Α.Τ.Ε.Ι ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ Μ.Ε.Κ. ΕΠΙΒΑΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ: ΚΙΤΤΙΡΗΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Α.Ε.Μ. 4034 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΣ: ΚΩΣΤΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 2011
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Τα λιπαντικά κατασκευάζονται από την απόσταξη αργού πετρελαίου και την προσθήκη χημικών πρόσθετων, με στόχο τη βελτιστοποίηση της λιπαντικής τους ικανότητας, δηλαδή την ελάττωση των φθορών των συνεργαζόμενων εξαρτημάτων της ΜΕΚ αποκλείοντας την απ' ευθείας τριβή των επιφανειών μεταξύ τους, με την τριβή των μορίων του λιπαντικού που παρεμβάλλεται μεταξύ αυτών. Για τη σωστή μεταφορά του λιπαντικού στον κινητήρα, είναι υπεύθυνο το σύστημα λίπανσης, το οποίο μέσω μιας σειράς εξαρτημάτων διοχετεύει τις κατάλληλες ποσότητες λιπαντικού, με τη σωστή πίεση στα μέρη που χρήζουν λίπανση. Όπως ακριβώς ένας κινητήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει χωρίς καύσιμα, δεν μπορεί να λειτουργήσει ούτε χωρίς λιπαντικά. Η χρησιμότητα της λίπανσης έγκειται στη σημαντική μείωση των τριβών, οι οποίες δημιουργούνται όταν τα μεταλλικά μέρη του κινητήρα έρχονται σε επαφή. Έτσι μειώνονται σημαντικά οι φθορές, ψύχονται οι τριβόμενες επιφάνειες, απορροφούνται οι θόρυβοι που δημιουργούνται από την κρούση και παρεμποδίζεται η δημιουργία οξείδωσης, με αποτέλεσμα τη μέγιστη δυνατή απόδοση του κινητήρα. Σήμερα, στοχεύοντας στη διάθεση κινητήρων περισσότερο αποδοτικών και φιλικών προς το περιβάλλον, αλλά και στην άριστη εξυπηρέτηση των πελατών, οι εταιρίες λιπαντικών και αυτοκινήτων συνεργάζονται μεταξύ τους για τη δημιουργία νέων λιπαντικών ειδικά σχεδιασμένων για την αντιμετώπιση των μελλοντικών εξελίξεων και απαιτήσεων του κινητήρα. Επίσης, τα λιπαντικά πληρούν πλέον τα πρότυπα ευρωπαϊκών προδιαγραφών (πχ ISO). Η αναγκαιότητα και οι λειτουργίες της λίπανσης δεν είναι γνωστές στο ευρύ καταναλωτικό κοινό, το οποίο δε δίνει την αρμόζουσα προσοχή στη λίπανση και τα λιπαντικά. Γι' αυτό το λόγο επιλέχθηκε το συγκεκριμένο θέμα, για τη επισήμανση του κύριου και πρωταγωνιστικού ρόλου που κατέχει η λίπανση στην ομαλή λειτουργία του κινητήρα επεκτείνοντας τη ζωή του.
ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 Ιστορική ανασκόπηση....6 Ε1.1 Λιπαντικά....6 Ε.2 Τριβή και λίπανση...7 Ε2.1 Γενικά..7 Ε.2.2 Είδη τριβής ολίσθησης και κύλισης...8 Ε.3 Στόχοι της λίπανσης.....11 Ε.4 Μέθοδοι λίπανσης...13 Ε.4.1 Λίπανση με εμβάπτιση και εκτίναξη λαδιού...13 Ε.4.2 Λίπανση με κυκλοφορία των ατμών του λαδιού...13 Ε.4.3 Λίπανση με κυκλοφορία λαδιού υπό πίεση...14 Ε.4.4 Σύνθετο σύστημα.. 15 Ε.5 Σημασία της λίπανσης στις ΜΕΚ...15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ 1.1 Γενικά..16 1.2 Περιγραφή των τμημάτων του συστήματος..16 1.2.1 Δεξαμενές λαδιού (κάρτερ).......16 1.2.2 Αντλίες λαδιού..... 17 1.2.3 Ανακουφιστική βαλβίδα.....20 1.2.4 Φίλτρα λαδιού..21 1.2.5 Βαλβίδα ανακύκλωσης αναθυμιάσεων 27 1.2.6 Τάπα πλήρωσης του κινητήρα..27 1.2.7 Ψυγείο λαδιού......28 1.2.8 Σύστημα ξηρού Κάρτερ...... 29 1
1.3 Διαδικασία λίπανσης........32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΛΙΠΑΝΤΙΚΑ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 2.1 Γενικά..34 2.2 Ιξώδες λιπαντικών....35 2.2.1 Ανάλυση ιξώδους...35 2.2.2 Συσκευή μέτρησης ιξώδους.. 36 2.3 Κατηγορίες λιπαντικών κατά SAE..37 2.4 Κατηγορίες λιπαντικών Μ.Ε.Κ....40 2.5 Ιδιότητες-χαρακτηριστικά λιπαντικών....41 2.6 Παραγωγή και επεξεργασία ορυκτελαίων. 42 2.6.1 Κατεργασίες με διαλύτες....42 2.6.2 Αποχρωματισμός....43 2.7 Χημικά πρόσθετα.. 44 2.7.1 Ορισμός και ιδιότητες.....44 2.7.2 Είδη χημικών πρόσθετων..44 2.8 Συνθετικά λιπαντικά.. 46 2.9 Συμβολισμοί λιπαντικών.. 47 2.9.1 Λιπαντικά βενζινοκινητήρων..47 2.9.2 Λιπαντικά πετρελαιοκινητήρων.48 2.10 Τι σημαίνουν τα αναγραφόμενα στη συσκευασία.....48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΚΑΙ ΒΛΑΒΕΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 3.1 Γενικά..50 3.2 Όργανα ελέγχου....50 3.2.1 Πιεσόμετρο λαδιού.. 51 3.2.2 Ηλεκτρικό πιεσόμετρο λαδιού... 51 3.2.3 Ενδεικτική λυχνία....51 2
3.3 Βλάβες του συστήματος λίπανσης.52 3.3.1 Βλάβες του συστήματος εξαερισμού 52 3.3.2 Υπερκατανάλωση λιπαντικού μέσου...53 3.3.3 Πίεση λιπαντικού μέσου....55 3.3.4 Λίπανση και φθορά βαλβίδων..57 3.3.5 Βλάβες της αντλίας λαδιού...58 3.3.6 Βλάβες φίλτρου λαδιού.....59 3.4 Έλεγχος και συντήρηση συστήματος. 60 3.5 Εξαερισμός του κινητήρα.....61 ΕΠΙΛΟΓΟΣ....63 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 64 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα Ε.1 Ξηρά τριβή..8 Εικόνα Ε.2 Μικτή τριβή 9 Εικόνα Ε.3 Υγρή τριβή 10 Εικόνα Ε.4 Τριβέας κύλισης (ρουλεμάν).10 Εικόνα Ε.5 Παραδείγματα τριβόμενων επιφανειών 11 Εικόνα Ε.6 Ροή λιπαντικού υπό πίεση 14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ Εικόνα 1.1 Ελαιολεκάνη (κάρτερ).17 Εικόνα 1.2 Αντλία οδόντωσης..18 Εικόνα 1.3 Οδοντωτή αντλία με κινητήριο τροχό εσωτερικής οδόντωσης 18 Εικόνα 1.4 Πτερυγωτή αντλία...19 3
Εικόνα 1.5 Αντλία έκκεντρου.20 Εικόνα 1.6 Ανακουφιστική βαλβίδα με ελατήριο 20 Εικόνα 1.7 Τυπική συσκευή φίλτρου λαδιού..22 Εικόνα 1.8 Φίλτρο πλήρους ροής 24 Εικόνα 1.9 Φίλτρο φυγόκεντρου τύπου..25 Εικόνα 1.10 Ανταλλάξιμα φίλτρα.26 Εικόνα 1.11 Βαλβίδα ανακύκλωσης αναθυμιάσεων 27 Εικόνα 1.12 Τάπα πλήρωσης του κινητήρα..27 Εικόνα 1.13 Ψυγείο λαδιού με αέρα 28 Εικόνα 1.14 Τύπος ψύξης με ψυκτικό μέσο..29 Εικόνα 1.15 Παρουσιάζεται χαρακτηριστικά η ξεχωριστή δεξαμενή στο σύστημα ξηρού κάρτερ 30 Εικόνα 1.16 Περιγραφή της ροής του λιπαντικού στον κινητήρα 32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΛΙΠΑΝΤΙΚΑ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Εικόνα 2.1 Συσκευή μέτρησης ιξώδους τύπου ΗΜ 134...37 Εικόνα 2.2 Παρουσίαση χρησιμοποίησης των λιπαντικών ανάλογα με το ιξώδες τους 38 Εικόνα 2.3 Σχέσεις αριθμών SAE και τιμών ιξώδους 39 Εικόνα 2.4 Ενδεικτικές θερμοκρασίες για κάθε SAE.39 Εικόνα 2.5 Απεικόνιση χαρακτηριστικών του λαδιού.49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΚΑΙ ΒΛΑΒΕΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Εικόνα 3.1 Όργανα ελέγχου..51 Εικόνα 3.2 Ενδεικτική λυχνία 52 Εικόνα 3.3 βαλβίδες και δακτύλιοι στεγάνωσης 57 Εικόνα 3.4 Βουλωμένο φίλτρο λαδιού 60 4
