Jak čerpadlo pro olej dodává olej ke klikové hřídeli, rozvodové hřídeli a rozvodovému ústrojí?

Neviditelná síť, která brání tomu, aby se kov dotýkal kovu

Motory s vnitřním spalováním obsahují desítky pohybujících se kovových součástí, které se proti sobě rychle klouzají, otáčejí nebo kývají za extrémního zatížení. Bez nepřetržitého přívodu tlakového oleje by se tyto součásti během několika sekund spojily svařením. Olejové čerpadlo tento přívod umožňuje – avšak cesta z olejové nádrže až do nejvzdálenějších částí vačkového ústrojí vyžaduje pečlivě navrženou síť olejových kanálů, průchodů a přesně dimenzovaných otvorů.

Pochopeňte, jak olej dosahuje klikového hřídele, rozvodového hřídele a rozvodového ústrojí, a zjistíte mnoho o tom, proč některé motory vydrží 300 000 mil, zatímco jiné nedojedou ani 100 000 mil. Mazací systém není pouze o snižování tření — jde také o chlazení, čištění a udržování hydrodynamického filmu, který udržuje kovové povrchy oddělené.

Čerpadlo samotné — kde začíná tlak

Většina motorů osobních automobilů využívá objemové olejové čerpadlo — obvykle s konstrukcí typu gerotor nebo trochojd. Tyto čerpadla mají vnitřní rotor poháněný přímo klikovým hřídelím, buď přes ozubené kolo, nebo přímým spojením. Vnější rotor sleduje excentrický pohyb vnitřního rotoru, čímž vznikají komory, které se střídavě rozšiřují a zužují a nasávají olej ze sběrné nádrže (sumpu) a tlačí ho do olejových kanálků.

Výkon čerpadla je navržen tak, aby zajišťoval dostatečný průtok při volnoběhu a zároveň udržoval dostatečný tlak při maximálních otáčkách motoru. Typické olejové čerpadlo vytváří tlak v rozmezí 4 až 6 barů (58 až 87 psi), přičemž uzavírací ventil omezuje maximální tlak, aby nedošlo k poškození těsnění a manžet. Výstup čerpadla nejprve prochází olejovým filtrem – buď v režimu plného průtoku, nebo v režimu obcházení, v závislosti na konstrukci – a poté vstupuje do hlavního olejového kanálu, který probíhá celou délku bloku válců.

Hlavní olejový kanál – dálnice, která zásobuje všechny součásti

Hlavní olejový kanál je vyvrtaná nebo litá dráha probíhající podélně skrz blok motoru. Tento kanál slouží jako hlavní rozváděcí kanál. Z něj se olej odvětvuje ke hlavním ložiskům klikového hřídele, ložiskům vačkového hřídele a k hlavě válců, kde se nacházejí součásti rozvodového ústrojí.

Průměr a uspořádání rozvodného kanálu jsou rozhodující. Je-li příliš malý, klesá tlak podél celé délky motoru. Je-li příliš velký, čerpadlo má potíže s rychlým naplněním objemu při studeném startu. Konstruktéři motorů tyto faktory vyvažují tak, aby nejvzdálenější ložisko – obvykle zadní ložisko vačkového hřídele nebo poslední prvek vačkového ústrojí v mazací cestě – získalo dostatečný tlak i průtok za všech provozních podmínek.

Dosažení klikového hřídele – hlavní ložiska a klikové čepy

Olej opouští hlavní rozvodný kanál prostřednictvím vrtaných průchodů, které zásobují každé hlavní ložisko klikového hřídele. Z ložiskového čepu se olej přesouvá vrtanými příčnými průchody uvnitř samotného klikového hřídele k ložiskům klikových čepů. Tato vnitřní vrtání jsou přesná – průchody musí protínat v určitých úhlech, aby byla zachována strukturální pevnost a zároveň byl zajištěn přísun oleje k klikovým čepům za působení odstředivé síly.

Hlavní ložiska a klikové čepy pracují na hydrodynamickém olejovém klínku. Při otáčení klikového hřídele se olej vtahuje do konvergentní mezery mezi čepem a ložiskovou vložkou. Tento proces vytváří tlak uvnitř olejové vrstvy – často stovky psi v zatížené oblasti – který podporuje čep a zabrání kovovému kontaktu. Tloušťka olejové vrstvy za provozní teploty obvykle činí 0,0005 až 0,002 palce, v závislosti na vůli ložiska a zatížení.

Výstup ke vačkovému hřídeli – svislé průchody a přívod oleje do ložisek

Mazání vačkového hřídele se liší podle konstrukce motoru, ale základní princip je stále stejný. Olej putuje z hlavního rozvodního kanálu prostřednictvím svislých nebo šikmých průchodů vyvrtaných v bloku válce až ke čepům ložisek vačkového hřídele. U motorů s horními ventily je vačkový hřídel umístěn v bloku, takže průchody jsou krátké. U motorů s vačkovým hřídelem umístěným v hlavě válce jsou potřebné delší průchody, které procházejí odlitkem hlavy válců.

