Ako čerpadlo na olej dodáva olej k kľukovému hriadeľu, rozvodovému hriadeľu a rozvodu?

Neviditeľná sieť, ktorá bráni tomu, aby sa kov dotýkal kovu

Motory s vnútorným spaľovaním obsahujú desiatky pohyblivých kovových komponentov, ktoré sa vo veľmi vysokých rýchlostiach a za extrémneho zaťaženia po sebe posúvajú, otáčajú a kývajú. Bez neustáleho prívodu oleja pod tlakom by sa tieto časti spojili do jedného celku už za niekoľko sekúnd. Olejové čerpadlo tento prívod umožňuje – avšak cesta z olejovej nádoby až po najvzdialenejšie časti rozvodového mechanizmu vyžaduje presne navrhnutú sieť olejových kanálov, prechodov a presne dávkovaných otvorov.

Pochopeenie, ako sa olej dostáva k kľukovému hriadeľu, rozvodovému hriadeľu a rozvodovému mechanizmu, odhaľuje veľa informácií o tom, prečo niektoré motory vydržia 300 000 míľ a iné neprejdú ani 100 000 míľ. Mazací systém nie je len o znížení trenia – ide aj o chladenie, čistenie a udržiavanie hydrodynamického filmu, ktorý oddeluje kovové povrchy.

Samotné čerpadlo — kde začína tlak

Väčšina motorov osobných automobilov využíva objemové olejové čerpadlo — zvyčajne s konštrukciou typu gerotor alebo trochoid. Tieto čerpadlá majú vnútorný rotór poháňaný priamo kľukovým hriadeľom, buď cez ozubené koleso, alebo priamym spojením. Vonkajší rotór sleduje excentrický pohyb vnútorného rotora, čím vznikajú komory, ktoré sa rozširujú a zužujú, a tak nasávajú olej zo spodnej časti motorového bloku (z nádržky) a tlačia ho do olejových kanálov.

Výtlak čerpadla je navrhnutý tak, aby zabezpečil dostatočný prietok pri voľnom chode a zároveň udržal primeraný tlak pri maximálnych otáčkach. Typické olejové čerpadlo vytvára tlak v rozmedzí 4 až 6 bar (58 až 87 psi), pričom uzavárací ventil obmedzuje maximálny tlak, aby sa predišlo poškodeniu tesnení a podložiek. Výstup čerpadla prechádza najskôr cez olejový filter – buď v plnopriepustnej alebo obvodovej konfigurácii podľa konštrukcie – predtým, než vstúpi do hlavnej olejovej galerie, ktorá sa nachádza pozdĺž celého valcového bloku.

Hlavná olejová galéria – diaľnica, ktorá zásobuje všetko

Hlavná olejová galéria je vyvŕtaná alebo odliatá priechodná dráha, ktorá sa nachádza pozdĺž valcového bloku. Táto galéria slúži ako primárny distribučný kanál. Z nej sa olej rozvetvuje k hlavným ložiskám kľukového hriadeľa, ložiskám rozvodového hriadeľa a k valcovému priestoru, kde sa nachádzajú komponenty rozvodu.

Priemer a usporiadanie kanála sú dôležité. Ak je príliš malý, dochádza k poklesu tlaku po celej dĺžke motora. Ak je príliš veľký, čerpadlo má problémy s rýchlym naplnením objemu pri studených štartoch. Konštruktéri motorov tieto faktory vyvážia tak, aby najvzdialenejší ložiskový bod – zvyčajne zadné ložisko rozvodového hriadeľa alebo posledná súčiastka rozvodového mechanizmu v ceste oleja – získal dostatočný tlak a prietok za všetkých prevádzkových podmienok.

