Principii de calcul al instalatiei de ungere

Principii de calcul al instalatiei de ungere

Functionarea motorului cu ardere interna se caracterizeaza prin existenta mai multor suprafete aflate sub sarcina si in miscare relativa unele fata de altele, in aceste conditii este necesar pentru a diminua frecarile dintre suprafete. Deci, sa se introduca intre acestea un fluid care sa adere la suprafete, sa fie vascos ca prin presiunea interna care ia nastere sa mentina suprafetele la o anumita distanta.

Lubrifiantul prezent intre suprafetele in miscare relativa trebuie sa indeplineasca urmatoarele functii:

Functia mecanica. Uleiul trebuie inainte de toate sa unga asamblajul, adica sa formeze intre cele doua suprafete o pelicula de ulei pentru a evita contactul metal pe metal.

Functia termica. Uleiul are ca rol secundar limitarea temperaturii in anumite organe care nu pot fi racite prin alte procedee.

Functia chimica. Uleiul trebuie sa asigure functionarea corecta atat a partilor calde ale motorului cat si a partilor reci; sa asigure protectia impotriva coroziunii datorate umiditatii si acizilor care apar in urma arderii; sa asigure evacuarea impuritatilor.

Pe langa aceste functii, uleiul prezent in ansamblul piston-segmenti-camasa cilindrului indeplineste si rolul de element de etansare.

Conditiile de lucru ale motorului cu ardere interna impun urmatoarele cerinte uleiului din sistemul de ungere: onctuozitate optima; variatie redusa a viscozitatii functie de temperatura; stabilitate chimica ridicata; sa impiedice aglomerarea particulelor rezultate in urma arderii; sa fie filtrabil; sa posede o temperatura de congelare cat mai redusa.

Ungerea suprafetelor diferitelor piese ale motorului este influentata in principal de rolul lor functional si de conditiile de lucru (sarcina si viteza).

Dupa modul cum uleiul este adus la suprafetele in frecare, ungerea se poate realiza sub presiune, prin stropire cu jet de ulei; prin ceata de ulei sau mixt. Motoarele pentru autovehicule utilizeaza ungerea mixta unde anumite componente (lagarele, boltul, tachetii hidraulici, etc.) se ung cu ulei sub presiune, altele (cilindrul, pistonul, camele, supapele, etc.) se ung prin ceata de ulei sau prin stropire cu jet.

Dupa locul unde este plasat uleiul de ungere sistemul de ungere poate fi cu 'carter umed', in care caz uleiul se afla depozitat in baia plasata la partea inferioara a motorului sau cu 'carter uscat' la care uleiul se afla depozitat intr-un rezervor special plasat in afara motorului.

In figura 15.1. se prezinta schema sistemului de ungere cu carter umed. Sistemul cuprinde circuitul principal cu: pompa de ulei 1 cu sorbul 2 care aspira uleiul din baia de ulei 13 si il refuleaza prin intermediul conductei 3 catre filtrul de curatire bruta 4, dupa care este trimis in magistrala de ulei 5. Din magistrala de ulei, uleiul este distribuit prin conducte la lagarele paliere iar prin intermediul canalizatiei existente in arborele cotit la lagarele fusurilor manetoane. La anumite constructii ungerea boltului se poate realiza sub presiune printr-un canal care strabate biela in lungul ei. Motoarele cu solicitari termice intense si cu turatie moderata pot utiliza acest circuit pentru racirea pistoanelor. Lagarele arborelui cu came si axul culbutor 11 sunt alimentate cu ulei prin intermediul conductelor 7. Oglinda cilindrului, camele si supapele sunt unse prin stropire cu jet si ceata de ulei.

La circuitul principal al sistemului de ungere se poate anexa in paralel un filtru de curatire fina 8. Prin acest filtru trece 10-15% din debitul de ulei al instalatiei de ungere, dupa care uleiul se intoarce in baie sau in circuitul principal contribuind la regenerarea uleiului.

Mentinerea temperaturii in limite acceptabile se realizeaza prin introducerea in paralel cu circuitul principal a schimbatorului de caldura 17.

Sistemul de ungere este prevazut cu supape de siguranta la pompa de ulei pentru evitarea suprapresiunilor, la filtru pentru a permite trecerea uleiului spre locurile de ungere cand acesta este imbacsit, si la radiatorul de ulei in vederea scurtciurcuitarii acestuia cand uleiul este rece.

Presiunea si temperatura uleiului din magistrala sunt controlate pentru a se evidentia functionarea defectuoasa a instalatiei. Nivelul uleiului din baia de ulei se verifica cu ajutorul tijei 12, pe care sunt trasate limita maxima si minima.

Racirea pistoanelor la motoarele de turatie ridicata se poate realiza cu ajutorul unui orificiu calibrat amplasat la nivelul lagarului palier (fig.15.2), iar la motoarele de turatie mai coborata, orificiul calibrat se gaseste in piciorul bielei (fig.15.3).

