Prova l'attrito interno II

Tipi di lubrificazione e metodo di lubrificazione di varie parti del motore

Tipi di lubrificazione

Le interazioni delle superfici in movimento, inclusi attrito, lubrificazione e usura, sono il risultato di una scienza chiamata tribologia e, quando si tratta dei tipi di attrito associati ai motori a combustione interna, i progettisti definiscono diversi tipi di lubrificante. La lubrificazione idrodinamica è la forma più richiesta di questo processo e il luogo tipico in cui si verifica è nei cuscinetti principale e di biella dell'albero motore, che sono soggetti a carichi molto più elevati. Appare nello spazio in miniatura tra il cuscinetto e l'albero a V e vi viene portato da una pompa dell'olio. La superficie mobile del cuscinetto funge quindi da pompa, che pompa e distribuisce ulteriormente l'olio e alla fine crea una pellicola abbastanza spessa in tutto lo spazio del cuscinetto. Per questo motivo, i progettisti utilizzano cuscinetti a manicotto per questi componenti del motore, poiché l'area di contatto minima di un cuscinetto a sfere crea un carico estremamente elevato sullo strato di olio. Inoltre, la pressione in questo film d'olio può essere quasi cinquanta volte superiore alla pressione creata dalla pompa stessa! In pratica, le forze in queste parti vengono trasmesse attraverso lo strato di olio. Ovviamente, per mantenere lo stato di lubrificazione idrodinamica, è necessario che il sistema di lubrificazione del motore fornisca sempre una quantità sufficiente di olio.

È possibile che ad un certo punto, sotto l'influenza dell'alta pressione in alcune parti, il film lubrificante diventi più stabile e più duro delle parti metalliche che lubrifica e porti persino alla deformazione delle superfici metalliche. Gli sviluppatori chiamano questo tipo di lubrificazione elastoidrodinamica e può manifestarsi nei cuscinetti a sfere sopra menzionati, nelle ruote dentate o nelle alzavalvole. Nel caso in cui la velocità delle parti in movimento l'una rispetto all'altra diventa molto bassa, il carico aumenta in modo significativo o non c'è abbastanza olio, spesso si verifica la cosiddetta lubrificazione limite. In questo caso, la lubrificazione dipende dall'adesione delle molecole di olio alle superfici di supporto, in modo che siano separate da un film d'olio relativamente sottile ma comunque accessibile. Purtroppo in questi casi c'è sempre il pericolo che il film sottile venga "bucato" da parti taglienti di irregolarità, pertanto agli oli vengono aggiunti opportuni additivi antiusura, che ricoprono a lungo il metallo e ne impediscono la distruzione per contatto diretto. La lubrificazione idrostatica avviene sotto forma di un film sottile quando il carico cambia bruscamente direzione e la velocità delle parti in movimento è molto bassa. Vale la pena notare qui che le aziende di cuscinetti come le principali bielle come Federal-Mogul hanno sviluppato nuove tecnologie per rivestirle in modo che possano affrontare i problemi con i sistemi start-stop come l'usura dei cuscinetti in frequenti avviamenti parzialmente a secco a cui sono sottoposti ad ogni nuovo lancio. Questo sarà discusso più avanti. Questo frequente avvio, a sua volta, porta ad un passaggio da una forma di lubrificante a un altro ed è definito come “lubrificante a film misto”.