Dostupnosť oleja ku kľukovému hriadeľu – hlavné a ojnové ložiská

Olej opúšťa hlavný kanál cez vŕtané prechody, ktoré zásobia každé hlavné ložisko kľukového hriadeľa. Z ložiskového čepeľa sa olej pohybuje cez vŕtané priečne prechody vo vnútri samotného kľukového hriadeľa, aby dosiahol ojnové ložiská. Toto vnútorné vŕtanie je presné – prechody sa musia pretínať pod určitými uhlami, aby sa zachovala štrukturálna celistvosť a zároveň sa zabezpečil prívod oleja k ojnovým čepeľom v podmienkach odstredivej sily.

Hlavné ložiská a ojnové ložiská pracujú na hydrodynamickom olejovom klinu. Pri rotácii kľukového hriadeľa sa olej vťahuje do zbiehajúceho sa priestoru medzi čapom a ložiskovou skôrkou. Tento proces vytvára tlak v olejovej vrstve – často stovky psi v zaťaženej oblasti –, ktorý podopiera čap a zabraňuje priamemu kovovému kontaktu. Hrúbka olejovej vrstvy pri prevádzkovej teplote sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí 0,0005 až 0,002 palca, v závislosti od medzery v ložiskách a zaťaženia.

Cesta k rozvodovému hriadeľu – zvislé kanály a prívod oleja do ložísk

Mazanie rozvodového hriadeľa sa líši podľa konštrukcie motora, ale základný princíp je rovnaký. Olej sa z hlavnej rozvodnej mazacej vedenia presúva cez zvislé alebo šikmé kanály vyvŕtané v bloku valcov až k čapom ložísk rozvodového hriadeľa. U motorov s ventilmi v bloku sa rozvodový hriadeľ nachádza v bloku, preto sú kanály krátke. U motorov s rozvodovým hriadeľom v hlave sa vyžadujú dlhšie kanály, ktoré prechádzajú cez liatinový kryt hlavy valcov.

Ložiská rozvodového hriadeľa sú zvyčajne klzacie ložiská – podobné v princípe hlavným ložiskám kľukového hriadeľa – ktoré podporujú rozvodový hriadeľ počas jeho otáčania. Každý ložiskový člen dostáva olej cez vŕtaný prívodný otvor, ktorý je zarovnaný s olejovou drážkou plášťa ložiska. Samotný rozvodový hriadeľ môže mať vnútorné vŕtanie, ktoré rozvádza olej k rozvodovým výstupkom a v niektorých prípadoch aj k aktuátorom premenného času otvárania ventilov.

Posledná míľa – mazanie rozvodového mechanizmu

Rozvodový mechanizmus predstavuje najrôznorodejšiu skupinu výziev v oblasti mazania v motore. Hydraulické zdvíhacie mechanizmy ventilov, páky ventilov, tlačné tyče a horné rozvodové kotúčiky všetky vyžadujú olej, avšak získavajú ho prostredníctvom rôznych mechanizmov v závislosti od konštrukcie.

Hydraulické zdvíhacie kľučky – bežné v moderných motoroch osobných automobilov – dostávajú olej pod tlakom cez rovnakú sieť kanálov, ktorá zásobuje ložiská rozvodového hriadeľa. Teleso zdvíhacej kľučky obsahuje malý piest a uzavírací ventil, ktoré využívajú tlak oleja na automatické udržiavanie nulovej vzdialenosti ventilov. Tento dizajn eliminuje mechanické nastavovanie a zníži hluk pohybového ústrojenstva ventilov.

Kľučky a horné nasávače rozvodového hriadeľa často dostávajú olej cez dutý rozvodový hriadeľ – ak je rozvodový hriadeľ vnútorne vyvŕtaný – alebo cez vonkajšie olejové lišty, ktoré smerujú olej ku každému miestu pohybu ventilov. Zvyšné komponenty dostávajú olej prostredníctvom rozstrekovaného alebo rozptýleného oleja vytváraného rotujúcim ústrojenstvom. Táto kombinácia tlakového prívodu a rozstrekovacieho mazania pokrýva všetky pohyblivé časti pohybového ústrojenstva ventilov.

