Lái thử ma sát trong II

Các loại bôi trơn và phương pháp bôi trơn các bộ phận động cơ khác nhau

Bôi trơn các loại

Sự tương tác của các bề mặt chuyển động, bao gồm ma sát, bôi trơn và mài mòn, là kết quả của một ngành khoa học gọi là cống và khi nói đến các loại ma sát liên quan đến động cơ đốt trong, các nhà thiết kế định nghĩa một số loại chất bôi trơn. Bôi trơn thủy động là hình thức được yêu cầu nhiều nhất của quá trình này, và vị trí điển hình mà nó xảy ra là trong các ổ trục chính và thanh kết nối của trục khuỷu, nơi chịu tải trọng cao hơn nhiều. Nó xuất hiện trong không gian thu nhỏ giữa ổ trục và trục V, và được đưa đến đó bằng một máy bơm dầu. Bề mặt chuyển động của ổ trục sau đó hoạt động như một máy bơm của chính nó, bơm và phân phối dầu đi xa hơn và cuối cùng tạo ra một lớp màng khá dày trong toàn bộ không gian ổ trục. Vì lý do này, các nhà thiết kế sử dụng vòng bi tay áo cho các thành phần động cơ này, vì diện tích tiếp xúc tối thiểu của vòng bi tạo ra tải trọng cực kỳ cao trên lớp dầu. Hơn nữa, áp suất trong màng dầu này có thể cao hơn gần XNUMX lần so với áp suất do chính máy bơm tạo ra! Trong thực tế, các lực trong các bộ phận này được truyền qua lớp dầu. Tất nhiên, để duy trì trạng thái bôi trơn thủy động, điều cần thiết là hệ thống bôi trơn của động cơ phải luôn cung cấp đủ dầu.

Có thể đến một lúc nào đó, dưới tác dụng của áp suất cao ở bộ phận nào đó, màng bôi trơn trở nên ổn định và rắn chắc hơn bộ phận kim loại mà nó bôi trơn, thậm chí dẫn đến biến dạng bề mặt kim loại. Các nhà phát triển gọi loại bôi trơn này là elastohydrodynamic, và nó có thể tự biểu hiện trong các ổ bi được đề cập ở trên, trong bánh răng hoặc bộ nâng van. Trong trường hợp tốc độ của các bộ phận chuyển động so với nhau trở nên rất thấp, tải trọng tăng lên đáng kể hoặc không có đủ dầu cung cấp, thì thường xảy ra hiện tượng bôi trơn biên. Trong trường hợp này, việc bôi trơn phụ thuộc vào độ bám dính của các phân tử dầu với các bề mặt đỡ, để chúng được ngăn cách bởi một màng dầu tương đối mỏng nhưng vẫn có thể tiếp cận được. Thật không may, trong những trường hợp này luôn có nguy cơ màng mỏng sẽ bị "chọc thủng" bởi các bộ phận sắc nhọn bất thường, do đó, các chất phụ gia chống mài mòn thích hợp được thêm vào dầu để bao phủ kim loại trong thời gian dài và ngăn chặn sự phá hủy của nó khi tiếp xúc trực tiếp. Bôi trơn thủy tĩnh xảy ra dưới dạng màng mỏng khi tải trọng thay đổi hướng đột ngột và tốc độ của các bộ phận chuyển động rất thấp. Điều đáng chú ý ở đây là các công ty chịu lực như thanh kết nối chính như Federal-Mogul đã phát triển các công nghệ mới để phủ lên chúng để họ có thể giải quyết các vấn đề với hệ thống khởi động, chẳng hạn như mòn ổ trục khi khởi động thường xuyên bị khô một phần. mà họ phải tuân theo với mỗi lần ra mắt mới. Việc này sẽ được thảo luận sau. Việc khởi động thường xuyên này dẫn đến sự chuyển đổi từ dạng chất bôi trơn này sang dạng chất bôi trơn khác và được định nghĩa là “chất bôi trơn màng hỗn hợp”.