Sistemi di lubrificazione

I primi motori a combustione interna per autoveicoli e motocicli, e anche i modelli successivi, avevano una "lubrificazione" a goccia in cui l'olio entrava nel motore da una sorta di ingrassatore "automatico" per gravità e scorreva attraverso o bruciava dopo averlo attraversato. I progettisti oggi definiscono questi sistemi di lubrificazione, così come i sistemi di lubrificazione per motori a due tempi, in cui l'olio viene miscelato con carburante, come "sistemi di lubrificazione a perdita totale". Successivamente, questi sistemi sono stati migliorati con l'aggiunta di una pompa dell'olio per fornire olio all'interno del motore e al treno valvole (spesso trovato). Tuttavia, questi sistemi di pompaggio non hanno nulla a che fare con le successive tecnologie di lubrificazione forzata ancora in uso oggi. Le pompe erano installate esternamente, alimentando l'olio nel carter, che poi raggiungeva le parti di attrito per schizzi. Speciali lame nella parte inferiore delle bielle spruzzavano olio nel basamento e nel blocco cilindri, a seguito del quale l'olio in eccesso veniva raccolto in mini-bagni e canali e, sotto l'azione della gravità, scorreva nei cuscinetti di banco e di biella e cuscinetti dell'albero a camme. Una sorta di passaggio a sistemi con lubrificazione forzata sotto pressione è il motore Ford Model T, in cui il volano aveva qualcosa come una ruota di un mulino ad acqua, che aveva lo scopo di sollevare l'olio e convogliarlo al carter (e notare la trasmissione), quindi le parti inferiori albero motore e bielle raschiavano olio e creavano un bagno d'olio per sfregamento parti. Questo non era particolarmente difficile dato che l'albero a camme era anche nel basamento e le valvole erano fisse. La prima guerra mondiale e i motori degli aerei che semplicemente non funzionavano con questo tipo di lubrificante diedero una forte spinta in questa direzione. Fu così che nacquero i sistemi che utilizzavano pompe interne e lubrificazione mista a pressione e spray, che venivano poi applicati ai motori automobilistici più nuovi e più carichi.

Il componente principale di questo sistema era una pompa dell'olio azionata dal motore che pompava olio sotto pressione solo ai cuscinetti principali, mentre altre parti facevano affidamento sulla lubrificazione a spruzzo. Pertanto, non era necessario formare scanalature nell'albero motore, necessarie per i sistemi con lubrificazione completamente forzata. Quest'ultimo è nato come una necessità con lo sviluppo di motori che aumentano la velocità e il carico. Ciò significava anche che i cuscinetti dovevano essere non solo lubrificati ma anche raffreddati.

In questi sistemi, l'olio pressurizzato viene fornito ai cuscinetti della biella principale e inferiore (quest'ultimo riceve olio attraverso le scanalature nell'albero motore) e ai cuscinetti dell'albero a camme. Il grande vantaggio di questi sistemi è che l'olio praticamente circola attraverso questi cuscinetti, cioè li attraversa ed entra nel carter. Pertanto, il sistema fornisce molto più olio del necessario per la lubrificazione e quindi viene raffreddato intensamente. Ad esempio, negli anni '60, Harry Ricardo introdusse per la prima volta una regola che prevedeva la circolazione di tre litri di olio all'ora, cioè per un motore da 3 CV. – XNUMX litri di circolazione dell'olio al minuto. Le biciclette di oggi vengono replicate molte volte di più.

La circolazione dell'olio nel sistema di lubrificazione include una rete di canali integrati nel corpo e nel meccanismo del motore, la cui complessità dipende dal numero e dalla posizione dei cilindri e dal meccanismo di temporizzazione. Per motivi di affidabilità e durata del motore, i progettisti hanno a lungo privilegiato i canali a forma di canale invece delle condutture.

Una pompa azionata dal motore aspira l'olio dal carter e lo convoglia verso un filtro in linea montato all'esterno dell'alloggiamento. Ne prende quindi uno (per in linea) o una coppia di canali (per motori boxer oa V), estendendosi quasi per tutta la lunghezza del motore. Quindi, utilizzando piccole scanalature trasversali, viene diretto ai cuscinetti principali, entrando in essi attraverso l'ingresso nel guscio del cuscinetto superiore. Attraverso un'asola periferica nel cuscinetto, parte dell'olio viene distribuito uniformemente nel cuscinetto per il raffreddamento e la lubrificazione, mentre l'altra parte è diretta al cuscinetto di biella inferiore attraverso un foro obliquo nell'albero motore collegato alla stessa cava. Lubrificare il cuscinetto di biella superiore è in pratica più difficile, quindi la parte superiore della biella è spesso un serbatoio progettato per contenere schizzi di olio sotto il pistone. In alcuni sistemi, l'olio raggiunge il cuscinetto attraverso un foro nella biella stessa. I cuscinetti del bullone del pistone sono, a loro volta, lubrificati a sbattimento.