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Εισαγωγικά, γίνεται μια ιστορική αναδρομή για τα λιπαντικά των κινητήρων. Στη συνέχεια, αναφέρονται τα είδη τριβής καθώς και η σχέση τριβής-λίπανσης και τελειώνοντας την εισαγωγή επισημαίνεται η αναγκαιότητα και ο σκοπός της λίπανσης και οι μέθοδοί της. Έπειτα, στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται επεξήγηση του συστήματος λίπανσης και του τρόπου λειτουργίας του. Ακόμα, αναλύονται εκτενώς τα βασικά εξαρτήματα που το απαρτίζουν. Στο δεύτερο κεφάλαιο ακολουθεί αναφορά στη σχέση ιξώδουςλιπαντικού, υπογραμμίζεται η σπουδαιότητα της σωστής επιλογής του λιπαντικού και παρουσιάζονται οι κατηγορίες των λιπαντικών με τη βοήθεια πινάκων. Εντοπίζονται ακόμα οι επιθυμητές ιδιότητες που θα πρέπει να έχει ένα λιπαντικό, γίνεται αναφορά στην επεξεργασία που πραγματοποιείται για την παραγωγή των λιπαντικών, καθώς και των διάφορων χημικών πρόσθετων και του ρόλου τους. Στη συνέχεια, γίνεται διάκριση των κατηγοριών των λιπαντικών. Τέλος, το τρίτο κεφάλαιο αφορά τη συντήρηση που απαιτεί το σύστημα λίπανσης για τη σωστή λειτουργία του, τα όργανα ελέγχου που είναι διαθέσιμα για την ενημέρωση της λειτουργίας του συστήματος και τις βλάβες που προκύπτουν σε περίπτωση που δε πραγματοποιείται η κατάλληλη συντήρηση, αλλά και ο τρόπος αντιμετώπισής τους. 5
ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 Ιστορική ανασκόπηση Ε1.1 Λιπαντικά Mόλις στα 1930 η τεχνολογία των λιπαντικών άρχισε ν' ανακαλύπτει τα πρόσθετα. Μέχρι τότε, οι βελτιώσεις των λιπαντικών περιλάμβαναν την απομάκρυνση ανεπιθύμητων συστατικών με διάφορες διαδικασίες διύλισης, διήθησης, εκλεκτικής διάλυσης κ.λπ. Οι πρώτες μάλιστα τεχνικές ήταν η κατάψυξη των λιπαντικών για να φύγουν τα κηρώδη συστατικά (βαζελίνη κ.λπ), η επεξεργασία με θειικό οξύ και καυστικό νάτριο, και η διήθηση με απορροφητική άργιλο. Η επεξεργασία με οξέα αντικαταστάθηκε γρήγορα από την επεξεργασία με διάφορους διαλύτες. Η πρώτη κατηγορία προσθέτων στα λιπαντικά είναι τα αντιοξειδωτικά. Από το 1930 και μετά, τα περισσότερα πρόσθετα είχαν σκοπό να «δυναμώσουν» τα λιπαντικά. Η Exxon στα 1934 παρουσίασε τη δεύτερη μεγάλη κατηγορία πρόσθετων: τα βελτιωτικά του δείκτη ιξώδους. Το μεγάλο βήμα στα πρόσθετα αυτής της κατηγορίας έγινε στη δεκαετία του '50, με την παραγωγή των λεγόμενων multigrade (πολλαπλού δείκτη ιξώδους), όπως το SAE 10W30 που συνδυάζουν πολύ καλά χαρακτηριστικά ροής σε χαμηλές θερμοκρασίες και διατηρούν καλό δείκτη ιξώδους σε ψηλές θερμοκρασίες. Το 1930 η Caterpillar κατασκεύασε καινούριους κινητήρες Diesel που παρουσίασαν σοβαρά προβλήματα στα έμβολά τους. Η αίτια ήταν τα κατάλοιπα της καύσης του πετρελαίου που έμεναν πάνω στα έμβολα και προκαλούσαν τα προβλήματα, κυρίως, αχρήστευσή τους. Έτσι προέκυψε η ανάγκη εύρεσης λιπαντικών που να βοηθήσουν να μην παραμένουν τα σωματίδια του άνθρακα πάνω στα έμβολα. Αυτό αποτέλεσε την έναρξη της παραγωγής της τρίτης κατηγορίας πρόσθετων: τα καθαριστικά που εξυπηρέτησαν πολύ τους κινητήρες ντίζελ και τους βενζινοκινητήρες με υψηλή απόδοση ή αυτούς που εργάζονταν σε υψηλούς ρυθμούς περιστροφής, με μεγάλα φορτία ή σε ψηλές 6
θερμοκρασίες. Τα επόμενα χρόνια ανοίχτηκαν νέοι καρποφόροι ορίζοντες στην έρευνα που οδήγησε σε άλλους τύπους καθαριστικών, που δεν ευνοούσαν το σχηματισμό ιζημάτων αντίθεση με τα καθαριστικά. Έτσι, τα σημερινά λάδια περιέχουν και τους δύο τύπους καθαριστικών. Τα πιο συνηθισμένα όμως πρόσθετα που χρησιμοποιούνται και σήμερα αποτελούνται από ενώσεις που σχηματίζουν προστατευτικές επιφάνειες πάνω στα έδρανα και επιπρόσθετα δρουν σαν αντιοξειδωτικό για τη μείωση των σχηματιζόμενων υπεροξειδίων. Οι ενώσεις αυτές δρουν αποτελεσματικά σαν παράγοντες προστασίας σε επιφάνειες τριβής σε υψηλό φορτίο, όπως οι λοβοί του εκκεντροφόρου και τα ωστήρια των βαλβίδων. Οι εταιρίες λιπαντικών δεν σταμάτησαν εδώ και νέα πρόσθετα (φωσφόρου, θείου, χλωρίου) εξελίχτηκαν. Προσεκτικός έλεγχος της χημικής δραστηριότητας των νέων αυτών συνδυασμών μιγμάτων οδήγησαν στη σημερινή μορφή τα λάδια των συστημάτων μετάδοσης. Ε.2 Τριβή και λίπανση Ε2.1 Γενικά Ως γνωστόν, οι Μ.Ε.Κ. αποτελούνται από μεταλλικά εξαρτήματα, που τρίβονται μεταξύ τους, παράγοντας έτσι θερμότητα με κίνδυνο να λιώσουν τα μέταλλα, να κολλήσουν οι τριβόμενες επιφάνειες και να δημιουργηθούν φθορές. Για να αποφευχθεί αυτό το ανεπιθύμητο αποτέλεσμα, έπρεπε να μειωθεί κατά το δυνατόν η τριβή, δηλαδή η αντίσταση που παρουσιάζεται μεταξύ των επιφανειών που βρίσκονται σε επαφή. Η τριβή εξαρτάται από το υλικό των τριβόμενων επιφανειών, το βαθμό λείανσής τους και την ασκούμενη μεταξύ τους πίεση. Η μείωση της τριβής επιτυγχάνεται με τη λίπανση. Λίπανση είναι η λειτουργία της παρεμβολής λιπαντικού μεταξύ κινούμενων επιφανειών, με σκοπό τη μείωση της τριβής τους και την ελάττωση της θερμότητας η οποία παράγεται εξαιτίας της. 7
Ε.2.2 Είδη τριβής ολίσθησης και κύλισης Α. Τριβή ολίσθησης Όταν δύο στερεά σώματα ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο, πχ έμβολο και κύλινδρος, τότε αναπτύσσεται τριβή. Αυτή είναι ανάλογη με την πίεση που ασκείται μεταξύ τους και την επιφάνεια του καθενός. Δηλαδή, όσο ισχυρότερα το ένα σώμα πιέζει το άλλο, τόσο μεγαλύτερη είναι η μεταξύ τους τριβή. Αντίστοιχα, όσο πιο τραχιές είναι οι επιφάνειες επαφής, τόσο μεγαλώνει και το μέγεθος της τριβής. Παρατηρώντας τις επιφάνειες ενός σώματος σε μεγέθυνση, γίνεται αντιληπτό ότι παρά τη λεπτή επεξεργασία τους υπάρχουν προεξοχές και κοιλώματα, τα οποία δίνουν στο σώμα την επιφανειακή του τραχύτητα. Α.1 Ξηρά τριβή (εικόνα Ε.1) Αυτό το είδος τριβής προκύπτει από την απευθείας τριβή δύο ολισθαινόντων τμημάτων. Στις προεξοχές, λόγω τριβής εμφανίζονται μεγάλες θερμοκρασίες. Στις θέσεις αυτές εμφανίζεται και η συγκόλληση των υλικών μεταξύ τους και η αποκόλληση κατόπιν. Το φαινόμενο αυτό επαναλαμβάνεται συνεχώς, οδηγώντας μέσω μεγάλων θερμοκρασιών σε ισχυρές φθορές. Εικόνα Ε.1 Ξηρά τριβή 8
