Proba de fricción interna II
Tipos de lubricación e método de lubricación de varias pezas do motor
Tipos de lubricación
As interaccións das superficies móbiles, incluídas a fricción, a lubricación e o desgaste, son o resultado dunha ciencia chamada triboloxía e, cando se trata dos tipos de fricción asociados aos motores de combustión interna, os deseñadores definen varios tipos de lubricante. A lubricación hidrodinámica é a forma máis demandada deste proceso e o lugar típico onde se produce está nos rodamentos principais e das bielas do cigüeñal, que están sometidos a cargas moito maiores. Aparece no espazo en miniatura entre o rodamento e o eixe en V, e leva alí unha bomba de aceite. A superficie móbil do rodamento actúa como a súa propia bomba, que bombea e distribúe o aceite aínda máis e crea unha película bastante grosa en todo o espazo do rodamento. Por esta razón, os deseñadores usan rodamentos de manga para estes compoñentes do motor, xa que a área mínima de contacto dun rodamento de bolas crea unha carga extremadamente alta na capa de aceite. Ademais, a presión desta película de aceite pode ser case cincuenta veces maior que a presión xerada pola propia bomba. Na práctica, as forzas nestas partes transmítense a través da capa de aceite. Por suposto, para manter o estado de lubricación hidrodinámica, é necesario que o sistema de lubricación do motor sempre subministre suficiente aceite.
É posible que nalgún momento, baixo a influencia da alta presión en certas partes, a película lubricante se volva máis estable e máis dura que as partes metálicas que lubrica e incluso leve a deformación das superficies metálicas. Os desenvolvedores denominan este tipo de lubricación elastohidrodinámica e pode manifestarse nos rodamentos de bolas mencionados anteriormente, nas rodas dentadas ou nos levantadores de válvulas. No caso de que a velocidade das pezas móbiles entre si sexa moi baixa, a carga aumente significativamente ou non haxa suficiente subministración de aceite, adoita producirse a chamada lubricación límite. Neste caso, a lubricación depende da adhesión das moléculas de aceite ás superficies de apoio, de xeito que están separadas por unha película de aceite relativamente delgada pero aínda accesible. Por desgraza, nestes casos sempre existe o perigo de que a película fina sexa "perforada" por partes afiadas de irregularidades, polo tanto, engádense aos aceites aditivos antidesgaste adecuados que cubren o metal durante moito tempo e evitan a súa destrución por contacto directo. A lubricación hidrostática prodúcese en forma de película fina cando a carga cambia de dirección bruscamente e a velocidade das partes móbiles é moi baixa. Cómpre sinalar aquí que compañías portadoras como bielas principais como Federal-Mogul desenvolveron novas tecnoloxías para revestilas de xeito que poidan resolver problemas con sistemas start-stop como o desgaste do rodamento en arranques frecuentes, parcialmente secos. aos que son sometidos con cada novo lanzamento. Isto falarase máis adiante. Esta posta en marcha frecuente, á súa vez, leva a unha transición dunha forma de lubricante a outra e defínese como "lubricante de película mixta".