Hệ thống bôi trơn

Các động cơ đốt trong ô tô và xe máy đầu tiên, và thậm chí cả những thiết kế sau này, có "bôi trơn" nhỏ giọt, trong đó dầu đi vào động cơ từ một loại núm mỡ "tự động" theo trọng lực và chảy qua hoặc đốt cháy sau khi đi qua nó. Các nhà thiết kế ngày nay định nghĩa các hệ thống bôi trơn này, cũng như các hệ thống bôi trơn cho động cơ hai kỳ, trong đó dầu được trộn với nhiên liệu, là "hệ thống bôi trơn tổn thất toàn bộ". Sau đó, các hệ thống này được cải tiến với việc bổ sung một máy bơm dầu để cung cấp dầu cho bên trong động cơ và cho hệ thống van (thường thấy). Tuy nhiên, các hệ thống bơm này không liên quan gì đến các công nghệ bôi trơn cưỡng bức sau này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Các máy bơm được lắp đặt bên ngoài, đưa dầu vào cacte, và sau đó nó tiếp cận các bộ phận ma sát bằng cách bắn tung tóe. Các cánh quạt đặc biệt ở dưới cùng của các thanh kết nối phun dầu vào cacte và khối xi lanh, kết quả là dầu thừa được thu thập trong các bồn tắm nhỏ và các kênh và dưới tác dụng của trọng lực, chảy vào các ổ trục chính và thanh kết nối và ổ trục cam. Một loại chuyển đổi sang hệ thống bôi trơn cưỡng bức dưới áp suất là động cơ Ford Model T, trong đó bánh đà có một cái gì đó giống như bánh xe máy nghiền nước, nhằm mục đích nâng dầu và đưa nó đến cacte (và lưu ý đến hộp số), sau đó các bộ phận bên dưới trục khuỷu và các thanh kết nối cạo dầu và tạo ra bể dầu cho các bộ phận cọ xát. Điều này không đặc biệt khó vì trục cam cũng nằm trong cacte và các van đứng yên. Chiến tranh thế giới thứ nhất và các động cơ máy bay đơn giản là không hoạt động với chất bôi trơn như vậy đã thúc đẩy mạnh mẽ hướng đi này. Đây là cách các hệ thống được sinh ra sử dụng máy bơm bên trong, áp suất hỗn hợp và bôi trơn phun, sau đó được áp dụng cho các động cơ ô tô mới và có tải nặng hơn.

Thành phần chính của hệ thống này là một máy bơm dầu điều khiển động cơ chỉ bơm dầu dưới áp suất đến các ổ trục chính, trong khi các bộ phận khác phụ thuộc vào sự bôi trơn phun. Do đó, không cần thiết phải hình thành các rãnh trong trục khuỷu, điều này cần thiết cho các hệ thống bôi trơn cưỡng bức hoàn toàn. Loại thứ hai nảy sinh như một điều cần thiết với sự phát triển của động cơ tăng tốc độ và tải. Điều này cũng có nghĩa là vòng bi không chỉ được bôi trơn mà còn phải được làm mát.

Trong các hệ thống này, dầu có áp suất được cung cấp cho các ổ trục thanh truyền chính và phía dưới (ổ trục sau nhận dầu qua các rãnh trong trục khuỷu) và các ổ trục cam. Ưu điểm lớn của các hệ thống này là dầu thực tế lưu thông qua các ổ trục này, tức là đi qua chúng và đi vào cacte. Do đó, hệ thống cung cấp nhiều dầu hơn mức cần thiết để bôi trơn, và do đó chúng được làm mát mạnh mẽ. Ví dụ, vào những năm 60, Harry Ricardo lần đầu tiên đưa ra quy tắc quy định lưu thông ba lít dầu mỗi giờ, tức là đối với động cơ 3 mã lực. – XNUMX lít lưu thông dầu mỗi phút. Xe đạp ngày nay được nhân rộng hơn gấp nhiều lần.

Sự tuần hoàn của dầu trong hệ thống bôi trơn bao gồm một mạng lưới các kênh được xây dựng trong thân máy và cơ cấu động cơ, mức độ phức tạp của chúng phụ thuộc vào số lượng và vị trí của các xi lanh và cơ cấu thời gian. Vì lợi ích của độ tin cậy và độ bền của động cơ, các nhà thiết kế từ lâu đã ưa chuộng các kênh hình kênh thay vì đường ống.

Một máy bơm điều khiển động cơ hút dầu từ cacte và dẫn nó đến một bộ lọc trong dòng gắn bên ngoài vỏ. Sau đó, nó cần một (đối với dòng) hoặc một cặp kênh (đối với động cơ boxer hoặc hình chữ V), kéo dài gần như toàn bộ chiều dài của động cơ. Sau đó, sử dụng các rãnh ngang nhỏ, nó được dẫn đến các ổ trục chính, đi vào chúng qua cửa vào trong vỏ ổ trục trên. Thông qua một rãnh ngoại vi trong ổ trục, một phần dầu được phân phối đều trong ổ trục để làm mát và bôi trơn, trong khi phần khác được dẫn đến ổ trục thanh kết nối dưới thông qua một lỗ xiên trong trục khuỷu được nối với cùng một rãnh. Việc bôi trơn ổ trục thanh truyền phía trên khó hơn trong thực tế, vì vậy phần trên của thanh nối thường là bể chứa được thiết kế để chứa dầu bắn ra dưới piston. Trong một số hệ thống, dầu đến ổ trục thông qua một lỗ khoan trong chính thanh kết nối. Lần lượt, các vòng bi bu lông piston được bôi trơn.

