricant als coixinets de l'arbre de lleves depèn de si el motor té un eix inferior o superior: el primer normalment el rep acanalat dels coixinets principals del cigonyal i el segon ranurat connectat a la ranura inferior principal. o indirectament, amb un canal comú separat al capçal o al propi arbre de lleves, i si hi ha dos eixos, aquest es multiplica per dos.
Els dissenyadors s’esforcen per crear sistemes en què les vàlvules es lubriquin a cabals controlats amb precisió per evitar inundacions i fuites d’oli a través de les guies de les vàlvules dels cilindres. La complexitat addicional s’afegeix amb la presència d’ascensors hidràulics. Les roques, les irregularitats es lubren en un bany d’oli o per polvorització en banys en miniatura o mitjançant canals per on surt l’oli del canal principal.
Pel que fa a les parets cilíndriques i els faldons de pistó, estan totalment o parcialment lubricats amb oli que surt i s’estén al carter des dels coixinets inferiors de la biela. Els motors més curts estan dissenyats perquè els seus cilindres obtinguin més oli d’aquesta font perquè tenen un diàmetre més gran i estan més a prop del cigonyal. En alguns motors, la paret del cilindre treu olis addicionals d’un forat lateral de la carcassa de la biela, que sol dirigir-se cap al costat on el pistó exerceix més pressió lateral sobre el cilindre (la que el pistó exerceix durant la combustió durant el funcionament). ... Als motors en V, és freqüent injectar oli d’una biela que es mou cap al cilindre oposat a la paret del cilindre de manera que la part superior es lubriqui, i després s’estira cap a la part inferior. Val la pena assenyalar que, en el cas dels motors turboalimentats, l’oli entra al coixinet d’aquest darrer a través del canal principal i de la canonada d’oli. No obstant això, sovint utilitzen un segon canal que dirigeix el flux d’oli cap a broquets especials dirigits als pistons, dissenyats per refredar-los. En aquests casos, la bomba d’oli és molt més potent.
En els sistemes de dipòsit sec, la bomba d'oli rep oli d'un dipòsit d'oli separat i el distribueix de la mateixa manera. La bomba auxiliar aspira la mescla d’oli / aire del carter (per tant, ha de tenir una gran capacitat), que travessa el dispositiu per separar-lo i retornar-lo al dipòsit.
El sistema de lubricació també pot incloure un radiador per refredar l'oli en motors més pesats (aquesta era una pràctica habitual en motors antics que utilitzaven olis minerals simples) o un intercanviador de calor connectat al sistema de refrigeració. Això es parlarà més endavant.
Bombes d'oli i vàlvules de descàrrega
Les bombes d'oli, inclòs un parell d'engranatges, són extremadament adequades per al funcionament d'un sistema d'oli i, per tant, s'utilitzen àmpliament en sistemes de lubricació i, en la majoria dels casos, s'accionen directament des del cigonyal. Una altra opció són les bombes rotatives. Recentment, també s'han utilitzat bombes de paletes lliscants, incloses versions de cilindrada variable, que optimitzen el funcionament i per tant el seu rendiment en relació a la velocitat i redueixen el consum d'energia.
Els sistemes d’oli requereixen vàlvules de descàrrega perquè a velocitats elevades l’augment de la quantitat subministrada per la bomba d’oli no coincideix amb la quantitat que pot passar pels coixinets. Això es deu al fet que en aquests casos es formen fortes forces centrífugues a l'oli del rodament, cosa que impedeix el subministrament d'una nova quantitat d'oli al rodament. A més, arrencar el motor a baixes temperatures exteriors augmenta la resistència de l'oli amb un augment de la viscositat i una disminució del joc en els mecanismes, que sovint condueix a valors crítics de pressió d'oli. La majoria dels cotxes esportius utilitzen un sensor de pressió d’oli i un sensor de temperatura de l’oli.
(seguir)
Text: Georgy Kolev
