Kā darbojas berze dzinēja iekšpusē
Katru reizi, kad dzinējs tiek iedarbināts, tūkstošiem metāla detaļu sāk kustēties ar lielu ātrumu. Kloķvārpsta griežas, virzuļi pārvietojas, sadales vārpstas atver vārstus, bet gultņi uzņem milzīgas slodzes. Visu to pavada berze.
Bez eļļas plēves bojājums sākas gandrīz acumirklī: turbokompresora gultņi, kur plēve ir tikai 6-9 mikrometru bieza pie apgriezieniem virs 100 000 apgr./min, var sabojāties dažu sekunžu laikā pēc eļļas spiediena zuduma. Kloķvārpstas galvenie un šatuna gultņi ir noturīgāki, taču arī tie sāk bojāties 30-60 sekunžu laikā, un neatgriezenisks nodilums iestājas jau pēc dažām minūtēm. Tieši tāpēc motoreļļas galvenais uzdevums ir izveidot izturīgu eļļas plēvi, kas nodala detaļu virsmas.
Motoreļļa ne tikai samazina berzi. Tā rada apstākļus, kādos metāla virsmas lielākajā daļā darbības režīmu tieši nesaskaras.
No kurienes rodas berze
Zem mikroskopa pat ideāli apstrādāts metāls ir klāts ar mikroskopiskām nelīdzenumiem, ko sauc par virsmas raupjumu. Detaļām kustoties, šie mikroskopiskie izvirzījumi mijiedarbojas savā starpā, radot pretestību kustībai un izraisot berzi. Tieši attiecība starp eļļas plēves biezumu un šo nelīdzenumu augstumu nosaka, cik uzticami detaļas ir pasargātas viena no otras.
Trīs eļļošanas režīmi: Štribeka līkne
Tribologi (berzes speciālisti) apraksta eļļošanas uzvedību ar Štribeka līknes palīdzību, kas nosaukta vācu inženiera Riharda Štribeka vārdā, kurš 20. gadsimta sākumā pētīja berzes atkarību no detaļu kustības ātruma. Līkne parāda, ka atkarībā no ātruma, slodzes un eļļas viskozitātes eļļošana dzinēja iekšienē darbojas vienā no trim režīmiem.
| Eļļošanas režīms | Kas notiek |
|---|---|
| Robežeļļošana | Eļļas plēve ir plānāka par virsmas nelīdzenumiem, detaļas daļēji tieši saskaras. Berze ir vislielākā. |
| Jauktā eļļošana | Slodzi daļēji nes eļļas plēve, daļēji - paši nelīdzenumi. Pārejas stāvoklis starp abiem pārējiem režīmiem. |
| Hidrodinamiskā eļļošana | Eļļas plēve pilnībā nodala virsmas, plēves biezums vairākkārt pārsniedz nelīdzenumu augstumu. Berze ir viszemākā. |
Hidrodinamiskajā režīmā eļļas plēves biezums parasti ir no dažiem līdz aptuveni simts mikrometriem, kas ir pietiekami virsmu pilnīgai nodalīšanai lielā ātrumā. Svarīgi saprast: visi trīs eļļošanas režīmi strādājošā dzinējā darbojas vienlaikus, tikai dažādos mezglos un dažādos cikla brīžos.
Kur dzinējā darbojas katrs režīms
Kloķvārpstas galvenie un šatuna gultņi lielāko daļu laika darbojas hidrodinamiskajā režīmā: augstais rotācijas ātrums rada stabilu eļļas plēvi, kas pilnībā nodala vārpstu un ieliktni. Virzuļa gredzeni, gluži pretēji, regulāri nonāk robežeļļošanas apstākļos - augšējā un apakšējā mirušajā punktā virzulis uz mirkli apstājas, ātrums krīt gandrīz līdz nullei, un eļļas plēvei nepietiek laika sasniegt pilnu biezumu. Arī vārstu mehānisms (sadales vārpstas kulaka kontakts ar stūmēju) galvenokārt darbojas robežas vai jauktā režīmā augsto punktveida slodžu un zemā slīdēšanas ātruma dēļ.