Tlak, objem a viskozita – tri premenné, ktoré majú význam

Tri faktory určujú, či sa systém mazania vykonáva účinne. Tlak oleja zabezpečuje, že olej dosiahne najvzdialenejšie ložiská proti odporu úzkych kanálov. Množstvo oleja odvádza teplo z ložísk a zabezpečuje dostatočný prietok na udržanie hydrodynamického filmu. Viskozita oleja určuje, ako ľahko olej preteká cez tesné medzery a akú hrúbku má film pod zaťažením.

Motorové oleje pre osobné automobily sú špecifikované pre konkrétnu viskozitnú triedu z dôvodu. Moderné motory s úzkymi medzerami ložísk a systémami premenného časovania ventilov vyžadujú nízkoviskózne oleje, aby sa rýchlo rozbehli po studenom štarte a dosiahli fázovacie mechanizmy na rozvodovom hriade skôr, než začnú fungovať. Použitie hrubšieho oleja ako odporúčané spomaľuje dodávku oleja k rozvodovému mechanizmu – a toto oneskorenie môže spôsobiť opotrebovanie v prvých niekoľkých sekundách prevádzky.

Prípad zo života – Keď dodávka oleja zlyhá

Servis výkonnostných vozidiel na juhozápade USA zaznamenal opakujúci sa výskyt porúch rozvodového hriade a zdvíhacích tyčí na populárnej platforme V8 motorov. Motory vykazovali dobrý výkon, avšak komponenty rozvodového mechanizmu sa opotrebili už po 40 000 míľach. Bežné príčiny – kvalita oleja, mazivo použité pri montáži, postup pri obnovovacom behu – boli všetky overené a v poriadku.

Servisné stredisko vykonalo tlakové testovanie olejových kanálov a zistilo významný pokles tlaku medzi hlavným kanálom a valcovými hlavami. Obmedzenie sa vysledovalo až k otvorom obmedzení toku oleja, ktoré zásobia valcovú hlavu – tieto otvory boli príliš malé pre prevádzkový rozsah otáčok motora. Zväčšenie obmedzení o 0,010 palca obnovilo správny prietok oleja k rozvodovému mechanizmu. Poruchy rozvodového hriadeľa a zdvíhacích pák úplne ustali. Oprava stála menej ako 100 USD za strojnícke práce a ušetrila zákazníkom tisíce dolárov na opakovaných opravách.

Tento príklad ilustruje dôležitosť pochopenia celého olejového okruhu – nie len výstupu čerpadla. Čerpadlo môže vytvárať dostatočný tlak a objem, avšak akékoľvek obmedzenia v systéme podkopávajú jeho účinnosť.

Záver ohľadom dodávky oleja

Olej sa náhle neobjaví na kľukovom hriade, rozvodovom hriade a ventilovom mechanizme. Je prečerpaný objemovým čerpadlom, filtrovaný, rozvádzaný hlavným rozvodom a vedený presne vyvŕtanými kanálikmi, ktoré ho dodávajú každému ložisku a kontaktnej ploche. Tento systém spoľahlivo funguje, ak sú všetky jeho komponenty správne dimenzované, viskozita oleja zodpovedá špecifikácii a kanáliky zostávajú neprekrývané.

Akékoľvek kompromisy v ktorejkoľvek časti tohto systému – či už v dôsledku nesprávnej montáže, nečistôt v rozvodoch alebo použitia nesprávneho typu oleja – znížia dodávku oleja a zrýchlia opotrebovanie. Správne navrhnuté olejové čerpadlo a sieť rozvodov, vyrobené podľa originálnych špecifikácií (OE), zabezpečujú, že každá pohybujúca sa súčiastka dostane potrebné mazanie. Haodun Engine Parts dodáva olejové čerpadlá a príslušné motory súčiastky vyrobené podľa prísnych noriem, čím podporuje spoľahlivú dodávku oleja, od ktorej závisia motory osobných automobilov s vysokým najazdeným kilometrážou.