Ložiska rozvodové hřídele jsou obvykle kluzná ložiska – podobná v konceptu hlavním ložiskům klikové hřídele – která podporují rozvodovou hřídel při jejím rotaci. Každý ložiskový čep je promazáván prostřednictvím vrtaného přívodního otvoru, který je zarovnaný s olejovým žlabem na ložiskové vložce. Samotná rozvodová hřídel může mít vnitřní vrtání, která distribuují olej k vačkám a v některých případech i k akčním členům systému proměnné časování otevírání ventilů.

Poslední metr – mazání rozvodového ústrojí

Rozvodové ústrojí představuje nejrozmanitější soubor výzev pro mazání v motoru. Hydraulické kleštiny ventilů, rockery, tlačné tyče a vačkové kotoučky převodového ústrojí nad karburátorem všechny vyžadují olej, avšak získávají ho různými mechanismy v závislosti na konstrukci.

Hydraulické zdvihací členy — běžné u moderních motorů osobních automobilů — získávají tlakový olej prostřednictvím stejného rozvodného systému, který zásobuje i ložiska vačkového hřídele. Tělo zdvihacího členu obsahuje malý píst a uzavírací ventil, které využívají tlak oleje k automatickému udržování nulového zdvihu ventilu. Tento konstrukční řešení eliminuje mechanické nastavení a snižuje hluk poháněcího ústrojí ventilů.

Rockerové páky a horní vačkové tlačítka často získávají olej prostřednictvím dutého vačkového hřídele — pokud je vačkový hřídel vnitřně vyvrtaný — nebo prostřednictvím vnějších olejových lišt, které vedou olej ke každému bodu ovládání ventilu. Ostatní součásti získávají olej prostřednictvím rozstřikování nebo mlhy vytvářené rotujícím ústrojím. Tato kombinace tlakového přívodu a rozstřikového mazání pokrývá všechny pohyblivé části poháněcího ústrojí ventilů.

Tlak, objem a viskozita — tři proměnné, které mají rozhodující význam

Tři faktory určují, zda systém mazání plní svou funkci efektivně. Tlak oleje zajistí, že olej dosáhne nejvzdálenějších ložisek proti odporu úzkých průchodů. Množství oleje odvádí teplo z ložisek a zajišťuje dostatečný průtok pro udržení hydrodynamického filmu. Viskozita oleje určuje, jak snadno olej proteká úzkými mezermi a jak silný zůstane film pod zátěží.

Motory osobních automobilů určují konkrétní stupeň viskozity oleje z důvodu. Moderní motory s úzkými uloženími ložisek a systémy proměnné časování ventilů vyžadují oleje nízké viskozity, aby se rychle rozplynuly při studeném startu a dosáhly fázových měničů vačkového hřídele ještě před jejich aktivací. Použití tlustšího oleje než je doporučeno zpožďuje dodávku oleje k vačkovému ústrojí – a toto zpoždění může způsobit opotřebení během prvních několika sekund provozu.

Případ z praxe – Když selže dodávka oleje

Specializovaná dílna pro výkonové úpravy na jihozápadě USA pozorovala opakující se poruchy vačkového hřídele a zdvihacích tyčí u populární osmiválcové motorové platformy. Motory vykazovaly dobrý výkon, ale vačkové ústrojí se opotřebovalo každých 40 000 mil. Běžné podezřelé faktory – kvalita oleje, mazání při montáži, postup přiběhování – byly všechny ověřeny a v pořádku.

Dílna prováděla tlakové testování olejových kanálů a zjistila významný pokles tlaku mezi hlavním kanálem a hlavami válců. Omezení bylo vysledováno až k otvorům olejových omezovačů, které zásobují hlavu válce – ty měly průměr příliš malý pro provozní otáčky motoru. Zvětšení průměru omezovačů o 0,010 palce obnovilo správný průtok oleje ke šoupátkovému ústrojí. Poruchy vačkového hřídele a zdvihacích členů se úplně ukončily. Náprava stála méně než 100 USD za obrábění a ušetřila zákazníkům tisíce dolarů na opakovaných opravách.

Tento příklad ilustruje důležitost pochopení celého olejového okruhu – nikoli pouze výstupu čerpadla. Čerpadlo může vyvíjet dostatečný tlak i objem, avšak jakékoli omezení kdekoli v systému snižuje jeho účinnost.

Závěr ohledně dodávky oleje

Olej se neobjeví kouzelně u klikového hřídele, rozvodového hřídele a vačkového ústrojí. Je tlačen objemovým čerpadlem, filtruje se, rozvádí se hlavním rozvodním potrubím a vede se přes přesně vyvrtané kanály, které ho dodávají ke každému ložisku a styčné ploše. Tento systém spolehlivě funguje, jsou-li všechny jeho součásti správně dimenzované, viskozita oleje odpovídá specifikaci a kanály zůstávají neporušené.

Jakékoli kompromisy v jakékoli části tohoto systému – ať už způsobené nesprávnou montáží, nečistotami v rozvodních potrubích nebo použitím nesprávné třídy oleje – snižují dodávku oleje a urychlují opotřebení. Řádně navržené olejové čerpadlo a rozvodní potrubí, vyrobené podle originálních specifikací (OE), zajišťují, že každá pohybující se součást obdrží potřebné mazání. Haodun Engine Parts dodává olejová čerpadla a související motory součásti vyrobené podle přísných norem, čímž podporuje spolehlivou dodávku oleje, na níž závisí motory osobních automobilů s vysokým nájezdem.