Υπάρχουν υλικά, τα οποία ολισθαίνουν μεταξύ τους με μικρή τριβή και άλλα στην κίνηση των οποίων εμφανίζεται ισχυρή τριβή. Για το λόγο αυτό, τα έδρανα που κατασκευάζονται για χαλύβδινους άξονες, είναι από κράματα χαλκού ή κράματα αλουμινίου ή κράματα μολύβδου-κασσίτερου (λευκό μέταλλο). Επίσης, καλής ποιότητας έδρανα είναι και εκείνα που γίνονται από χυτοσίδηρο, όπως για παράδειγμα τους οδηγούς βαλβίδων. Συνοπτικά λοιπόν για να γίνει απόσβεση των αποτελεσμάτων της ξηράς τριβής, θα πρέπει να γίνει καλή λίπανση. Α.2 Μικτή τριβή (εικόνα Ε.2) Αναπτύσσεται σε εκείνα τα σημεία, όπου παρά το γεγονός του ότι έχουν λιπανθεί, παραμένει η ύπαρξη θέσεων μεταλλικής επαφής διότι δεν έχει διαμορφωθεί ακόμη μία συνεκτική στιβάδα λαδιού (φιλμ λαδιού), όπως κατά την εκκίνηση ή σε μια παλινδρομική κίνηση. Εικόνα Ε.2 Μικτή τριβή Α.3 Υγρή τριβή (τριβή υγρών) (εικόνα Ε.3) Ο λόγος για τον οποίον αναπτύσσεται, είναι γιατί η στιβάδα του λαδιού η οποία προσφύεται πχ στο μέταλλο του εδράνου, εισχωρεί στη στιβάδα του λαδιού που βρίσκεται στον άξονα. Έτσι αναπτύσσεται τριβή μόνο μεταξύ των μορίων του υγρού. Αυτή η τριβή όμως είναι μικρή, με αποτέλεσμα η φθορά και η θερμοκρασία στα έδρανα να είναι και αυτές μικρές. 9
Κατά την περιστροφική της κίνηση, η άτρακτος συμπαρασύρει το λάδι στη διεύθυνση περιστροφής. Έτσι σχηματίζεται κάτω από τον άξονα μία σφήνα λαδιού η οποία ανυψώνει τον άξονα. Στη στενότερη θέση μεταξύ εδράνου και άξονα επικρατεί η μέγιστη πίεση ή αλλιώς παρουσιάζεται έξαρση πίεσης. Αν εκεί διακοπεί το φιλμ του λαδιού πχ από ένα αυλάκι για λάδι, τότε θα «πέσει» ο άξονας πάνω στο έδρανο, πράγμα που θα οδηγήσει σε μεγάλη φθορά. Εικόνα Ε.3 Υγρή τριβή Β. Τριβή κύλισης (εικόνα Ε.4) Εικόνα Ε.4 Τριβέας κύλισης (ρουλεμάν) Για τα ρουλεμάν αυτό που παίζει ρόλο είναι η τριβή κύλισης. Η τριβή κύλισης εμφανίζεται όταν δύο ελαστικά σώματα (πχ από χάλυβα) κυλίονται το ένα πάνω 10
στο άλλο. Δια μέσου της ελαστικής παραμόρφωσης δημιουργείται από το θεωρητικό σημείο επαφής ή τη γραμμή επαφής μια επιφανειακή επαφή, η οποία μάλιστα στην ελεύθερη κύλιση δυο σωμάτων μεταξύ τροχιών οδήγησης δίνει ένα ποσοστό ολίσθησης. Ε.3 Στόχοι της λίπανσης Το σύστημα λίπανσης, όπως προαναφέρθηκε, είναι σχεδιασμένο να παρέχει αρκετή ποσότητα λαδιού στα μέρη του κινητήρα που κινούνται και λειτουργούν κάτω από υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες. Το λάδι διοχετεύεται με την πίεση της αντλίας στα περισσότερα μέρη του κινητήρα, μειώνοντας την τριβή, την υπερθέρμανση και κατ επέκταση τη φθορά του κινητήρα. Εικόνα Ε.5 Παραδείγματα τριβόμενων επιφανειών Τα κυριότερα σημεία τριβής του κινητήρα που χρειάζονται λίπανση είναι τα εξής (εικόνα Ε.5): Έμβολο-κύλινδρος, έμβολο-πίρος, διωστήρας-πίρος, στροφαλοφόρος άξονας-τριβέας βάσεων, εκκεντροφόρος άξονας-τριβέας, στελέχη βαλβίδων-οδηγοί βαλβίδων και διωστήρων και τα γρανάζια χρονισμού. 11
Στόχοι της λίπανσης είναι οι παρακάτω: Η ελάττωση των τριβών μεταξύ των τριβόμενων επιφανειών για τον περιορισμό των φθορών και των βλαβών. Γιατί σχηματίζεται ανάμεσά τους μία προστατευτική μεμβράνη, η οποία δημιουργείται από: 1. Το λάδι που παραμένει στις επιφάνειες, εξαιτίας της χημικής συνάφειας μεταξύ μετάλλου-λιπαντικού 2. Την πίεση που ασκείται στο λάδι από την αντλία λαδιού. Έτσι η τριβή μεταξύ των δύο τριβόμενων επιφανειών μεταβάλλεται σε τριβή μεταξύ των μορίων του λιπαντικού, με αποτέλεσμα να απορροφάται λιγότερη ενέργεια για την μετακίνηση των τριβόμενων επιφανειών. Με αυτό τον τρόπο παράγεται λιγότερη θερμότητα και μειώνονται οι φθορές μεταξύ των επιφανειών τους. Η ψύξη των τριβόμενων επιφανειών, με την απαγωγή της θερμότητας. Για την προστασία εκείνων των τμημάτων του κινητήρα από υπερθέρμανση τα οποία δε μπορούν να μεταδώσουν τη θερμότητα τους κατευθείαν στο υγρό ή στον αέρα ψύξης. Συγκεκριμένα, το λιπαντικό ψύχει τα κουζινέτα του στροφαλοφόρου και εκκεντροφόρου άξονα, τα έμβολα και τους κυλίνδρους, γιατί απαγάγει κάποιο ποσό θερμότητας τόσο από τις βαλβίδες, όσο και από τα έμβολα και τους κυλίνδρους. Η στεγανοποίηση του εμβόλου σε σχέση με τον κύλινδρο και παρεμπόδιση των αερίων να περάσουν στο στροφαλοθάλαμο. Η στεγανοποίηση αυτή επιτυγχάνεται με τη δημιουργία μιας προστατευτικής μεμβράνης στα διάκενα μεταξύ εμβόλων-κυλίνδρων και ελατηρίων-κυλίνδρων. Η απορρόφηση των θορύβων από τις δυνάμεις της κρούσης, γιατί η στρώση του λαδιού δεν επιτρέπει την ανάπτυξη θορύβων και ταλαντώσεων. Η καταστολή της δημιουργίας οξείδωσης και διάβρωσης στα μεταλλικά εξαρτήματα του κινητήρα. Ο καθαρισμός των λιπαινόμενων επιφανειών, καθώς το λάδι που κυκλοφορεί φιλτράρεται συνεχώς, ενώ παράλληλα μεταφέρει τις διάφορες ακαθαρσίες στα φίλτρα του συστήματος. 12
Ε.4 Μέθοδοι λίπανσης Οι σκοποί της λίπανσης επιτυγχάνονται με διάφορες μεθόδους ή συστήματα λίπανσης που επιλέγει ο κάθε κατασκευαστής μεμονωμένα ή συνδυαστικά, κυριότερες από τις οποίες είναι: Λίπανση με εμβάπτιση και εκτίναξη λαδιού Λίπανση με κυκλοφορία των ατμών του λαδιού (αναθυμιάσεις) Λίπανση με κυκλοφορία λαδιού υπό πίεση Σύνθετο σύστημα Ε.4.1.Λίπανση με εμβάπτιση και εκτίναξη λαδιού Στη συγκεκριμένη μέθοδο, το λιπαντικό εκτοξεύεται από την ελαιολεκάνη (κάρτερ) προς τα εξαρτήματα. Η εκτόξευση γίνεται με την περιστροφή και το βούτηγμα των κομβίων, των αντίβαρων του στροφαλοφόρου άξονα και κυρίως των διωστήρων, που φέρουν και ειδικές προεξοχές (κουτάλα) οι οποίες εμβαπτίζονται μέσα στο λάδι του κάρτερ παρασύροντας μια μικρή ποσότητα που εκτινάσσει στα τοιχώματα της κινητήρα. Κατ αυτό τον τρόπο γίνεται η λίπανση του κυλίνδρου και του πείρου του εμβόλου. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται σε μικρούς δίχρονους κινητήρες και είναι απλή αλλά απαρχαιωμένη, καθώς δεν εφαρμόζεται εκτεταμένα σήμερα. Ε.4.2 Λίπανση με κυκλοφορία των ατμών του λαδιού Η μέθοδος αυτή δε χρησιμοποιείται ποτέ ως το αποκλειστικό σύστημα λίπανσης των ΜΕΚ. Εδώ πραγματοποιείται εξάτμιση του λιπαντικού και η κυκλοφορία του στις τριβόμενες επιφάνειες. 13
