ทดลองขับแรงเสียดทานภายใน II

ประเภทของการหล่อลื่นและวิธีการหล่อลื่นชิ้นส่วนเครื่องยนต์ต่างๆ

ประเภทการหล่อลื่น

ปฏิสัมพันธ์ของพื้นผิวที่เคลื่อนไหวรวมถึงแรงเสียดทานการหล่อลื่นและการสึกหรอเป็นผลมาจากวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่าไตรโบโลยีและเมื่อพูดถึงประเภทของแรงเสียดทานที่เกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์สันดาปภายในนักออกแบบกำหนดน้ำมันหล่อลื่นหลายประเภท การหล่อลื่นแบบ Hydrodynamic เป็นรูปแบบที่ต้องการมากที่สุดของกระบวนการนี้และสถานที่ทั่วไปที่เกิดขึ้นคือในแบริ่งแกนหลักและก้านสูบของเพลาข้อเหวี่ยงซึ่งต้องรับน้ำหนักมากขึ้น มันปรากฏในช่องว่างขนาดเล็กระหว่างแบริ่งและเพลาตัววีและปั๊มน้ำมันจะถูกส่งมาที่นั่น จากนั้นพื้นผิวที่เคลื่อนที่ของแบริ่งจะทำหน้าที่เป็นปั๊มของตัวเองซึ่งจะปั๊มและกระจายน้ำมันต่อไปและในที่สุดก็จะสร้างฟิล์มที่หนาเพียงพอตลอดทั้งพื้นที่แบริ่ง ด้วยเหตุนี้นักออกแบบจึงใช้แบริ่งปลอกแขนสำหรับส่วนประกอบเครื่องยนต์เหล่านี้เนื่องจากพื้นที่สัมผัสต่ำสุดของตลับลูกปืนจะสร้างภาระที่สูงมากบนชั้นน้ำมัน ยิ่งไปกว่านั้นความดันในฟิล์มน้ำมันนี้อาจสูงกว่าแรงดันที่ปั๊มสร้างขึ้นเองเกือบห้าสิบเท่า! ในทางปฏิบัติกองกำลังในชิ้นส่วนเหล่านี้จะถูกส่งผ่านชั้นน้ำมัน แน่นอนว่าเพื่อรักษาสถานะการหล่อลื่นแบบอุทกพลศาสตร์จำเป็นที่ระบบหล่อลื่นของเครื่องยนต์จะต้องมีปริมาณน้ำมันที่เพียงพอเสมอ

เป็นไปได้ว่าในบางจุดภายใต้อิทธิพลของแรงดันสูงในบางส่วนฟิล์มหล่อลื่นจะมีความเสถียรและแข็งกว่าชิ้นส่วนโลหะที่หล่อลื่นและยังทำให้พื้นผิวโลหะเสียรูปทรง นักพัฒนาเรียกการหล่อลื่นประเภทนี้ว่าอีลาสโตไฮโดรไดนามิคและสามารถปรากฏในตลับลูกปืนดังกล่าวข้างต้นในเกียร์หรือในตัวยกวาล์ว ในกรณีที่ความเร็วของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่เมื่อเทียบกันต่ำมากภาระจะเพิ่มขึ้นอย่างมากหรือมีปริมาณน้ำมันไม่เพียงพอจึงมักเกิดการหล่อลื่นตามแนวขอบ ในกรณีนี้การหล่อลื่นขึ้นอยู่กับการยึดเกาะของโมเลกุลน้ำมันกับพื้นผิวที่รองรับเพื่อให้พวกมันถูกคั่นด้วยฟิล์มน้ำมันที่ค่อนข้างบาง แต่ยังเข้าถึงได้ น่าเสียดายที่ในกรณีเหล่านี้มีอันตรายอยู่เสมอที่ฟิล์มบางจะถูก "เจาะ" จากส่วนที่แหลมคมซึ่งมีความผิดปกติดังนั้นจึงมีการเติมสารป้องกันการสึกหรอที่เหมาะสมลงในน้ำมันซึ่งปกคลุมโลหะเป็นเวลานานและป้องกันการทำลายโดยการสัมผัสโดยตรง การหล่อลื่นแบบ Hydrostatic เกิดขึ้นในรูปแบบของฟิล์มบาง ๆ เมื่อโหลดเปลี่ยนทิศทางอย่างกะทันหันและความเร็วของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ต่ำมาก เป็นที่น่าสังเกตว่า บริษัท แบริ่งเช่นแท่งเชื่อมต่อหลักเช่น Federal-Mogul ได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่เพื่อเคลือบเพื่อให้สามารถแก้ปัญหาเกี่ยวกับระบบสตาร์ท - สต็อปเช่นการสึกหรอของแบริ่งเมื่อสตาร์ทบ่อยแห้งบางส่วน ที่พวกเขาต้องเผชิญกับการเปิดตัวใหม่แต่ละครั้ง ซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง ในทางกลับกันการเริ่มต้นใช้งานบ่อยครั้งนี้นำไปสู่การเปลี่ยนจากน้ำมันหล่อลื่นรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งและถูกกำหนดให้เป็น