Sistemas de lubricación
Os primeiros motores de combustión interna de automóbiles e motocicletas, e incluso deseños posteriores, tiñan "lubricación" por goteo na que o aceite entraba no motor desde unha especie de pezón de graxa "automático" pola gravidade e atravesaba ou queimaba despois de atravesalo. Os deseñadores definen hoxe estes sistemas de lubricación, así como os sistemas de lubricación para motores de dous tempos, nos que o aceite se mestura con combustible, como "sistemas de lubricación por perda total". Máis tarde, estes sistemas melloráronse coa adición dunha bomba de aceite para subministrar aceite ao interior do motor e ao tren de válvulas (que se atopa a miúdo). Non obstante, estes sistemas de bombeo non teñen nada que ver coas posteriores tecnoloxías de lubricación forzada que aínda se utilizan na actualidade. As bombas instaláronse externamente, introducindo aceite no cárter e logo alcanzaron as partes de rozamento salpicando. As follas especiais na parte inferior das bielas asperxeron aceite no cárter e no bloque de cilindros, como resultado do cal o exceso de aceite foi recollido en mini-baños e canles e, baixo a acción da gravidade, fluíu cara aos rodamentos principais e da biela e rodamentos de árbores de levas. Unha especie de transición cara a sistemas con lubricación forzada baixo presión é o motor Ford Model T, no que o volante tiña algo así como unha roda de muíño de auga, que estaba destinada a levantar aceite e conducilo ao cárter (e anotar a transmisión), entón as partes inferiores do cigüeñal e as bielas racharon aceite e crearon un baño de aceite para frotar as pezas. Isto non foi especialmente difícil dado que o eixe de levas tamén estaba no cárter e as válvulas estaban paradas. A Primeira Guerra Mundial e os motores de aeronaves que simplemente non funcionaron con este tipo de lubricante deron un forte impulso nesta dirección. Foi así como naceron os sistemas que utilizaban bombas internas e lubricación mixta a presión e pulverización, que logo se aplicaban a motores de automóbiles novos e con maior carga.
O compoñente principal deste sistema era unha bomba de aceite accionada polo motor que bombeaba o aceite só a presión cara aos rodamentos principais, mentres que outras pezas dependían da lubricación por pulverización. Así, non foi necesario formar ranuras no cigüeñal, que son necesarias para sistemas con lubricación totalmente forzada. Este último xurdiu como unha necesidade co desenvolvemento de motores que aumentan a velocidade e a carga. Isto tamén significaba que os rodamentos non só debían lubricarse senón tamén arrefriarse.
Nestes sistemas, subminístrase aceite a presión aos rodamentos da biela principal e inferior (este último recibe o aceite a través das ranuras do cigüeñal) e aos rodamentos do árbol de levas. A gran vantaxe destes sistemas é que o aceite practicamente circula por estes rodamentos, é dicir. pasa por elas e entra no cárter. Así, o sistema proporciona moito máis aceite do necesario para a lubricación e, polo tanto, son refrixerados intensamente. Por exemplo, alá polos anos 60, Harry Ricardo introduciu por primeira vez unha norma que prevía a circulación de tres litros de aceite por hora, é dicir, para un motor de 3 CV. – XNUMX litros de aceite por minuto. As bicicletas actuais replícanse moitas veces máis.
A circulación de aceite no sistema de lubricación inclúe unha rede de canles integradas no corpo e no mecanismo do motor, cuxa complexidade depende do número e da situación dos cilindros e do mecanismo de sincronización. Por motivos de fiabilidade e durabilidade do motor, os deseñadores desde hai tempo favorecen as canles en forma de canle fronte ás canalizacións.
Unha bomba accionada polo motor extrae aceite do cárter e diríxeo a un filtro en liña montado fóra da carcasa. Despois leva un (para en liña) ou un par de canles (para motores boxer ou en forma de V), que se estenden case toda a lonxitude do motor. Despois, empregando pequenas ranuras transversais, diríxese aos rodamentos principais, entrando neles pola entrada da carcasa superior do rodamento. A través dunha ranura periférica no rodamento, parte do aceite distribúese uniformemente no rodamento para refrixeración e lubricación, mentres que a outra parte diríxese ao rodamento da biela inferior a través dun orificio oblicuo no cigüeñal conectado á mesma ranura. A lubricación do rodamento da biela superior é máis difícil na práctica, polo que a parte superior da biela adoita ser un depósito deseñado para conter salpicaduras de aceite baixo o pistón. Nalgúns sistemas, o aceite chega ao rodamento a través dun taladro da biela. Pola súa banda, os rodamentos do parafuso do pistón están lubricados por pulverización.
