Как маслената помпа доставя масло до коляновия вал, разпределителния вал и клапанния механизъм?

Невидимата мрежа, която предотвратява триенето между металните повърхности

Двигателите с вътрешно горене съдържат десетки подвижни метални компоненти, които се плъзгат, въртят и завъртат един спрямо друг с висока скорост и при екстремни натоварвания. Без непрекъснато подаване на масло под налягане тези части биха се заварил една в друга за секунди. Маслената помпа осигурява това подаване — но пътят от масления резервоар до най-отдалечените части на клапанния механизъм включва внимателно проектирана мрежа от магистрали, канали и точно регулирани отвори.

Разбирането на начина, по който маслото достига коляновия вал, разпределителния вал и клапанния механизъм, разкрива много за това защо някои двигатели изминават 300 000 мили, а други не достигат дори 100 000. Системата за смазване не е само за намаляване на триенето — тя има за цел охлаждане, почистване и поддържане на хидродинамичната плёнка, която запазва металните повърхности разделени.

Самият помпа — където започва налягането

Повечето двигателите за леки автомобили използват обемна маслена помпа — обикновено с конструкция тип геротор или трохоид. Тези помпи имат вътрешен ротор, задвижван директно от коляновия вал, чрез зъбчато предаване или директно съединение. Външният ротор следва ексцентричното движение на вътрешния ротор, създавайки разширяващи се и свивани камери, които засмукват масло от маслената кутия и го подават в маслените канали.

Обемът на помпата е избран така, че да осигурява достатъчен поток при режим на празен ход, като в същото време поддържа подходящо налягане при максимални обороти. Типична маслена помпа генерира налягане в диапазона от 4 до 6 бара (58 до 87 psi), като клапан за предпазване от надвишаване на налягането ограничава максималното налягане, за да се предотврати повреда на уплътненията и прокладките. Изходящият поток от помпата преминава първо през масления филтър — в пълен поток или байпас конфигурация, в зависимост от конструкцията — преди да влезе в главния маслен канал, който минава по цялата дължина на блока на цилиндъра.

Главният маслен канал — магистралата, която захранва всичко

Главният маслен канал е просвертан или лит канал, който минава надлъжно през блока на двигателя. Този канал служи като основен разпределителен канал. Оттук маслото се разклонява към главните лагери на коляновия вал, лагерите на разпределителния вал и цилиндровата глава, където се намират компонентите на клапанния механизъм.

Диаметърът и маршрутизацията на каналите имат значение. Ако са твърде малки, настъпва спад на налягането по дължината на двигателя. Ако са твърде големи, помпата има затруднения да изпълни обема бързо при студено стартиране. Проектирането на двигателите балансира тези фактори, за да се гарантира, че най-отдалечената лагерна опора — обикновено задната камина или последният компонент на клапанния механизъм в пътя на смазочната течност — получава достатъчно налягане и подаване при всички работни режими.

Достигане до коляновия вал — главни и шатунни лагери

Смазочната течност напуска главния канал чрез пробити проходи, които захранват всеки главен лагер на коляновия вал. От лагерния врат на главния лагер течността преминава през пробити напречни проходи в самия колянов вал, за да достигне шатунните лагери. Това вътрешно пробиване е прецизно — проходите трябва да се пресичат под определени ъгли, за да се запази структурната цялост и едновременно да се осигури доставянето на смазочната течност до шатунните вратове под действието на центробежната сила.

Главните лагери и лагерите на буталните пръти работят в хидродинамичен маслен клин. Докато коляновият вал се върти, той засмуква масло в сходящия процеп между шийката и лагерната обвивка. Това действие създава налягане в маслената пленка — често стотици psi в натоварената зона — което поддържа шийката и предотвратява директен метал-метален контакт. Дебелината на маслената пленка при работна температура обикновено е в диапазона от 0,0005 до 0,002 инча, в зависимост от зазора в лагера и натоварването.

Достигане до разпределителния вал — вертикални канали и захранване на лагерите

Смазването на разпределителния вал варира според конструкцията на двигателя, но принципът остава един и същ. Маслото се движи от главния маслен канал през вертикални или наклонени канали, изсечени в блока на цилиндъра, нагоре към шийките на лагерите на разпределителния вал. При двигателите с клапани в главата разпределителният вал е разположен в блока, така че каналите са къси. При двигателите с разпределителен вал в главата са необходими по-дълги канали, които минават през литата глава на цилиндъра.

Положителните лагери на разпределителния вал обикновено са плоски лагери — подобни по концепция на главните лагери на коляновия вал — които поддържат разпределителния вал по време на въртенето му. Всеки лагерен врат получава масло чрез пробит отвор за подаване, който е подравнен с маслената канавка на лагерната обвивка. Самият разпределителен вал може да има вътрешни канали за прокарване на масло към кулачните гребени и, в някои случаи, към актьорите за променливо разпределение на клапаните.

