A belső égésű motorok kenési rendszere – az olajszivattyúk

Bármilyen erőátviteli rendszerről vagy erőforrásról is legyen szó, amelyben üzemszerűen mechanikai érintkezés történik a különböző alkatrészek között, általánosságban elmondható, hogy a gazdaságos és biztonságos üzemeltetéséhez elengedhetetlen a megfelelő kenés.

A megfelelő kenőanyag eljuttatása a célhoz pedig közel sem számít triviális feladatnak, ráadásul a körülmények nagyon különbözőek lehetnek egy-egy motor esetén, melyekhez az kenési rendszernek alkalmazkodnia kell.

Ebben a cikkben általánosságban írunk a motorok kenéstechnikájáról, és részletesebben bemutatjuk az olajszivattyúkat.

A kenésről általánosságban

A belső égésű motorok élettartam- és gazdaságossági mutatói részben azért voltak képesek növekedni a múltban, mert időközben a kenéstechnika területén és az olajgyártásban hatalmas mértékű fejlődés következett be.

A motorok alkatrészei különböző feltételek között működnek: a forgattyústengely csapjai forgó mozgást végeznek, a dugattyú és a dugattyúgyűrűk fel-le (és picit ide-oda) mozognak, a dugattyúcsapszeg-hajtórúd ingamozgású, a szelepemelő tőkék és a szelepek néha ide-oda mozgás közben forognak. Ennélfogva a kenési igényük is eltérő lehet. Egyes elemeket nyomóolajozással kennek (csapágyak), másokat olajköddel vagy szóróolajozással (hengerek). Az alkatrészek hőmérséklete bizonyos esetekben a több száz °C-ot is eléri, mások viszont csak néhányszor tíz °C-osak – viszont mindkettőt ugyanazzal az olajjal kell kenni. A gépjárművek motorjainak különböző üzemmódjai miatt tehát járulékos nehézségek is jelentkeznek, mint például a motor olajának kiválasztása, mellyel szemben a támasztott igények gyakran szöges ellentétben állnak egymással.

Üzem közben a hőmérsékletek közelítőleg így alakulnak: a hengerfej zónájában 130-180 °C, a hengerek magasságában 150-200 °C, a főtengely körül 100-150 °C, az olajteknőben pedig 120-130 °C.

Kenőrendszerek

A belső égésű motor kenésére szolgáló készülékek, berendezések és műszerek összessége a motor kenőrendszerét képezi. A rendszer a súrlódó felületek olajozási módja szerint három csoportba sorolhatók:

• Merítőolajozásos (kenés olajköddel és szóróolajozással)
• Nyomóolajozásos (kényszerolajozás)
• Egyesített merítő- és nyomóolajozásos

A nagy igénybevételű alkatrészeket nem lehet olajköddel megfelelően kenni, mivel ez nem biztosítja a szükséges olajmennyiséget, azonban a motor valamennyi elemének a nyomás alatti olajozása bonyolulttá és költségessé teszi a kenőrendszert. Ezért a gépjárműmotorokon összetett olajozást alkalmaznak: a nagyon igénybe vett alkatrészeket (a fő- és forgattyúscsapokat, a vezérműtengely csapjait, a szelepvezérlés elemeit, néha a dugattyúcsapszeget) nyomóolajozással kenik, a többi elemet (a hengereket, a dugattyúkat, a gyűrűket, a bütyköket, a szelepemelő tőkéket stb.) olajköddel és szóróolajozással.

A kenőrendszer egy főáramkörből és egy vagy több mellékáramkörből tevődik össze. A főáramkör része az olajteknő, egy vagy több olajszivattyú, a biztonsági szelepek és a csatornák, amelyek az olajat a kenési helyre vezetik.