Kāpēc metāls nesalodējas
Ja starp detaļām nav eļļas plēves, tiešs metāla-metāla kontakts izraisa strauju nodilumu, lokālu pārkaršanu un darba virsmu bojājumus, ieskaitot atsevišķu kontaktpunktu mikrosalodēšanu. Tieši tāpēc robežeļļošanas režīmam, kur šāds kontakts daļēji ir neizbēgams, ir nepieciešama nevis tik daudz eļļas viskozitāte, cik speciālas pretnodiluma piedevas.
Klasiskā pretnodiluma piedeva ZDDP (cinka dialkilditiofosfāts) darbojas tieši robežrežīmā: berzes laikā tā uz metāla virsmas veido aizsargplēvi, parasti 50-150 nanometrus biezu, kas upurējas pamatmetāla vietā, pakāpeniski nodilstot un atjaunojoties. Šī plēve veidojas tikai tur, kur tā nepieciešama, tas ir, tieši robežeļļošanas zonās, nevis vienmērīgi pa visu dzinēja virsmu.
Izplatīti maldīgi priekšstati
Berze dzinējā vienmēr ir slikta.
Ne gluži. Eļļas uzdevums nav pilnībā novērst berzi, bet gan pārvest to kontrolētā un paredzamā režīmā, kas samazina nodilumu, nevis fiziski izslēgt jebkuru virsmu mijiedarbību.
Jo biezāka eļļas plēve, jo labāk jebkurā situācijā.
Nē. Robežrežīmā (piemēram, dzinēja iedarbināšanas brīdī vai virzuļa mirušajos punktos) plēves biezumu fiziski ierobežo ātrums un slodze, un šajos apstākļos aizsardzību nodrošina nevis plēves biezums, bet gan pretnodiluma piedevu ķīmiskais sastāvs.
Labi ieeļļotā dzinējā metāls nekad nesaskaras ar metālu.
Nē. Īslaicīgs mikronelīdzenumu kontakts robežas un jauktajā eļļošanas režīmā ir normāla dzinēja darbības sastāvdaļa, īpaši tādos mezglos kā virzuļa gredzeni pie mirušajiem punktiem un vārstu mehānisms. Piedevas pastāv tieši aizsardzībai šajos brīžos, nevis to pilnīgai izslēgšanai.
Biežāk uzdotie jautājumi
- Kāpēc dzinējs visvairāk nodilst aukstajā startā?
- Iedarbināšanas brīdī eļļa vēl nav izsūknēta pa visu sistēmu un tai ir augstāka viskozitāte zemās temperatūras dēļ, tāpēc daudzi mezgli īslaicīgi nonāk robežeļļošanas režīmā ar paaugstinātu metāla-metāla kontakta risku.
- Kas ir Štribeka līkne vienkāršiem vārdiem?
- Tas ir grafiks, kas parāda, kā berze mainās atkarībā no detaļu kustības ātruma, slodzes un eļļas viskozitātes, uzskatāmi sadalot eļļošanas darbību robežas, jauktajā un hidrodinamiskajā režīmā.
- Vai viena un tā pati dzinēja detaļa var darboties vairākos eļļošanas režīmos vienlaikus?
- Jā. Piemēram, virzuļa gredzens pāriet no robežrežīma mirušajos punktos uz hidrodinamisko režīmu virzuļa gaitas vidū, kur kustības ātrums ir maksimāls, vienas un tās pašas kloķvārpstas rotācijas laikā.
- Vai eļļošanas režīms ir atkarīgs no eļļas viskozitātes?
- Jā, viskozitāte ir viens no trim Štribeka līknes faktoriem līdzās ātrumam un slodzei: viskozāka eļļa pie citiem vienādiem apstākļiem tuvina mezglu hidrodinamiskajam režīmam, bet nevar pilnībā novērst robežrežīmu tur, kur kustības ātrums krīt līdz nullei.
Secinājums
Berze dzinēja iekšienē nav vienots parādība, bet gan trīs dažādu fizikālu režīmu kopums, kas vienlaikus darbojas dažādos mezglos: no gandrīz pilnīgas virsmu nodalīšanas kloķvārpstas gultņos līdz īslaicīgam mikronelīdzenumu kontaktam virzuļa mirušajos punktos. Šī ainas izpratne izskaidro, kāpēc motoreļļa nav vienkārši viskoza šķidruma, bet gan sarežģīta sistēma, kurā viskozitāte un piedevas risina dažādus uzdevumus dažādos apstākļos.