ระบบหล่อลื่น

เครื่องยนต์สันดาปภายในรถยนต์และรถจักรยานยนต์ที่เก่าที่สุด และแม้กระทั่งการออกแบบในภายหลัง มี "การหล่อลื่น" แบบหยดซึ่งน้ำมันเข้าสู่เครื่องยนต์จากจุกอัดจารบีแบบ "อัตโนมัติ" ด้วยแรงโน้มถ่วง และไหลผ่านหรือเผาไหม้ออกหลังจากผ่านเข้าไป นักออกแบบในปัจจุบันกำหนดระบบหล่อลื่นเหล่านี้ เช่นเดียวกับระบบหล่อลื่นสำหรับเครื่องยนต์สองจังหวะ ซึ่งน้ำมันผสมกับเชื้อเพลิงเป็น "ระบบหล่อลื่นการสูญเสียทั้งหมด" ต่อมา ระบบเหล่านี้ได้รับการปรับปรุงด้วยการเพิ่มปั้มน้ำมันเพื่อจ่ายน้ำมันไปยังด้านในของเครื่องยนต์และไปยังชุดวาล์ว (ซึ่งพบได้บ่อย) อย่างไรก็ตาม ระบบสูบน้ำเหล่านี้ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการหล่อลื่นแบบบังคับในภายหลังซึ่งยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน ปั๊มถูกติดตั้งภายนอก โดยป้อนน้ำมันเข้าไปในห้องข้อเหวี่ยง จากนั้นไปถึงชิ้นส่วนเสียดทานโดยการกระเซ็น ใบมีดพิเศษที่ด้านล่างของก้านสูบฉีดน้ำมันเข้าไปในห้องข้อเหวี่ยงและบล็อกกระบอกสูบซึ่งเป็นผลมาจากการที่น้ำมันส่วนเกินถูกรวบรวมในอ่างขนาดเล็กและช่องและภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วงไหลเข้าสู่ตลับลูกปืนหลักและตลับลูกปืนก้านสูบและ แบริ่งเพลาลูกเบี้ยว การเปลี่ยนไปใช้ระบบที่มีการหล่อลื่นแบบบังคับภายใต้ความกดดันคือเครื่องยนต์ Ford Model T ซึ่งมู่เล่มีบางอย่างเช่นล้อโรงสีน้ำซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อยกน้ำมันและท่อไปยังเหวี่ยง (และสังเกตเกียร์) จากนั้น เพลาข้อเหวี่ยงส่วนล่างและก้านสูบขูดน้ำมันและสร้างอ่างน้ำมันสำหรับถูชิ้นส่วน มันไม่ได้ยากเป็นพิเศษเพราะว่าเพลาลูกเบี้ยวก็อยู่ในห้องข้อเหวี่ยงและวาล์วก็อยู่กับที่ สงครามโลกครั้งที่หนึ่งและเครื่องยนต์อากาศยานที่ใช้ไม่ได้กับน้ำมันหล่อลื่นชนิดนี้ ทำให้เกิดแรงผลักดันอย่างมากไปในทิศทางนี้ นี่คือที่มาของระบบที่ใช้ปั๊มภายในและแรงดันผสมและการหล่อลื่นแบบสเปรย์ ซึ่งต่อมานำไปใช้กับเครื่องยนต์รถยนต์ใหม่และที่บรรทุกหนักกว่า