Ε.4.3 Λίπανση με κυκλοφορία λαδιού υπό πίεση Η αντλία λαδιού αναρροφά λάδι από το κάρτερ της ΜΕΚ και με τη βοήθεια οδοντωτών τροχών αποστέλλεται στο φίλτρο υπό πίεση και στις αναγκαίες ποσότητες σε όλα τα κινούμενα μέρη της μηχανής (εικόνα Ε.6). Για την ακρίβεια, το λάδι στέλνεται υπό πίεση τόσο στα κουζινέτα του στροφαλοφόρου και εκκεντροφόρου άξονα, όσο και στον πείρο του εμβόλου δια μέσου σωληνοειδούς οπής της μπιέλας καθώς και στα ζύγωθρα σε περίπτωση ανεστραμμένων βαλβίδων. Εικόνα Ε.6 Ροή λιπαντικού υπό πίεση Στο σύστημα αυτό, ονομάζεται και σύστημα πλήρους κυκλοφορίας και χρησιμοποιεί και τις δύο προηγούμενες μεθόδους, της λίπανσης με εκτόξευση λαδιού και τις αναθυμιάσεις. 14
Ε.4.4 Σύνθετο σύστημα Μέρος της λίπανσης γίνεται με εκτόξευση πχ στο έμβολο και μέρος της λίπανσης γίνεται με κατάθλιψη πχ στους τριβείς. Είναι πιο βελτιωμένο από τη μέθοδο λίπανσης με εκτόξευση. Ε.5 Σημασία της λίπανσης στις ΜΕΚ Όταν μια επιφάνεια βρίσκεται σε κίνηση και σε επαφή με μια άλλη επιφάνεια, παράγεται θερμότητα. Οι Μ.Ε.Κ. αποτελούνται από μεταλλικά εξαρτήματα, τα οποία σε πολλές περιπτώσεις τρίβονται μεταξύ τους παράγοντας θερμότητα. Το γεγονός αυτό, μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές βλάβες του κινητήρα και σε φθορά του γενικά. Με σκοπό να αποφευχθεί αυτό το ανεπιθύμητο αποτέλεσμα, παρεμβάλλεται λιπαντικό ενδιάμεσα από τις κινούμενες επιφάνειες. Μεταβάλλεται έτσι η τριβή μεταξύ των μεταλλικών επιφανειών, σε τριβή μεταξύ των μορίων του λιπαντικού. Οι λειτουργίες των συστημάτων λίπανσης είναι καθοριστικής σημασίας για τη συντήρηση του κινητήρα, καθώς και την αποδοτικότητά του. Βασική προϋπόθεση για το παραπάνω αποτελεί η επιλογή του κατάλληλου λιπαντικού σύμφωνα με τους κατασκευαστές, αλλά και λαμβάνοντας υπόψη τις επικρατούσες θερμοκρασίες. Μια σειρά μεταλλικών κυρίως εξαρτημάτων που απαρτίζουν τον κινητήρα, τα οποία θα αναλυθούν στο επόμενο κεφάλαιο, χρήζουν λιπάνσεως. 15
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ 1.1 Γενικά Όπως προαναφέρθηκε, ο κινητήρας απαρτίζεται από μεταλλικά κυρίως στοιχεία που έρχονται σε επαφή μεταξύ τους και χρειάζονται λίπανση. Τα βασικά εξαρτήματα του συστήματος λίπανσης είναι τα εξής: Το κάρτερ ή ελαιολεκάνη, είναι μια δεξαμενή όπου αποθηκεύεται το λάδι. Η αντλία λαδιού, η οποία αναρροφά το λάδι από το κάρτερ και το μοιράζει στα μπεκ ψεκασμού του και στις σωληνώσεις παροχής. Η αντλία παίρνει κίνηση από τον στροφαλοφόρο άξονα μέσω αλυσίδας. Το φίλτρο λαδιού, που κατακρατά τις ακαθαρσίες και τα κατάλοιπα της καύσης. Η βαλβίδα ανακύκλωσης αναθυμιάσεων, η οποία χρησιμεύει σε περίπτωση που η πίεση των ατμών του λιπαντικού ξεπεράσει το επιτρεπόμενο όριο. Η τάπα πλήρωσης του κινητήρα με λάδι. Το ψυγείο λαδιού ή και το σύστημα ξηρού κάρτερ που χρησιμοποιούν αυτοκίνητα κυρίως μεγάλου κυβισμού 1.2 Περιγραφή των τμημάτων του συστήματος 1.2.1 Δεξαμενές λαδιού (κάρτερ) Οι δεξαμενές λαδιού ή κάρτερ (εικόνα 1.1) όπως λέγονται, είναι κατασκευασμένες από λαμαρίνα ή από κράμα αλουμινίου, οπότε εξωτερικά έχουν πτερυγώσεις για να ψύχεται με το βέλτιστο τρόπο το λάδι της μηχανής. Το κάρτερ δένεται κάτω από τον κορμό της μηχανής και η στεγανότητα μεταξύ κορμού και κάρτερ επιτυγχάνεται με φλάντζα, συνήθως από φελλό. 16
Εικόνα 1.1 Ελαιολεκάνη (κάρτερ) 1.2.2 Αντλίες λαδιού Η αντλία λαδιού κινείται συνήθως από το στροφαλοφόρο άξονα και αναρροφά λάδι από το κάρτερ του κινητήρα και το καταθλίβει με πίεση συνήθως 3 ως 5 kp/cm 2 στα διάφορα τριβόμενα στοιχεία του κινητήρα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αντλιών οι οποίοι είναι οι εξής : Α. Αντλίες οδόντωσης Ο τύπος αυτός (εικόνα 1.2) είναι πολύ συνηθισμένος και περιλαμβάνει δυο οδοντωτούς τροχούς, οι οποίοι περιστρέφονται εντός ενός κλειστού περιβλήματος. Ο ένας τροχός κινείται από τον εκκεντροφόρο άξονα και κινεί τον άλλο τροχό καθώς βρίσκονται σε συνεχή αλληλεπαφή. Το λάδι «τραβιέται» από τη λεκάνη ελαίου από τη μια πλευρά του περιβλήματος και κάθε οδοντωτός τροχός παγιδεύει μια μικρή ποσότητα ελαίου μεταξύ των δοντιών του και του περιβλήματος κατά τη διάρκεια της λειτουργίας. Το λιπαντικό εγκαταλείπει την αντλία από το πέρασμα εξόδου της υπό 17
πίεση αντλίας και οδηγείται στο σύστημα λίπανσης. Αυτός ο τύπος αντλίας είναι απλός και αποτελεσματικός, αλλά επηρεάζεται η λειτουργία του από την πολύ μικρή απόσταση εφαρμογής των οδοντωτών τροχών με το περίβλημα. Εικόνα 1.2 Αντλία οδόντωσης Ένα άλλο είδος αυτού του τύπου αντλίας είναι ένας οδοντωτός τροχός να έχει εσωτερική οδόντωση (εικόνα 1.3). Ο τρόπος λειτουργίας της αντλίας και στις δυο περιπτώσεις είναι ο ίδιος. Εικόνα 1.3 Οδοντωτή αντλία με κινητήριο τροχό εσωτερικής οδόντωσης. Β. Πτερυγωτή αντλία Η αντλία αυτή αποτελείται από ένα στροφείο και ένα κυλινδρικό κέλυφος 18
(εικόνα 1.4). Το στροφείο περιστρέφεται γύρω από το κέντρο, που βρίσκεται σε παράκεντρη θέση σε σχέση με το κέντρο του κυλινδρικού κελύφους. Το στροφείο αυτό φέρει ακτινικούς αύλακες, μέσα στους οποίους υπάρχει ένα μεταλλικό έλασμα. Καθώς περιστρέφεται το στροφείο, αναπτύσσεται φυγόκεντρος δύναμη, με αποτέλεσμα να μετακινούνται τα μεταλλικά ελάσματα προς την περιφέρεια τόσο, όσο τους επιτρέπει το κέλυφος της αντλίας. Έτσι ο χώρος μεταξύ στροφείου και ελάσματος γίνεται προοδευτικά μεγαλύτερος και δημιουργείται κενό. Με αυτόν τον τρόπο το λιπαντικό εισέρχεται από τον αυλό εισαγωγής και μεταφέρεται μεταξύ των τμημάτων των στρεφόμενων πτερυγίων και του περιβλήματος. Το έλαιο εγκαταλείπει την αντλία από τον αυλό εξαγωγής υπό την πίεση αντλίας. Εικόνα 1.4 Πτερυγωτή αντλία Γ. Αντλία έκκεντρου Αυτός ο τύπος της αντλίας (εικόνα 1.5) συνήθως περιλαμβάνει έναν πολυλοβοειδή ρότορα εκκεντρικά τοποθετημένο εντός ενός δακτυλίου που παρέχει εσωτερικούς λοβούς ώστε να συνεργάζεται με τον ρότορα. Ο δακτύλιος έχει συνήθως έναν παραπάνω λοβό από το ρότορα. Ο δακτύλιος περιστρέφεται μέσα στην κυκλική οπή του περιβλήματος της αντλίας. Η διαδικασία άντλησης πραγματοποιείται με την προοδευτική αύξηση και μείωση του διάκενου μεταξύ κάθε ζεύγους λοβών καθώς περιστρέφονται. Η αντλία αυτή κινείται είτε από την στροφαλοφόρο άτρακτο είτε από τον εκκεντροφόρο άξονα. 19