Simile al sistema circolatorio

Quando nel carter è installato un albero a camme o una trasmissione a catena, questa trasmissione viene lubrificata con olio passante e, quando l'albero è installato nella testata, la catena di trasmissione viene lubrificata mediante perdite d'olio controllate dal sistema di estensione idraulico. Nel motore Ford 1.0 Ecoboost, anche la cinghia di trasmissione dell'albero a camme viene lubrificata, in questo caso mediante immersione nella coppa dell'olio. Il modo in cui l'olio lubrificante viene fornito ai cuscinetti dell'albero a camme dipende dal fatto che il motore abbia un albero inferiore o superiore: il primo di solito lo riceve scanalato dai cuscinetti di banco dell'albero motore e il secondo scanalato collegato alla scanalatura inferiore principale. o indirettamente, con un canale comune separato nella testa o nell'albero a camme stesso, e se ci sono due alberi, questo viene moltiplicato per due.

I progettisti si sforzano di creare sistemi in cui le valvole siano lubrificate a portate controllate con precisione per evitare allagamenti e perdite di olio attraverso le guide delle valvole nei cilindri. Ulteriore complessità è aggiunta dalla presenza di ascensori idraulici. Le rocce, le irregolarità vengono lubrificate a bagno d'olio o spruzzando in bagni in miniatura, o per mezzo di canali attraverso i quali l'olio esce dal canale principale.

Per quanto riguarda le pareti cilindriche e le gonne dei pistoni, sono completamente o parzialmente lubrificate con olio che fuoriesce e si diffonde nel basamento dai cuscinetti di biella inferiori. I motori più corti sono progettati in modo che i loro cilindri ricevano più olio da questa fonte perché hanno un diametro maggiore e sono più vicini all'albero motore. In alcuni motori, le pareti del cilindro aspirano olio aggiuntivo da un foro laterale nell'alloggiamento della biella, che di solito è diretto verso il lato in cui il pistone esercita una pressione laterale maggiore sul cilindro (quella su cui il pistone esercita pressione durante la combustione durante il funzionamento). ... Nei motori a V, è comune iniettare olio da una biella che si sposta nel cilindro opposto sulle pareti del cilindro in modo che il lato superiore sia lubrificato, quindi viene tirato verso il lato inferiore. Vale la pena notare qui che nel caso dei motori turbocompressi, l'olio entra nel cuscinetto di quest'ultimo attraverso il canale dell'olio principale e l'oleodotto. Tuttavia, spesso utilizzano un secondo canale che indirizza il flusso dell'olio a speciali ugelli diretti ai pistoni, che sono progettati per raffreddarli. In questi casi, la pompa dell'olio è molto più potente.

Nei sistemi a carter secco, la pompa dell'olio riceve l'olio da un serbatoio dell'olio separato e lo distribuisce allo stesso modo. La pompa ausiliaria aspira la miscela olio / aria dal carter (quindi deve avere una grande capacità), che passa attraverso il dispositivo per separare quest'ultimo e riportarlo nel serbatoio.

Il sistema di lubrificazione può anche includere un radiatore per raffreddare l'olio nei motori più pesanti (questa era una pratica comune per i motori più vecchi che utilizzavano oli minerali semplici) o uno scambiatore di calore collegato al sistema di raffreddamento. Questo sarà discusso più avanti.

Pompe olio e valvole di sfiato

Le pompe dell'olio, compresa una coppia di ingranaggi, sono estremamente adatte per il funzionamento di un sistema di lubrificazione e sono quindi ampiamente utilizzate nei sistemi di lubrificazione e nella maggior parte dei casi sono azionate direttamente dall'albero motore. Un'altra opzione sono le pompe rotative. Recentemente sono state utilizzate anche pompe a palette scorrevoli, anche in versione a cilindrata variabile, che ne ottimizzano il funzionamento e quindi le prestazioni in relazione alla velocità e riducono i consumi energetici.

I sistemi ad olio richiedono valvole di sfiato perché alle alte velocità l'aumento della quantità di olio fornita dalla pompa non corrisponde alla quantità che può passare attraverso i cuscinetti. Ciò è dovuto al fatto che in questi casi si formano forti forze centrifughe nell'olio del cuscinetto, impedendo l'apporto di una nuova quantità di olio al cuscinetto. Inoltre, l'avviamento del motore a basse temperature esterne aumenta la resistenza dell'olio con un aumento della viscosità e una diminuzione del gioco nei meccanismi, che spesso porta a valori critici della pressione dell'olio. La maggior parte delle auto sportive utilizza un sensore di pressione dell'olio e un sensore di temperatura dell'olio.

(da seguire)

Testo: Georgy Kolev