ส่วนประกอบหลักของระบบนี้คือปั๊มน้ำมันที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ซึ่งสูบน้ำมันภายใต้ความกดดันไปยังตลับลูกปืนหลักเท่านั้นในขณะที่ชิ้นส่วนอื่น ๆ ต้องอาศัยการหล่อลื่นแบบสเปรย์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องสร้างร่องในเพลาข้อเหวี่ยงซึ่งจำเป็นสำหรับระบบที่มีการหล่อลื่นแบบบังคับอย่างเต็มที่ หลังเกิดขึ้นเป็นความจำเป็นกับการพัฒนาเครื่องยนต์ที่เพิ่มความเร็วและน้ำหนักบรรทุก นอกจากนี้ยังหมายความว่าตลับลูกปืนต้องไม่เพียงแค่หล่อลื่นเท่านั้น แต่ยังต้องระบายความร้อนด้วย

ในระบบเหล่านี้ น้ำมันที่มีแรงดันจะถูกส่งไปยังตลับลูกปืนก้านสูบหลักและส่วนล่าง (ส่วนหลังจะรับน้ำมันผ่านร่องในเพลาข้อเหวี่ยง) และตลับลูกปืนเพลาลูกเบี้ยว ข้อได้เปรียบที่ดีของระบบเหล่านี้คือน้ำมันจะหมุนเวียนผ่านตลับลูกปืนเหล่านี้ เช่น ผ่านพวกเขาและเข้าสู่ข้อเหวี่ยง ดังนั้น ระบบจึงจ่ายน้ำมันมากเกินความจำเป็นสำหรับการหล่อลื่น ดังนั้นจึงมีการระบายความร้อนอย่างเข้มข้น ตัวอย่างเช่น ย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 60 แฮร์รี่ ริคาร์โดเริ่มใช้กฎที่กำหนดให้มีการหมุนเวียนน้ำมันสามลิตรต่อชั่วโมง นั่นคือสำหรับเครื่องยนต์ 3 แรงม้า – การไหลเวียนของน้ำมัน XNUMX ลิตรต่อนาที จักรยานในปัจจุบันมีการจำลองมากขึ้นหลายเท่า

การไหลเวียนของน้ำมันในระบบหล่อลื่นรวมถึงเครือข่ายของช่องที่ติดตั้งไว้ในตัวถังและกลไกของเครื่องยนต์ซึ่งความซับซ้อนจะขึ้นอยู่กับจำนวนและตำแหน่งของกระบอกสูบและกลไกการจับเวลา เพื่อความน่าเชื่อถือและความทนทานของเครื่องยนต์นักออกแบบจึงนิยมใช้ช่องรูปทรงแชนเนลแทนการใช้ท่อ

ปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์จะดึงน้ำมันจากข้อเหวี่ยงและส่งไปยังตัวกรองแบบอินไลน์ที่ติดตั้งอยู่ภายนอกตัวเครื่อง จากนั้นใช้เวลาหนึ่ง (สำหรับในบรรทัด) หรือหนึ่งช่อง (สำหรับเครื่องยนต์บ็อกเซอร์หรือรูปตัววี) ขยายความยาวเกือบทั้งหมดของเครื่องยนต์ จากนั้นใช้ร่องตามขวางเล็ก ๆ มันจะถูกส่งไปยังแบริ่งหลักโดยป้อนผ่านทางเข้าในเปลือกแบริ่งด้านบน ผ่านช่องเสียบอุปกรณ์ต่อพ่วงในแบริ่งน้ำมันส่วนหนึ่งจะถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอในแบริ่งเพื่อระบายความร้อนและหล่อลื่นในขณะที่อีกส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปยังแบริ่งก้านสูบด้านล่างผ่านรูเอียงในเพลาข้อเหวี่ยงที่เชื่อมต่อกับช่องเดียวกัน การหล่อลื่นแบริ่งก้านสูบส่วนบนทำได้ยากกว่าในทางปฏิบัติดังนั้นส่วนบนของก้านสูบจึงมักเป็นอ่างเก็บน้ำที่ออกแบบมาให้มีน้ำมันกระเด็นอยู่ใต้ลูกสูบ ในบางระบบน้ำมันจะไปถึงแบริ่งโดยผ่านการเจาะในก้านสูบเอง ในทางกลับกันแบริ่งสลักเกลียวลูกสูบจะพ่นสารหล่อลื่น

คล้ายกับระบบไหลเวียนโลหิต

เมื่อติดตั้งเพลาลูกเบี้ยวหรือโซ่ขับเคลื่อนในห้องข้อเหวี่ยง ระบบขับเคลื่อนนี้จะหล่อลื่นด้วยน้ำมันทางตรง และเมื่อติดตั้งเพลาไว้ที่ส่วนหัว โซ่ขับเคลื่อนจะถูกหล่อลื่นโดยควบคุมการรั่วไหลของน้ำมันจากระบบขยายไฮดรอลิก ในเครื่องยนต์ Ford 1.0 Ecoboost สายพานขับเคลื่อนเพลาลูกเบี้ยวยังได้รับการหล่อลื่น - ในกรณีนี้โดยการจุ่มลงในอ่างน้ำมัน วิธีการจ่ายน้ำมันหล่อลื่นไปยังแบริ่งเพลาลูกเบี้ยวขึ้นอยู่กับว่าเครื่องยนต์มีเพลาด้านล่างหรือบน - ก่อนหน้านี้มักจะได้รับร่องจากแบริ่งหลักของเพลาข้อเหวี่ยงและร่องหลังเชื่อมต่อกับร่องล่างหลัก หรือทางอ้อมโดยมีช่องแยกทั่วไปที่ส่วนหัวหรือในเพลาลูกเบี้ยวเองและหากมีสองเพลาก็จะคูณด้วยสอง

นักออกแบบพยายามสร้างระบบที่วาล์วได้รับการหล่อลื่นด้วยอัตราการไหลที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงน้ำท่วมและการรั่วไหลของน้ำมันผ่านตัวกั้นวาล์วในกระบอกสูบ ความซับซ้อนเพิ่มเติมจะถูกเพิ่มโดยการมีลิฟท์ไฮดรอลิก หินความผิดปกติจะถูกหล่อลื่นในอ่างน้ำมันหรือโดยการฉีดพ่นในอ่างน้ำขนาดเล็กหรือโดยช่องทางที่น้ำมันออกจากช่องทางหลัก