Εικόνα 1.5 Αντλία έκκεντρου 1.2.3 Ανακουφιστική βαλβίδα Εικόνα 1.6 Ανακουφιστική βαλβίδα με ελατήριο Οι αντλίες λαδιού είναι σχεδιασμένες να παρέχουν μια συγκεκριμένη ποσότητα ελαίου σε προκαθορισμένη πίεση κατά τη διάρκεια λειτουργίας του κινητήρα στο ρελαντί. Σε υψηλότερες, όμως, ταχύτητες, η πίεση παροχής της αντλίας είναι υπερβολικά υψηλή. Σε αυτήν την περίπτωση χρειάζεται ένα μέσο, ώστε να «ανακουφιστεί» κάποια από αυτή την πίεση για να αποφευχθεί η υπερβολική κατανάλωση λιπαντικού, αλλά και ζημιές στη στεγανότητα και στα έδρανα. 20
Η ανακούφιση της πίεσης επιτυγχάνεται με τη χρήση της ανακουφιστικής βαλβίδας (εικόνα 1.6), η οποία είναι ενσωματωμένη στο σύστημα. Πιο συγκεκριμένα, είτε στο πάνω μέρος της αντλίας είτε στη βάση του φίλτρου. Το σύστημα της βαλβίδας αποτελείται από μια μπάλα ή ένα έμβολο το οποίο «κάθεται» επάνω σε ένα ελατήριο, ενώ το όλο σύστημα βρίσκεται μέσα σε ένα περίβλημα το οποίο είναι συνδεδεμένο στον κεντρικό τροφοδότη από την αντλία νερού. Η βαλβίδα λειτουργεί ως εξής: Όταν ο κινητήρας δεν βρίσκεται σε κατάσταση λειτουργίας, το ελατήριο κρατάει τη βαλβίδα κλειστή, δηλαδή τη σφαίρα στη θέση της. Κατά την εκκίνηση του κινητήρα, η βαλβίδα παραμένει κλειστή. Σε αυτήν τη φάση, παρατηρείται υψηλή πίεση, όταν το λάδι έχει σχετικά μικτή ρευστότητα ή όταν οι ανοχές τους τριβείς των εδράνων (κουζινέτα) είναι μικρές ή όταν οι αγωγοί του λιπαντικού μέσου είναι φραγμένοι. Σε μερικές περιπτώσεις όμως, ανάλογα με την πίεση του λαδιού (ελαίου) και την τάση του ελατηρίου, η βαλβίδα ανοίγει ελαφρώς. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα και η πίεση του λαδιού, η βαλβίδα ανοίγει περισσότερο και το επιπλέον λάδι περνάει μέσω ενός βοηθητικού αγωγού στην ελαιολεκάνη. Η σωστή φόρτιση του ελατηρίου γίνεται με τη χρήση ενός ρυθμιστικού κοχλία και ενός ασφαλιστικού περικοχλίου. Εάν ο κοχλίας είναι στραμμένος προς τα μέσα, η πίεση που ασκείται στο ελατήριο αυξάνεται, οπότε απαιτείται υψηλότερη πίεση του λαδιού. Στρέφοντας λοιπόν, τον κοχλία προς τα έξω η ασκούμενη πίεση στο ελατήριο μειώνεται, οπότε η βαλβίδα μετακινείται από τη θέση της με χαμηλότερη πίεση λιπαντικού ελαίου. 1.2.4 Φίλτρα λαδιού Το φίλτρο (εικόνα 1.7) τοποθετείται στο εξωτερικό μέρος του κινητήρα, δηλαδή μετά την αντλία στον κεντρικό αγωγό παροχής, για να είναι εύκολη η αντικατάστασή του στο σέρβις. Σκοπός του είναι το φιλτράρισμα μέρους ή ολόκληρης της ποσότητας του λαδιού και η συγκέντρωση και παρακράτηση πάσης φύσεως ξένων σωματιδίων και ακαθαρσιών, καθώς και των υπολοίπων 21
της καύσης που μεταφέρει το λιπαντικό μέσο από τα διάφορα μέρη του κινητήρα. Η αποτελεσματικότητα της παραπάνω διαδικασίας είναι ουσιαστική για όλους τους κινητήρες. Στα σημερινά αυτοκίνητα τα φίλτρα είναι μιας χρήσης και αντικαθίστανται ολόκληρα. Εικόνα 1.7 Τυπική συσκευή φίλτρου λαδιού Τα στοιχεία από τα οποία μπορεί να αποτελείται ένα φίλτρο αέρα είναι από τέσσερα διαφορετικά υλικά. Καταρχάς υπάρχουν τα λεγόμενα χάρτινα φίλτρα που είναι φτηνά και αποτελεσματικά. Αυτός είναι και ο κύριος λόγος γιατί τα χρησιμοποιούν τα αυτοκίνητα παραγωγής, αν και δεν έχουν maximum απόδοση και δεν καθαρίζονται. Άλλη κατηγορία φίλτρων είναι τα φίλτρα γάζας που είναι τα πιο κοινά aftermarket φίλτρα. Φιλτράρουν καλύτερα τον εισερχόμενο αέρα και επιτρέπουν την καλύτερη ροή του. Ακόμα υπάρχει η δυνατότητα καθαρισμού τους και απαιτείται ψεκασμός με ένα ειδικό λάδι για να είναι ικανά να λειτουργήσουν σωστά. Τα φίλτρα από αφρώδες υλικό επιτρέπουν την εισαγωγή πολύ περισσότερου αέρα σε σχέση με το μέγεθός του σε σχέση με άλλα φίλτρα ίδιου μεγέθους αλλά το μειονέκτημά τους είναι ότι δεν φιλτράρουν τόσο αποδοτικά 22
τον αέρα λόγω των μεγάλων κενών που υπάρχουν ανάμεσα στον αφρό. Και σε αυτό τον τύπο φίλτρων υπάρχει δυνατότητα ψεκασμού με ειδικό σπρέι λαδιού αλλά δεν βοηθά τόσο όσο στα φίλτρα γάζας. Τέλος υπάρχουν και τα συρμάτινα φίλτρα που επιτρέπουν σαν τα αφρώδη φίλτρα μεγάλες ποσότητες αέρα αλλά δεν είναι τόσο αποδοτικά στην συγκράτηση σωματιδίων. Από την άλλη όμως είναι απλά και εύκολα στο καθάρισμα τους. Οι τύποι φίλτρων λαδιού με βάση τον τρόπο λειτουργίας τους είναι οι εξής: Α. Παρακαμπτήριο φίλτρο Το φίλτρο βρίσκεται τοποθετημένο μεταξύ του κυρίου κυκλώματος λιπαντικού και της ελαιολεκάνης (κάρτερ) και λαμβάνει μόνο μια μικρή ποσότητα ελαίου από την αντλία. Αφού φιλτραριστεί, το λιπαντικό επιστρέφει πίσω στην ελαιολεκάνη. Για τον έλεγχο της ποσότητας λιπαντικού που ρέει στη μονάδα χρησιμοποιείται ένα μικρό στόμιο μέτρησης στο σωλήνα τροφοδοσίας λαδιού προς το φίλτρο. Β. Φίλτρο πλήρους ροής Αυτός ο τύπος φίλτρου (εικόνα 1.8) τοποθετείται μεταξύ της αντλίας και του κυκλώματος λίπανσης και όλο το λιπαντικό από την αντλία διέρχεται μέσω του φίλτρου υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, προτού τροφοδοτηθεί μέσω του δικτύου προς τα έδρανα. Ο σχεδιασμός του πρέπει να είναι τέτοιος, ώστε να υπάρχει ισορροπία μεταξύ αποτελεσματικού καθαρισμού και ποσότητας ροής του λιπαντικού. Εάν το στοιχείο είναι φραγμένο, υπάρχει μια βαλβίδα ασφαλείας ή μια διαρρύθμιση με ελατήριο τοποθετημένο στη βάση του στοιχείου που επιτρέπει το αφιλτράριστο έλαιο να οδηγηθεί προς το κύκλωμα λίπανσης και τα έδρανα. 23
Εικόνα 1.8 Φίλτρο πλήρους ροής Το φίλτρο είναι σχεδιασμένο να παρέχει μικρή αντίσταση στη ροή λιπαντικού που το διαπερνά, καθώς βρίσκεται στην κύρια γραμμή τροφοδοσίας ελαίου και μια πτώση πίεσης θα προκαλούσε μια χαμηλότερη πίεση διοχέτευσης ελαίου στα έδρανα. Όμως το φιλτράρισμα ξένων ουσιών θα περιορίζεται σε μεγαλύτερα σωματίδια από αυτά που φιλτράρονται από το φίλτρο παράκαμψης. Γ. Φίλτρο φυγόκεντρου τύπου Είναι φίλτρα λαδιού που λειτουργούν με βάση τη φυγόκεντρο δύναμη (εικόνα 1.9). Ουσιαστικά αποτελούνται από ένα κέλυφος και ένα δρομέα, ο οποίος περιστρέφεται μέσα στο κέλυφος. Το λάδι, το οποίο διακλαδίζεται από το κύριο ρεύμα προς ένα παράλληλο αγωγό, ρέει από το κάτω μέρος μέσα στη συσκευή και μέσω μίας κεντρικής κοίλης ατράκτου στο δρομέα. Από εκεί φθάνει σε πλάγιους σωλήνες, μέσω λεπτών πλεγμάτων. Στα άκρα των σωλήνων υπάρχουν τα ακροφύσια κίνησης. Με την έξοδο του λαδιού από τα ακροφύσια αναπτύσσονται δυνάμεις αντίδρασης, οι οποίες προκαλούν περιστροφή του 24