Pompa de ulei

Circulatia uleiului este asigurata de catre pompa de ulei. Dintre acestea, pompele cu roti dintate sunt cel mai des utilizate, deoarece au constructia simpla si prezinta siguranta in functionare. Pompele cu roti dintate au dimensiuni reduse fata de spatiul disponibil in carter.

Pompa cu roti dintate cu angrenarea exterioara (fig.15.4.) este alcatuita dintr-o carcasa prevazuta cu orificii de intrare si iesire in care se monteaza doua roti dintate cu dantura dreapta sau elicoidala. Una din roti este antrenata de la arborele cu came sau de la arborele cotit, cealalta este antrenata de prima roata in sens invers. Camerele A si R reprezinta camere de aspiratie respectiv refulare.Uleiul patrunde in camera de aspiratie A, umple spatiul dintre dantura si carcasa, apoi este antrenat de dantura rotii si refulat in camera R. Comprimarea uleiului dintre dintii rotilor este evitata printr-o frezare si uleiul este deplasat in camera de refulare, in acest mod se elimina incarcarea suplimentara a fusurilor rotilor pompei.

Sistemul de ungere poate fi prevazut si cu o pompa cu rotor cu lobi (fig.15.5.), care prezinta  avantajul unui gabarit redus, siguranta in functionare, asigura presiuni ridicate la turatii scazute .

Pompa cu rotor cu lobi (cu angrenare interioara) se compune din doua rotoare 2 si 3 montate in carcasa 1. Rotorul interior 2 este antrenat prin intermediul  arborelui de comanda de la arborele cu came sau arborele cotit. Rotorul 3, exterior este dezaxat fata de rotorul 2 si arborele de comanda. La rotirea rotorului interior este antrenat in miscare de rotatie in acelasi sens si rotorul exterior. Uleiul aspirat in spatiul dintre rotoare este transportat de catre lobii rotorului interior si exterior, in spatiul care se micsoreaza datorita excentricitatii, comprimat uleiul este refulat sub presiune spre magistrala de ulei.

Supapa de siguranta

In scopul protejarii instalatiei de ungere de cresterea presiunii se introduce in circuitul de refulare al pompei supape de siguranta care mentine o presiune constanta intr-un domeniu larg de turatii si temperatura. Surplusul de ulei este deviat in circuitul de aspiratie al pompei de ulei sau baie.

Presiunea uleiului se considera optima pentru motoarele de autovehicule in limitele 0,2…0,5 MPa la o temperatura de 70…80⁰C.

In cazul motoarerlor mici cu cantitati mici de ulei se utilizeaza supape cu bila (fig.15.6.), iar la motoarele cu debite mari de ulei in sistemul de ungere se utilizeaza supape cu piston (fig.15.7.).

Uleiul este absorbit din baia de ulei printr-un element filtrant (sorb) care poate fi fix sau plutitor, situat in partea cea mai de jos a baii de ulei.

Filtrul sorbului (fig.15.8) este confectionat dintr-o sita din sarma de otel sau tabla perforata. Acest filtru protejeaza pompa de ulei de impuritatile solide. La motoarele mici filtrul sorbului poate prelua functiile filtrului din circuitul principal, in acest caz sita trebuie sa asigure retinerea impuritatilor si sa fie accesibil la curatat.

Filtrele de ulei

Uleiul in timpul functionarii motorului cu ardere interna pierde din calitatile sale datorita patrunderii unor impuritati: particule metalice rezultate in urma fenomenului de uzura; particule de praf care patrund in motor odata cu aerul nefiltrat corespunzator la admisie; impuritati rezultate in urma unui montaj si unei intretineri necorespunzatoare; impuritati ce se formeaza in carter; produse chimice rezultate in urma actiunii gazelor scapate in carter.

Datorita fenomenului de degradare a calitatii uleiului ungerea este compromisa antrenand amplificarea uzurilor si chiar aparitia de avarii ale motorului.

Pentru a elimina efectele negative pe care la produc impuritatile, in sistemul de ungere se introduc elemente de filtrare care au rolul de curatire.

Dupa finetea filtrarii, filtrele de ulei se impart in doua categorii: filtre de curatire bruta si filtre de curatire fina.

Filtrul de curatire bruta se monteaza in serie in circuitul de refulare al pompei de ulei, prin el trecand intreaga cantitate de ulei. Rezistenta hidraulica este redusa. Filtrul brut retine impuritati de dimensiuni cuprinse intre 20…100mm. Montajul in serie al filtrului impune prezenta unei supape de siguranta care sa permita scurtcircuitarea filtrului in cazul imbacsirii acestuia.

Filtrul de curatire fina se monteaza in paralel cu circuitul principal de ungere, cantitatea de ulei care-l strabate este de 10…15% din cantitatea de ulei din sistemul de ungere pentru a se evita pierderile hidraulice. Filtrul fin retine impuritati cu dimensiuni de pana la 5 mm. Dupa filtrare uleiul este returnat in baia de ulei contribuind la regenerarea acestuia.

Dupa gradul de filtrare, filtrele se pot clasifica in filtre statice si filtre dinamice.