สำหรับผนังทรงกระบอกและกระโปรงลูกสูบพวกมันได้รับการหล่อลื่นอย่างเต็มที่หรือบางส่วนโดยมีน้ำมันไหลออกมาและแพร่กระจายในข้อเหวี่ยงจากแบริ่งก้านสูบด้านล่าง เครื่องยนต์ที่สั้นกว่าได้รับการออกแบบมาเพื่อให้กระบอกสูบได้รับน้ำมันมากขึ้นจากแหล่งนี้เนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าและอยู่ใกล้กับเพลาข้อเหวี่ยงมากขึ้น ในเครื่องยนต์บางรุ่นผนังกระบอกสูบจะรับน้ำมันเพิ่มเติมจากรูด้านข้างในตัวเรือนก้านสูบซึ่งมักจะพุ่งไปทางด้านที่ลูกสูบออกแรงดันกระบอกสูบด้านข้างมากขึ้น (ซึ่งลูกสูบออกแรงกดระหว่างการเผาไหม้ระหว่างการทำงาน) ... ในเครื่องยนต์ V เป็นเรื่องปกติที่จะฉีดน้ำมันจากก้านสูบที่เคลื่อนเข้าไปในกระบอกสูบตรงข้ามไปยังผนังกระบอกสูบเพื่อให้ด้านบนได้รับการหล่อลื่นจากนั้นจึงดึงไปทางด้านล่าง เป็นที่น่าสังเกตว่าในกรณีของเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จน้ำมันจะเข้าสู่แบริ่งของตัวหลังผ่านทางช่องน้ำมันหลักและท่อ อย่างไรก็ตามพวกเขามักใช้ช่องทางที่สองซึ่งนำการไหลของน้ำมันไปยังหัวฉีดพิเศษที่มุ่งตรงไปที่ลูกสูบซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อระบายความร้อน ในกรณีเหล่านี้ปั๊มน้ำมันจะทรงพลังกว่ามาก

ในระบบบ่อแห้งปั๊มน้ำมันจะรับน้ำมันจากถังน้ำมันที่แยกจากกันและกระจายไปในลักษณะเดียวกัน ปั๊มเสริมจะดูดส่วนผสมของน้ำมัน / อากาศออกจากข้อเหวี่ยง (ดังนั้นจึงต้องมีความจุมาก) ซึ่งจะส่งผ่านอุปกรณ์เพื่อแยกส่วนหลังและส่งกลับไปที่อ่างเก็บน้ำ

ระบบหล่อลื่นอาจรวมถึงหม้อน้ำเพื่อระบายความร้อนของน้ำมันในเครื่องยนต์ที่หนักกว่า (เป็นเรื่องปกติสำหรับเครื่องยนต์รุ่นเก่าที่ใช้น้ำมันแร่ธรรมดา) หรือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เชื่อมต่อกับระบบระบายความร้อน ซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง

ปั๊มน้ำมันและวาล์วระบาย

ปั๊มน้ำมันรวมถึงเกียร์คู่นั้นเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการทำงานของระบบน้ำมัน ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบหล่อลื่น และในกรณีส่วนใหญ่ขับเคลื่อนโดยตรงจากเพลาข้อเหวี่ยง อีกทางเลือกหนึ่งคือปั๊มโรตารี่ เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการใช้ปั๊มใบพัดแบบเลื่อน รวมถึงเวอร์ชันการแทนที่แบบแปรผัน ซึ่งปรับการทำงานให้เหมาะสมและทำให้ประสิทธิภาพการทำงานสัมพันธ์กับความเร็วและลดการใช้พลังงาน

ระบบน้ำมันจำเป็นต้องใช้วาล์วระบายเนื่องจากด้วยความเร็วสูงปริมาณที่ปั๊มเพิ่มขึ้นไม่ตรงกับปริมาณที่สามารถไหลผ่านตลับลูกปืนได้ เนื่องจากในกรณีเหล่านี้แรงเหวี่ยงที่แข็งแกร่งจะเกิดขึ้นในน้ำมันแบริ่งป้องกันการจ่ายน้ำมันจำนวนใหม่ไปยังตลับลูกปืน นอกจากนี้การสตาร์ทเครื่องยนต์ที่อุณหภูมิภายนอกต่ำจะเพิ่มความต้านทานของน้ำมันด้วยความหนืดที่เพิ่มขึ้นและการลดฟันเฟืองในกลไกซึ่งมักนำไปสู่ค่าวิกฤตของแรงดันน้ำมัน รถสปอร์ตส่วนใหญ่ใช้มาตรวัดแรงดันน้ำมันและมาตรวัดอุณหภูมิน้ำมัน

(ติดตาม)

ข้อความ: Georgy Kolev