Последната миля — смазване на клапанния механизъм

Клапаният механизъм представлява най-разнообразния набор от предизвикателства за смазване в двигателя. Тласъчните пръчки, рокер-рамките, тласъчните пръти и следващите ролки на разпределителния вал с всички нуждаят от масло, но го получават чрез различни механизми в зависимост от конструкцията.

Хидравличните толачки — често срещани в съвременните двигатели за леки автомобили — получават налятана с налягане масло чрез същата мрежа от канали, която захранва и лагерите на разпределителния вал. Тялото на толачката съдържа малък бутален и клапанен агрегат, който използва налягането на маслото, за да поддържа автоматично нулев зазор в клапаните. Този дизайн елиминира необходимостта от механична регулировка и намалява шума от клапанния механизъм.

Рокер-рамите и горните толачки на разпределителния вал често получават масло чрез кухия разпределителен вал — ако той е пробит вътрешно — или чрез външни маслени рейки, които насочват маслото към всяка точка на задействане на клапаните. Останалите компоненти получават масло чрез разпръскване или мъгла, генерирани от въртящия се агрегат. Това комбинирано смазване — под налягане и чрез разпръскване — осигурява смазване на всички подвижни части в клапанния механизъм.

Налягане, обем и вискозитет — трите променливи, които имат значение

Три фактора определят дали системата за смазване изпълнява ефективно своята задача. Налягането на маслото осигурява, че то достига най-отдалечените лагери срещу съпротивата на тесните канали. Обемът на маслото отвежда топлината от лагерите и осигурява достатъчен поток, за да се поддържа хидродинамичният филм. Вискозитетът на маслото определя колко лесно то тече през тесните зазори и колко дебел остава филмът под натоварване.

Двигателите за леки автомобили изискват определена вискозитетна класификация на моторното масло по конкретна причина. Съвременните двигатели с тесни зазори на лагерите и системи за променливо разпределение на клапаните изискват масла с ниска вискозитетност, за да циркулират бързо при студен старт и да достигнат фазовите регулатори на разпределителния вал преди започване на тяхната работа. Използването на по-гъсто масло от препоръчаното забавя подаването му към клапанния механизъм — а това закъснение може да причини износ в първите няколко секунди от работа.

Реален случай — когато подаването на масло не е достатъчно

Едно специализирано заведение за тюнинг в югозападната част на САЩ установило повторяващ се модел на повреди на разпределителен вал и тласкатели в популярна V8 двигателна платформа. Двигателите генерирали добри мощностни показатели, но износвали компонентите на клапанния механизъм на всеки 40 000 мили. Обичайните подозрителни фактори — качество на маслото, смазка при сглобяване, процедура за обкатка — били проверени и изключени.

Мастерът извършил налягане-тест върху маслените канали и установил значително падане на налягането между главния канал и цилиндровите глави. Ограничението било проследено до отворите на маслените ограничители, които захранват цилиндровата глава — те били с по-малък диаметър от необходимия за работната честота на въртене (RPM) на двигателя. Увеличаването на диаметъра на ограничителите с 0,010 инча възстановило правилния маслен поток към клапанния механизъм. Повредите на разпределителния вал и тласкателите спрели напълно. Решението струвало по-малко от 100 щ.д. за машинна обработка и спестило на клиентите хиляди долари в повторни ремонти.

Този пример илюстрира важността от разбиране на целия път на подаване на масло — не само на изходната мощност на помпата. Помпата може да генерира достатъчно налягане и обем, но всяко ограничение някъде в системата подкопава нейната ефективност.

Основният извод относно подаването на масло

Маслото не се появява магически в областта на коляновия вал, разпределителния вал и клапанния механизъм. То се подава от помпа с принудително изместване, филтрира се, разпределя се чрез главен канал и насочва се през точно пробити канали, които го доставят до всяко лагерно устройство и повърхност на контакт. Системата работи надеждно, когато всички компоненти са с правилни размери, вискозитетът на маслото отговаря на спецификацията и каналите остават непречени.

Компромисите в която и да е част от тази система — независимо дали са резултат от неправилна сглобка, замърсявания в каналите или използване на неподходяща марка масло — намаляват подаването на масло и ускоряват износването. Правилно проектирана маслена помпа и мрежа от канали, изработени според оригиналните спецификации (OE), гарантират, че всяка движеща се част получава необходимата смазка. Haodun Engine Parts доставя маслени помпи и свързани двигатели компоненти, произведени според строги стандарти, поддържайки надеждното подаване на масло, от което зависят двигателите на леки автомобили с висок пробег.