Az olajszivattyú az olajat a főcsatornába nyomja, majd leágazó csatornákon a kenőanyag a főcsapágyakhoz jut. Egyes esetekben a főcsatornát a forgattyústengelyben vezetik végig. A mellékáramkörhöz tartozik a mellékáramkörű olajszűrő és olajhűtő. A kenőrendszerhez tartoznak még az olaj nyomását és hőmérsékletét jelző műszerek, az olajteknő olajszintmérője és a biztonsági szerkezetek, amelyek az olajteknőben és az olajcsatornákban meggátolják a megengedettnél nagyobb nyomás kialakulását.

A kenőrendszerek feloszthatók az olaj tárolási helye szerint is. A legtöbb motor a forgattyúházának alsó részében, az olajteknőben tárolja az olajat, melyben az egész olajmennyiség akár több mint 90%-a található; ebben az esetben nedves olajteknős olajozásról beszélünk. Azonban egyes motorokhoz az olajat különálló olajtartályban tárolják, ahol az olajteknőből a lefolyt olajat egy szivattyú szállítja a tartályba. Ezt száraz olajteknős vagy száraz karteres olajozásnak nevezzük. Utóbbi bár jóval bonyolultabb és költségesebb kialakítás, verseny- és sportautóknál szinte elengedhetetlen az alkalmazása, mert a normál méretű olajteknő hiányában jelentősen alacsonyabbra helyezhetik a motort, ami alacsonyabb tömegközéppontot, ezáltal jobb menetdinamikai tulajdonságokat kölcsönöz a járműnek. Ezen túlmenően nehéz terepen közlekedő járművek, repülőgépek, hajók motorjaiban is megtalálható ez a megoldás, ugyanis kiküszöböli az esetleges kenéskimaradásokat olyan helyzetekben, amikor a vízszinteshez képest nagyon meg van döntve az erőforrás.

Olajszivattyúk a kenési rendszerben

Az általunk vizsgált esetekben az olaj keringetésére jellemzően fogaskerekes, lapátos vagy dugattyús szivattyúkat alkalmaznak. Gépjárművek belső égésű motorjaiban a leggyakoribb választás a fogaskerekes szivattyú, mert rendkívül egyszerű kialakítású és üzembiztos. Ezen kívül a helyszükséglete kicsi, ami jelentős előny egy szerényebb méretű olajteknőnél. A fogaskerekes szivattyúk egy vagy több fogaskerékpárból állnak, így többfokozatúak is lehetnek.

A fogazás külső és belső is lehet, a belső fogazás előnye a kisebb befoglaló méret lehet.

Az olaj nyomással történő szállításának az a célja, hogy a az összes távolabb eső pontba is eljusson a kenőanyag, azaz hogy legyőzze a hidrodinamikus ellenállásokat. A szivattyú által szállított olajmennyiség az elmúlt 4-5 évtizedben azonos teljesítményű motorok esetén többszörösére növekedett. A nagyobb szállítási mennyiségeket a motorok erőltetett üzeme indokolja, amely a forgattyústengely csapágyainak és az olajjal hűtött elemeknek a jelentősen nagyobb hőleadásával jár.

A modern motorokon a nyomóolajozással kent felületek száma és terhelése egyaránt növekedett, ezért a szivattyúk üzemi nyomása és szállítása fokozatosan követte azt. 70 és 80 °C közötti olajhőfokon a főcsatorna nyomása 0,2 és 0,5 MPa között változik. Ez alapjáraton sem esik vissza 0,1 MPa alá, hidegindításnál pedig az olaj nagyobb viszkozitása miatt alapjáraton is eléri az 1,2-1,5 MPa-t.

Az üzemeltetés során az olajszivattyú jellemzői nagymértékben változnak. Így a fogaskerekek axiális és radiális hézagjainak növekedése extrém mértékben csökkenti az olajszivattyú szállítási teljesítményét. Ezért annak érdekében, hogy a motorok élettartama idejére is megfelelő mennyiség szállítására legyen képes, az olajszivattyút a szállítandó olajmennyiség többszörösére tervezik.