Tương tự với hệ tuần hoàn

Khi trục cam hoặc ổ xích được lắp vào cacte, ổ này được bôi trơn bằng dầu xuyên thẳng và khi trục được lắp vào đầu, xích ổ được bôi trơn bằng cách kiểm soát rò rỉ dầu từ hệ thống kéo dài thủy lực. Trong động cơ Ford 1.0 Ecoboost, đai truyền động trục cam cũng được bôi trơn - trong trường hợp này là ngâm trong chảo dầu. Cách dầu bôi trơn được cung cấp cho các ổ trục cam phụ thuộc vào việc động cơ có trục dưới hay trục trên - trục trước thường nhận nó theo rãnh từ ổ trục chính của trục khuỷu và rãnh sau được nối với rãnh chính dưới. hoặc gián tiếp, với một kênh chung riêng biệt ở đầu hoặc trong chính trục cam, và nếu có hai trục, thì kênh này được nhân lên gấp đôi.

Các nhà thiết kế cố gắng tạo ra các hệ thống trong đó van được bôi trơn ở tốc độ dòng chảy được kiểm soát chính xác để tránh lũ lụt và rò rỉ dầu qua các thanh dẫn van trong xi lanh. Sự hiện diện của thang máy thủy lực làm tăng thêm sự phức tạp. Các tảng đá, bất thường được bôi trơn trong bồn dầu hoặc bằng cách phun trong bồn tắm nhỏ, hoặc bằng các kênh mà dầu rời khỏi kênh chính.

Đối với các thành hình trụ và váy piston, chúng được bôi trơn hoàn toàn hoặc một phần bằng dầu đi ra và lan truyền trong cacte từ các ổ trục của thanh truyền phía dưới. Động cơ ngắn hơn được thiết kế để xi lanh của chúng nhận được nhiều dầu hơn từ nguồn này vì chúng có đường kính lớn hơn và gần trục khuỷu hơn. Trong một số động cơ, thành xi-lanh nhận thêm dầu từ một lỗ bên trong vỏ thanh kết nối, lỗ này thường hướng về phía mà pít-tông tạo áp lực về phía xi-lanh nhiều hơn (mà pít-tông tạo áp lực trong quá trình đốt cháy trong quá trình hoạt động). ... Trong động cơ chữ V, người ta thường bơm dầu từ một thanh truyền chuyển động vào xi lanh đối diện lên thành xi lanh để mặt trên được bôi trơn, sau đó được kéo xuống mặt dưới. Ở đây cần lưu ý rằng trong trường hợp động cơ tăng áp, dầu đi vào ổ trục sau qua kênh dẫn dầu chính và đường ống. Tuy nhiên, họ thường sử dụng kênh thứ hai hướng dòng dầu đến các vòi phun đặc biệt hướng vào các piston, được thiết kế để làm mát chúng. Trong những trường hợp này, bơm dầu hoạt động mạnh hơn nhiều.

Trong hệ thống bể chứa khô, bơm dầu nhận dầu từ một thùng dầu riêng biệt và phân phối theo cách tương tự. Bơm phụ hút hỗn hợp dầu / không khí từ cacte (nên phải có công suất lớn) chảy qua thiết bị để tách phần sau và đưa về bình chứa.

Hệ thống bôi trơn cũng có thể bao gồm bộ tản nhiệt để làm mát dầu trong các động cơ nặng hơn (đây là thực tế phổ biến đối với các động cơ cũ sử dụng dầu khoáng đơn giản) hoặc bộ trao đổi nhiệt được kết nối với hệ thống làm mát. Việc này sẽ được thảo luận sau.

Bơm dầu và van xả

Bơm dầu, bao gồm cả một cặp bánh răng, cực kỳ thích hợp cho hoạt động của hệ thống dầu và do đó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống bôi trơn và trong hầu hết các trường hợp được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu. Một lựa chọn khác là máy bơm quay. Gần đây, máy bơm cánh gạt trượt cũng đã được sử dụng, bao gồm các phiên bản có dung tích thay đổi, giúp tối ưu hóa hoạt động và do đó hiệu suất của chúng liên quan đến tốc độ và giảm mức tiêu thụ năng lượng.

Các hệ thống dầu cần có van xả vì ở tốc độ cao, lượng dầu cung cấp bởi bơm không tương ứng với lượng dầu có thể đi qua các ổ trục. Điều này là do trong những trường hợp này, lực ly tâm mạnh được hình thành trong dầu ổ trục, ngăn cản việc cung cấp một lượng dầu mới cho ổ trục. Ngoài ra, khởi động động cơ ở nhiệt độ bên ngoài thấp làm tăng sức cản của dầu với sự gia tăng độ nhớt và giảm phản ứng dữ dội trong các cơ cấu, điều này thường dẫn đến các giá trị tới hạn của áp suất dầu. Hầu hết các xe thể thao đều sử dụng đồng hồ đo áp suất dầu và đồng hồ đo nhiệt độ dầu.

(theo dõi)

Văn bản: Georgy Kolev