Filtre statice

Retinerea impuritatilor se realizeaza cu ajutorul unui element filtrant, care poate fi: sita metalica, discuri metalice sau de hartie, cu actiune magnetica sau active.

Filtrele cu sita metalica (fig.,15.9), sunt utilizate in general pentru filtrarea uleiului inainte de intrarea in pompa de ulei, dar si ca filtre de curatire bruta sau fina (pot retine impuritati pana la 5 mm).

Constructia elementului de filtrare se realizeaza dintr-un pachet de discuri in care se incorporeaza site si care montate formeaza intre ele spatii suficient de mari pentru impuritatile retinute. Filtrele cu sita retin prin aderenta si emulsiile gelatinoase.

Filtrele cu discuri (fig.15.10) au elementul filtrant dintr-un numar de discuri din metal sau carton de forme speciale asezate unele peste altele care formeaza interstitii de trecere a uleiului.

Impuritatile de dimensiuni mai mari sunt retinute in exteriorul filtrant, iar cele de dimensiuni mici in spatiul dintre discuri.

Filtrul cu discuri metalice este prevazut cu elemente care asigura posibilitatea curatirii interstitiilor chiar in timpul functionarii prin rotirea din exterior a pachetului de discuri.

Filtrul cu discuri din carton se utilizeaza ca filtru fin.

Filtrele cu element filtrant din hartie (fig.15.11.) sunt utilizate pe scara larga, ele pot fi utilizate atat ca filtre de curatire bruta cat si ca filtre de curatire fina in functie de dimensiunile porilor hartiei. Pentru a se imbunatatii rezistenta si proprietatile de aderenta hartia de filtru este impregnata cu diferite produse. Gabaritul acestor filtre este redus datorita modului de constructie al elementului filtrant, hartia de filtru fiind pliata, iar forma este mentinuta de o armatura metalica.

Filtrele cu element filtrant din hartie nu pot fi curatite, cand acesta se imbacseste este inlocuit cu unul nou.

Filtrul este prevazut cu o supapa de siguranta care se deschide la o presiune de 0,1…0,25 MPa, asigurand trecerea uleiului in circuitul de ungere fara sa mai treaca prin elementul filtrant cand acesta este imbacsit sau uleiul are vascozitate mare.

Filtrele magnetice se utilizeaza ca filtre suplimentare pe langa filtrele cu sita, cu discuri sau dopurile de golire.

Aceste filtre retin particule feroase si prin coeziune particule de bronz sau alte particule nemagnetice rezultate in urma uzurii.

Filtrele active retin unii produsi organici dizolvati in ulei precum si apa. Separarea lor se realizeaza prin absortie, hidratare sau reactii chimice. Ca element filtrant se folosesc: pasla, hartia de filtru; amestecuri de oxid de aluminiu, bauxita, mangan, sulf sau vata de zgura.

Filtrele dinamice, realizeaza separarea impuritatilor prin centrifugare. La motoarele de autovehicule pot fi utilizate doua variante constructive: a) cu antrenare mecanica; b) cu jet liber.

Filtrele antrenate mecanic primesc miscare de la arborele cotit, extinderea acestei solutii este limitata de complicatiile tehnice care intervin si de intretinerea dificila.

Filtrele cu jet liber (fig.15.12.) nu pun probleme tehnice la amplasarea lor pe motor. Rotorul filtrului este pus in miscare de cuplul fortelor de reactie a doua jeturi de ulei care ies prin orificii calibrate. Turatia rotorului este cuprinsa intre 5000…10000 rot/min. Sub actiunea fortelor centrifuge impuritatile care se gasesc in uleiul care umple rotorul sunt proiectate pe carcasa acestuia. Uleiul filtrat este returnat spre baia de ulei. Folosirea filtrelor centrifugale determina o reducere a uzurii medii a motorului (la cilindru de 1,6 ori; la arborele cotit de 2,5 ori).

Radiatorul de ulei

In timpul functionarii motorului cu ardere interna, uleiul din instalatia de ungere preia o parte din cantitatea de caldura dezvoltata in motor. Pentru a se mentine temperatura uleiului in limite acceptabile in circuitul de ulei se amplaseaza radiatorul de ulei.

Radiatoarele de ulei sunt construite in doua variante in functie de agentul care preia caldura de la ulei: radiatoare racite cu apa si radiatoare racite cu aer.

Radiatoarele racite cu apa  (fig.15.13) asigura o temperatura stabila a uleiului, independenta de turatie, sarcina motorului si temperatura mediului ambiant. La pornire asigura incalzirea uleiului, ceea ce permite o circulatie corecta a acestuia spre punctele de ungere.

Radiatoare racite cu aer (fig.15.14), au dimensiuni reduse si o constructie simpla. Temperatura uleiului nu este stabila din cauza fluctuatiilor de temperatura a mediului ambiant. Nu asigura incalzirea uleiului dupa pornire, de aceea pentru a se evita suprapresiunea datorata rezistentelor hidraulice mari el este scurtcircuitat prin intermdiul unei supape de siguranta. Arcul supapei este tarat sa asigure o deschidere a acesteia la o diferenta de presiune de 0,150,2 MPa.