δρομέα. Με τις φυγοκεντρικές δυνάμεις εκτινάσσονται προς τα εσωτερικά τοιχώματα του δρομέα όλα τα ξένα σωματίδια που περιέχονται στο λάδι και επικάθονται εκεί σαν μία στοιβάδα ρύπων. Εικόνα 1.9 Φίλτρο φυγόκεντρου τύπου Αυτοί οι ρύποι πρέπει να απομακρύνονται στα προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα, ύστερα από συναρμολόγηση του φίλτρου. Ο φυγοκεντρικός μηχανισμός κινείται από το λάδι με πίεση από 2,5 bar έως 5 bar και με στροφές μεταξύ 3000 1/min και 8000 1/min. Τα φυγοκεντρικά φίλτρα πρέπει να συντηρούνται σε κάθε αλλαγή λαδιού. Φυγοκεντρικά φίλτρα όμοιας κατασκευής μπορούν να στερεωθούν στο στροφαλοφόρο άξονα ή να πάρουν κίνηση από αυτόν. Διάφορα είδη φίλτρων χρησιμοποιούνται συχνά σε συνδυασμούς. Η εκκένωση των αγωγών πίεσης, όταν δε λειτουργεί ο κινητήρας, παρεμποδίζεται από την αντλία λαδιού. Υπάρχουν περιπτώσεις που η βαλβίδα αντεπιστροφής τοποθετείται μετά την αντλία. Κάποια φίλτρα είναι σχεδιασμένα ώστε να επιτρέπουν την αφαίρεση των ξένων ουσιών κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της μονάδας, αλλά είναι πιο συνηθισμένα αυτά που καθαρίζονται όταν δεν βρίσκονται σε λειτουργία. 25
Επιπρόσθετα υπάρχουν και τα παρακάτω είδη φίλτρων : 1. Φίλτρα δισκοειδών πλεγμάτων Το στοιχείο του φίλτρου συνήθως είναι από πλέγματα φωσφορούχου ορείχαλκου, χρωμονικελιούχου χάλυβα ή από ύφασμα συνθετικών ινών. Η ικανότητά του περιορίζεται από το μέγεθος των ανοιγμάτων του πλέγματος. Η μορφή των πλεγμάτων είναι κυλινδρική (μανδύας πλέγματος), δισκοειδής (τύπου φυσαρμόνικα), ή αστεροειδής. Μπορούν γενικά να αφαιρεθούν και να καθαριστούν. Απομακρύνουν ξένα σωματίδια μεγέθους έως περίπου 0,03mm 2. Λεπτά φίλτρα Επιλέγονται έτσι, ώστε η διαπερατότητά τους να μην εμφανίζει μεγάλη αντίσταση στη ροή του λαδιού, αλλά και να γίνεται λεπτό φιλτράρισμα. Τα στοιχεία πρέπει να ανταλλάσσονται σύμφωνα με τις οδηγίες των κατασκευαστών. Τα φίλτρα κυρίου ρεύματος χρειάζονται ένα παρακαμπτήριο αγωγό με μια βαλβίδα παράκαμψης, η οποία ανοίγει όταν βουλώσει το φίλτρο ή όταν παρουσιάσει μεγάλη αντίσταση στη δίοδο του ψυχρού και παχύρευστου λαδιού. Τα φίλτρα είναι από χαρτί φίλτρων ή από ένα γέμισμα με ίνες. Τα λεπτά φίλτρα κατακρατούν σωματίδια έως 0,001 mm 3. Ανταλλάξιμα φίλτρα Εικόνα 1.10 Ανταλλάξιμα φίλτρα 26
Αυτά είναι λεπτά φίλτρα λαδιού λίπανσης (εικόνα 1.10). Αποτελούνται από ένα χαλύβδινο δοχείο με στεγανό κάλυμμα, μέσα στο οποίο βρίσκεται το στοιχείο του φίλτρου από εμποτισμένο χαρτί διπλωμένο αστεροειδώς, ή από ίνες ειδικού υλικού (τσόχα). Για λόγους ασφαλείας, συνήθως τοποθετείται και μία βαλβίδα παράκαμψης υπολογισμένη να ανοίγει στα 2 bar πίεση. 1.2.5 Βαλβίδα ανακύκλωσης αναθυμιάσεων Βρίσκεται στην κεφαλή του κινητήρα και έχει σκοπό να κατευθύνει τους ατμούς του λιπαντικού στην εισαγωγή του αέρα όταν η πίεσή τους ξεπεράσει κάποιο συγκεκριμένο όριο (εικόνα 1.11). Εικόνα 1.11 Βαλβίδα ανακύκλωσης αναθυμιάσεων 1.2.6 Τάπα πλήρωσης του κινητήρα Εικόνα 1.12 Τάπα πλήρωσης του κινητήρα 27
Είναι τοποθετημένη, στο επάνω μέρος της κεφαλής του κινητήρα. Από το σημείο αυτό αναπληρώνεται λάδι για τον κινητήρα (εικόνα 1.12). 1.2.7 Ψυγείο λαδιού Το ψυγείο λαδιού είναι απαραίτητο για κινητήρες μεγάλης ισχύος ή υψηλών αποδόσεων για να κρυώνει το λάδι κατά τη διάρκεια ακραίων συνθηκών λειτουργίας. Το ψυγείο είναι ξεχωριστό ή ενσωματωμένο στο ψυγείο νερού. Το λάδι συγκεντρώνεται στο ψυγείο μέσα στο οποίο κυκλοφορεί και το ψυκτικό υγρό. Η αρχή λειτουργίας του είναι όπως του ψυγείου νερού. Εξωτερικά δημιουργείται ρεύμα αέρα, ψύχει το ζεστό λάδι κι έτσι επιτυγχάνεται και η ψύξη του κινητήρα. Παρακάτω περιγράφονται οι τύποι ψυγείων λαδιού Α. Τύπος ψύξης με αέρα Εικόνα 1.13 Ψυγείο λαδιού με αέρα Το λιπαντικό έλαιο αντλείται από τη λεκάνη ελαίου, διέρχεται μέσα από 28
το ψυγείο και επιστρέφει πίσω στην ελαιολεκάνη. Μια ξεχωριστή λεκάνη ελαίου χρησιμοποιείται συνήθως για το σκοπό αυτό καθώς και το φίλτρο και η ανακουφιστική βαλβίδα είναι ενσωματωμένα στο κύκλωμα. Ο αέρας που περνάει από την εξωτερική πλευρά των πτερυγωτών σωλήνων του ψυγείου μειώνει τη θερμοκρασία ελαίου (εικόνα 1.13). Β. Τύπος ψύξης με ψυκτικό μέσο Μια ξεχωριστή λεκάνη ελαίου χρησιμοποιείται συνήθως για το σκοπό αυτό καθώς και το φίλτρο και η ανακουφιστική βαλβίδα είναι ενσωματωμένα στο κύκλωμα. Ο αέρας που περνάει από την εξωτερική πλευρά των πτερυγωτών σωλήνων του ψυγείου μειώνει τη θερμοκρασία ελαίου (εικόνα 1.14). Εικόνα 1.14 Τύπος ψύξης με ψυκτικό μέσο 1.2.8 Σύστημα ξηρού Κάρτερ Το ξηρό σύστημα λεκάνης ελαίου (κάρτερ) είναι ένα πολύ αποδοτικό σύστημα λίπανσης για κινητήρες εσωτερικής καύσης και χρησιμοποιείται κυρίως σε αγωνιστικούς κινητήρες. 29
Προκειμένου να υπάρξει μια καλή κατανόηση της ξηρής λεκάνης ελαίου, αρχικά θα εξετάσουμε το υγρό σύστημα λεκάνης ελαίου. Τα υγρά συστήματα λίπανσης ελαιολεκάνης χρησιμοποιούνται στο 99% των συμβατικών κινητήρων αυτοκινήτων. Χρησιμοποιείται μια συμβατική κοιλότητα αποθήκευσης ελαίου (oil pan) με μετρητή στάθμης, όπου αποθηκεύεται το λιπαντικό και παρέχεται στην αντλία ελαίου. Το λιπαντικό απορροφάται μέσω ενός σωλήνα από την αντλία ελαίου, όπου φιλτράρεται και παρέχεται στον κινητήρα υπό πίεση. Ενώ το σύστημα αυτό είναι επαρκές για καθημερινή χρήση, παρουσιάζει προβλήματα υπό συνθήκες αγώνων. Εκτός από το μέγεθος της κοιλότητας αποθήκευσης ελαίου, το λιπαντικό ωθείται στα τοιχώματα καθώς υφίσταται ισχυρές πλευρικές δυνάμεις και δυνάμεις επιτάχυνσης / επιβράδυνσης, οπότε το λιπαντικό απλά σέρνεται στις άκρες και μακριά από τον σωλήνα αναρρόφησης. Εκτός από τη προφανή απώλεια πίεσης, οδηγούμαστε επίσης και σε μείωση της ιπποδύναμης, καθώς επίσης και στον αερισμό του ελαίου. Αυτοί είναι οι λόγοι που αναπτύχθηκαν τα ξηρά συστήματα λεκάνης ελαίου. Εικόνα 1.15 Παρουσιάζεται χαρακτηριστικά η ξεχωριστή δεξαμενή στο σύστημα ξηρού κάρτερ. Ο κύριος σκοπός του ξηρού συστήματος λεκάνης ελαίου είναι να 30