Semellante ao sistema circulatorio
Cando se instala no cárter un árbol de levas ou unha transmisión en cadea, esta unidade lubricase con aceite directo e, cando o eixe está instalado na cabeza, a cadea de transmisión lubricase mediante unha fuga de aceite controlada do sistema de extensión hidráulica. No motor Ford 1.0 Ecoboost, a correa de transmisión do árbol de levas tamén está lubricada, neste caso por inmersión no cárter de aceite. A forma en que se subministra aceite lubricante aos rodamentos do árbol de levas depende de se o motor ten un eixe inferior ou superior: o primeiro adoita recibiro con rañuras dos rodamentos principais do cigüeñal e o segundo con rañuras conectadas ao suco inferior principal. ou indirectamente, cunha canle común separada na cabeza ou no propio árbol de levas, e se hai dous eixes, este multiplícase por dous.
Os deseñadores buscan crear sistemas nos que as válvulas se lubren a un caudal controlado con precisión para evitar inundacións e fugas de aceite a través das guías das válvulas dos cilindros. A complexidade adicional engádese coa presenza de ascensores hidráulicos. As rochas, as irregularidades lubricanse nun baño de aceite ou pulverizando en baños en miniatura ou mediante canles polos que o aceite sae da canle principal.
En canto ás paredes cilíndricas e saias de pistón, están completamente ou parcialmente lubricadas con aceite que sae e se estende no cárter desde os rodamentos de bielas inferiores. Os motores máis curtos están deseñados para que os seus cilindros obteñan máis aceite desta fonte porque teñen un diámetro maior e están máis preto do cigüeñal. Nalgúns motores, as paredes dos cilindros extraen aceite adicional dun orificio lateral da carcasa da biela, que normalmente se dirixe cara ao lado onde o pistón exerce máis presión lateral sobre o cilindro (a que o pistón exerce durante a combustión durante a operación). ... Nos motores en V, é común inxectar aceite dunha biela que se move no cilindro oposto á parede do cilindro para que a parte superior estea lubricada e logo tráese cara á parte inferior. Cómpre sinalar aquí que no caso dos motores turboalimentados, o aceite entra no cojinete deste último a través da canle principal e do gasoduto. Non obstante, adoitan empregar unha segunda canle que dirixe o fluxo de aceite cara a boquillas especiais dirixidas aos pistóns, que están deseñadas para arrefrialas. Nestes casos, a bomba de aceite é moito máis potente.
Nos sistemas de sumidoiros secos, a bomba de aceite recibe o aceite dun tanque de aceite separado e distribúeo do mesmo xeito. A bomba auxiliar aspira a mestura de aceite / aire do cárter (polo que debe ter unha gran capacidade), que atravesa o dispositivo para separalo e devolvelo ao depósito.
O sistema de lubricación tamén pode incluír un radiador para arrefriar o aceite en motores máis pesados (esta era unha práctica común para motores máis antigos que usaban aceites minerais simples) ou un intercambiador de calor conectado ao sistema de refrixeración. Isto falarase máis adiante.
Bombas de aceite e válvulas de alivio
As bombas de aceite, incluíndo un par de engrenaxes, son moi adecuadas para o funcionamento dun sistema de aceite e, polo tanto, son amplamente utilizadas nos sistemas de lubricación e, na maioría dos casos, son accionadas directamente desde o cigüeñal. Outra opción son as bombas rotativas. Recentemente tamén se utilizan bombas de paletas corredizas, incluíndo versións de caudal variable, que optimizan o funcionamento e, polo tanto, o seu rendemento en relación á velocidade e reducen o consumo enerxético.
Os sistemas de aceite requiren válvulas de alivio porque a altas velocidades o aumento da cantidade subministrada pola bomba de aceite non coincide coa cantidade que pode pasar polos rodamentos. Isto débese ao feito de que nestes casos fórmanse fortes forzas centrífugas no aceite do rodamento, impedindo o subministro dunha nova cantidade de aceite ao rodamento. Ademais, arrancar o motor a baixas temperaturas exteriores aumenta a resistencia do aceite cun aumento da viscosidade e unha diminución da reacción nos mecanismos, o que a miúdo leva a valores críticos da presión do aceite. A maioría dos coches deportivos usan un sensor de presión de aceite e un sensor de temperatura de aceite.
(seguir)
Texto: Georgy Kolev