αποθηκεύεται όλο το λιπαντικό σε μια ξεχωριστή δεξαμενή (εικόνα 1.15). Αυτή η δεξαμενή είναι συνήθως μακρόστενη και στρογγυλή ή στενή και ειδικά σχεδιασμένη με εσωτερικά διαφράγματα (ελάσματα) και μια έξοδο λιπαντικού (για ανεφοδιασμό) στο κατώτατο σημείο. Η αντλία ξηρού συστήματος λεκάνης ελαίου έχει τουλάχιστον 2 στάδια και πολλές φορές ακόμα και 5 ή και 6 στάδια. Το ένα στάδιο είναι για την πίεση και παρέχεται στο λιπαντικό από την κάτω πλευρά της δεξαμενής, και μαζί με ένα ρυθμιστή πίεσης παρέχει το λιπαντικό υπό πίεση μέσω ενός φίλτρου στον κινητήρα. Τα υπόλοιπα στάδια «καθαρίζουν» το λιπαντικό από την κοιλότητα αποθήκευσης ελαίου (oil pan) του ξηρού συστήματος λεκάνης ελαίου και επιστρέφουν το λιπαντικό (και τον αέρα) στη κορυφή της δεξαμενής. Ο ψυκτήρας λιπαντικού ελαίου τοποθετείται συνήθως ευθύγραμμα μεταξύ των εξόδων των «καθαριστών» και της δεξαμενής. Η αντλία ελαίου οδηγείται συνήθως από ένα ιμάντα χρονισμού με τροχαλίες, από το μέτωπο της στροφαλοφόρου ατράκτου και με τη μισή περίπου ταχύτητα περιστροφής του στροφάλου. Η αντλία ξηρής λεκάνης ελαίου σχεδιάζεται με πολλαπλά στάδια, για να εξασφαλίσει ότι όλο το λιπαντικό «καθαρίζεται» από την κοιλότητα αποθήκευσης ελαίου. Αυτό οδηγεί επίσης και στην αφαίρεση του υπερβολικού αέρα από τον στροφαλοθάλαμο (κάρτερ) και είναι ο λόγος που καλούνται «ξηρά συστήματα λεκάνης ελαίου», επισημαίνοντας ότι η κοιλότητα αποθήκευσης ελαίου είναι ουσιαστικά ξηρή. Η αυξημένη αξιοπιστία του κινητήρα λόγω της διατήρησης της πίεσης ελαίου που παρέχεται από το ξηρό σύστημα λεκάνης ελαίου είναι ο λόγος που εφευρέθηκαν τα ξηρά συστήματα. Τα άλλα οφέλη που αναφέρθηκαν νωρίτερα είναι: Πιο ρηχή κοιλότητα αποθήκευσης ελαίου, που επιτρέπει στον κινητήρα να βρίσκεται χαμηλότερα (χαμηλό κέντρο βάρους). Αύξηση ιπποδύναμης λόγω μικρότερου ιξώδους. Λιπαντικό χαμηλότερης θερμοκρασίας. Συμπερασματικά, το ξηρό σύστημα λεκάνης ελαίου προήλθε από την 31
ανάγκη να διατηρηθεί η πίεση ελαίου, και εξελίχθηκε σε ένα πολύ περίπλοκο σύστημα που αυξάνει την αξιοπιστία, την ιπποδύναμη, αλλά και επιτρέπει χαμηλότερο κέντρο βάρους. 1.3 Διαδικασία λίπανσης Εικόνα 1.16 Περιγραφή της ροής του λιπαντικού στον κινητήρα Η περιγραφή της διαδικασίας της λίπανση και της ροής του λαδιού στον κινητήρα είναι η παρακάτω: Η αντλία λαδιού της μηχανής (γραναζωτή ως συνήθως), κινείται στους πετρελαιοκινητήρες από το στροφαλοφόρο άξονα, ενώ στους βενζινοκινητήρες από τον εκκεντροφόρο άξονα. Μέσω ενός φίλτρου, η αντλία αναρροφά λάδι από την ελαιολεκάνη και το αποστέλλει μέσα από ένα μηχανικό φίλτρο από βαμβάκι στο ψυγείο του λαδιού, εφόσον υπάρχει, με πίεση 2-2.5 bar. Από εκεί διανέμεται με τις απαραίτητες σωληνώσεις από ένα γενικό καταθλιπτικό σωλήνα στα διάφορα μέρη του 32
κινητήρα. Έτσι οι τριβείς εδράνων θα λιπανθούν πρώτοι. Αφού λιπάνει τα κομβία τους, εισέρχεται μέσα στο στροφαλοφόρο άξονα, ο οποίος είναι διάτρητος, και φθάνει στους τριβείς των ποδών των διωστήρων. Στη συνέχεια ανέρχεται μέσα από τους διωστήρες, οι οποίοι είναι και αυτοί διάτρητοι, και φθάνει στους πείρους των εμβόλων, τους οποίους και λιπαίνει, ενώ ταυτόχρονα μια μικρή ποσότητα λαδιού εκφεύγει από τα άκρα των πείρων και λιπαίνει το εσωτερικό του κυλίνδρου. Μετά από τη λίπανση των πείρων, το λάδι επιστρέφει στην ελαιολεκάνη ζεστό. Άλλη διακλάδωση πάλι μετά από το ψυγείο λιπαίνει με τον ίδιο τρόπο τους τριβείς του εκκεντροφόρου άξονα και των ακγωνωτών μοχλών των βαλβίδων και τους τριβείς των αξόνων των διάφορων οδοντωτών τροχών. Τέλος συγκεντρώνεται στην ελαιολεκάνη. Το σύστημα λίπανσης είναι εφοδιασμένο με βαλβίδα επιστροφής (μπάιπας), με την οποία ρυθμίζεται η επιθυμητή πίεση του λαδιού. 33
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΛΙΠΑΝΤΙΚΑ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 2.1 Γενικά Το σύστημα λίπανσης, εφοδιασμένο με μια σειρά εξαρτημάτων, μέσω μιας συγκεκριμένης διαδικασίας, η οποία έχει περιγραφεί στην αρχή του κεφαλαίου, διοχετεύει το λάδι στα διάφορα μέρη του κινητήρα. Για να υπάρξουν τα επιθυμητά αποτελέσματα της λίπανσης, πέραν της σωστής λειτουργίας του συστήματος λίπανσης, απαιτείται και η επιλογή του κατάλληλου κάθε φορά λιπαντικού. Όπως θα επισημανθεί και στη συνέχεια, το σωστό λιπαντικό ανάλογα με το τι συνιστά ο κατασκευαστής, αλλά και τις καιρικές συνθήκες που επικρατούν αποτελεί βασική προϋπόθεση για την αποτελεσματική διαδικασία της λίπανσης. Ένα ευρύ φάσμα λιπαντικών με διαφορετικά χαρακτηριστικά και διαφορετική διαδικασία παραγωγής, σχεδιασμένο να καλύπτει τις απαιτήσεις όλων των κινητήρων διατίθεται στο εμπόριο. Η πληθώρα των λιπαντικών χωρίζεται σε κατηγορίες, ανάλογα με τις ανάγκες που καλύπτει καθώς και το ιξώδες, το οποίο είναι ένα βασικό στοιχείο των λιπαντικών. Τα λιπαντικά κατατάσσονται με βάση τη χρήση, τις προδιαγραφές των διεθνών οργανισμών που πληρούν (SAE, API, CEA) και την τεχνολογία κινητήρων για τους οποίους προορίζονται. Ένα λιπαντικό για να διατεθεί στην αγορά, πρέπει να διαθέτει ένα φάσμα ιδιοτήτων που το χαρακτηρίζουν, όπως η λιπαντική ικανότητά του, το σταθερό ιξώδες κτλ. Τα πιο απλά λιπαντικά είναι τα ορυκτέλαια, τα οποία κατασκευάζονται από την απόσταξη του αργού πετρελαίου και την προσθήκη ειδικών συστατικών. Η πιο προηγμένη κατηγορία λιπαντικών είναι τα συνθετικά λιπαντικά, τα οποία προορίζονται για κινητήρες υψηλής απόδοσης. Κατασκευάζονται μέσα από μία ειδική εργαστηριακή επεξεργασία και με την προσθήκη ειδικών χημικών, με πολυέξοδες διαδικασίες και πρώτες ύλες. Τέλος, τα ημισυνθετικά λιπαντικά είναι ένας συνδυασμός συνθετικών και ορυκτέλαιων. 34
Κάθε συσκευασία λιπαντικού, περιλαμβάνει κωδικοποιημένες πληροφορίες που αφορούν τις ιδιότητές του και τα πεδία χρήσης του. Όσον αφορά το κόστος των λιπαντικών, οι τιμές κυμαίνονται περίπου από 3-4 ευρώ το λίτρο για τα απλά, 8-12 ευρώ το λίτρο για τα ημισυνθετικά και 13-15 ευρώ το λίτρο για τα συνθετικά. 2.2 Ιξώδες λιπαντικών Από μακροσκοπική άποψη, η αντίσταση ενός υγρού στη ροή ονομάζεται ιξώδες. Τα λιπαντικά με υψηλό δείκτη ιξώδους ρέουν πιο αργά, σε σύγκριση με εκείνα με χαμηλότερο ιξώδες. Από μικροσκοπικής άποψης, το ιξώδες ενός λιπαντικού αφορά την ευκολία ή δυσκολία με την οποία τα μόριά του κινούνται. Ποιο αναλυτικά, ιξώδες είναι ένα μέτρο για την εσωτερική τριβή, που αναπτύσσει αντίσταση κατά τη ροή του λαδιού. Καθορίζει δηλαδή, το πόσο εύκολα μπορεί να περάσει το λάδι από μία λεπτή οπή. 2.2.1 Ανάλυση ιξώδους Η αντίσταση ροής, δηλαδή η ευκολία ή δυσκολία που παρουσιάζει το λάδι στη ροή, αναφέρεται στη δύναμη ενώσεως των μορίων του, που είναι συνάρτηση πολλών παραγόντων μεταξύ των οποίων και της θερμοκρασίας. Όσο αυξάνει η θερμοκρασία του λαδιού, τόσο μικραίνει το ιξώδες του. Η παραπάνω σχέση είναι χαρακτηριστική για τα λάδια λιπάνσεως των κινητήρων, αφού στην αρχική εκκίνηση της μηχανής το λάδι πρέπει να φθάνει αμέσως στις τριβόμενες επιφάνειες. Όταν ο κινητήρας ζεσταθεί ύστερα από ορισμένο χρόνο λειτουργίας, το λιπαντικό πρέπει να παραμένει μεταξύ των τριβόμενων επιφανειών για να μην εφάπτονται και φθείρονται στοιχεία που είναι σε επαφή. Σε αυτή τη φάση λειτουργίας του κινητήρα, το ιξώδες θα πρέπει να είναι υψηλό, ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος εκθλίψεως της λιπαντικής μεμβράνης. Σε περίπτωση κατά την οποία το μέγεθος του ιξώδους υπερβεί το κανονικό, αυτό θα σημαίνει δυσχέρεια στην εκκίνηση του κινητήρα, απώλεια 35
ισχύος και μείωση της απόδοσης. Αντίθετα, το χαμηλό ιξώδες δεν εξασφαλίζει πάντοτε τη μεμβράνη που απαιτείται ανάμεσα στις τριβόμενες επιφάνειες. Το ιξώδες το χαρακτηρίζουν δύο βασικές ιδιότητες: 1. Προσκόλληση (body) και διεισδυτικότητα στις τριβόμενες επιφάνειες. Είναι ικανότητα του λιπαντικού να σχηματίζει ένα λεπτό στρώμα (φιλμ) λαδιού στις οποιεσδήποτε επιφάνειες των εξαρτημάτων. Το στρώμα αυτό πρέπει να διατηρείται και να μην διασπάται σε όλες τις συνθήκες εργασίας των εξαρτημάτων. Αποτέλεσμα αυτού είναι να μην έρχονται σε επαφή οι τριβόμενες επιφάνειες. 2. Η ρευστότητα (fluidity) του λιπαντικού, να ρέει με ευκολία από τις επιφάνειες και να ανανεώνεται το στρώμα λαδιού (φιλμ) των τριβόμενων επιφανειών. 2.2.2 Συσκευή μέτρησης ιξώδους Η συσκευή μέτρησης του ιξώδους των υγρών χρησιμοποιείται για να μετρήσει το κινηματικό και δυναμικό ιξώδες των υγρών. Ως ιδιότητα των υλικών, το ιξώδες είναι πολύ σημαντικό τόσο από τεχνικής πλευράς, όπως επισημάνθηκε νωρίτερα, όσο και στη φύση. Η συσκευή αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του ιξώδους υγρών (Κινηματικό και Δυναμικό) ή σε ένα δεδομένο ιξώδες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του ρυθμού πτώσης των μπαλών. Χάρη στα λαστιχένια ποδιά της, η συσκευή αυτή είναι εξαιρετικά σταθερή. Εντούτοις, η συσκευή πρέπει να γεμίζεται προσεκτικά για καλή ισορροπία. Η κλίμακα σε mm επιτρέπει την ακριβή ανάγνωση του ύψους πτώσης όταν η μπάλα αφήνεται μέσα στον σωλήνα. 36
Η συσκευή μέτρησης του ιξώδους αποτελείται από τα παρακάτω μέρη, λαμβάνοντας σαν παράδειγμα τη συσκευή ΗΜ 134. Επίπεδη βάση (1) με λαβές (2) και λαστιχένια πόδια (3). Επιφάνεια τοποθέτησης (4) με χάρακα σε mm (5) για μέτρηση του ύψους πτώσης της μπάλας. Διαφανής κύλινδρος (6), ο όγκος του οποίου είναι περίπου 2.6 l. 5 ατσάλινες μπάλες (7) με διαφορετική διάμετρο. Μαγνήτης με νήμα (8) για αφαίρεση των μπάλων μετά το πείραμα. Χρονόμετρο (δεν είναι στο σχεδιάγραμμα) Εικόνα 2.1 Συσκευή μέτρησης ιξώδους τύπου ΗΜ 134 2.3 Κατηγορίες λιπαντικών κατά SAE Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες λαδιών, τα απλά και τα πολλαπλής ρευστότητας. Τα απλά λάδια (SAE 5W, 10W 20W/20,30,40) είναι λάδια περιορισμένου φάσματος θερμοκρασιών σταθερού ιξώδους. Αντίθετα, τα λάδια πολλαπλής ρευστότητας (SAE 10W/30, 10W/50, 15W/50, 20W/40, 20W/50) είναι λάδια μεγάλου φάσματος θερμοκρασιών σταθερού ιξώδους (εικόνα 2.2, 2.3). Τη μεγάλη σημασία του ιξώδους ενός λιπαντικού, αποδεικνύει το γεγονός της κατάταξης των λιπαντικών με κριτήριο την τιμή του. Συνηθέστερα 37
ισχύει η κατάταξη κατά SAE. Την κλίμακα αυτή υπέδειξε η αμερικανική εταιρεία μηχανικών αυτοκινήτου SAE (Society of Automotive Engineers). Η κλίμακα SAE αρχίζει από το 5 και καταλήγει στο 250, περιέχει μόνο ακέραια πολλαπλάσια του 10 εκτός από την τιμή SAE 5. Όσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες ενός λιπαντικού, τόσο μεγαλύτερη τιμή έχει στην κλίμακα SAE. ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ SAE 10 Λεπτόρρευστο Καθαρισμός και λίπανση SAE 30 Μέτριο Λίπανση κινητήρων SAE 90 Προσκολλητικό Λίπανση κιβωτ. Ταχυτήτ. SAE 140 Πολύ προσκολλητικό (βαρέων) Εικόνα 2.2 ιξώδες τους. Παρουσίαση χρησιμοποίησης των λιπαντικών ανάλογα με το Σε αυτό το σημείο, ορθό θα ήταν να τονιστεί ότι ο αριθμός SAE ενός λιπαντικού δεν έχει καμία σχέση με την ποιότητά του. Φανερώνει μόνο την τιμή του ιξώδους, και σε μερικές περιπτώσεις, έμμεσα το δείκτη ιξώδους, όταν δίπλα στον αριθμό SAE υπάρχει η ένδειξη W, που προέρχεται από την αγγλική λέξη Winter (χειμώνας). Για παράδειγμα, ορυκτέλαιο με SAE 20, που ίσως είναι κατάλληλο για λίπανση μιας βενζινομηχανής στους θερινούς μήνες, στις χαμηλές θερμοκρασίες της χειμερινής περιόδου θα αποκτά ιξώδες τόσο υψηλό, που μπορεί να δυσχεραίνει την εκκίνηση του κινητήρα. Αντίθετα η ένδειξη SAE 20W φανερώνει λιπαντικό που στις χαμηλές θερμοκρασίες του χειμώνα, διατηρεί το ιξώδες του στην κατάλληλη τιμή. Ωστόσο, σήμερα παράγονται και είναι προς πώληση τα λεγόμενα λιπαντικά πολλαπλού ιξώδους ή πολύτυπα λάδια, που καλύπτουν τιμές ιξώδους από SAE 10W μέχρι SAE 50. Και αυτό διότι περιέχουν ειδικά χημικά πρόσθετα, γνωστά ως βελτιωτικά δείκτη ιξώδους, τα οποία έχουν την ικανότητα να διατηρούν την τιμή του ιξώδους σχετικά σταθερή σε σχέση με τη θερμοκρασία, διευρύνοντας κατ αυτόν τον τρόπο σημαντικά το φάσμα τιμής ιξώδους που ένα λιπαντικό μπορεί να καλύψει. 38
Η αντιστοιχία της κλίμακας SAE προς τις τιμές του ιξώδους παρουσιάζεται παρακάτω. Αριθμός Cp Θερμοκρασία cst Θερμοκρασία SAE (max) (οc) (οc) 0 W 3250-30 3.8 (min) 100 παρατηρήσεις 5 W 3500-30 3.8 (min) 100 10 W 3500-25 4.1 (min) 100 λιπαντέλαια 15 W 3500-15 5.6 (min) 100 Μ.Ε.Κ. 20 W 4500-10 5.6 (min) 100 25 W 6000-5 9.3 (min) 100 20-5.6-9.3 100 30-9.3-12.5 100 40-12.5-16.3 100 Εικόνα 2.3 Σχέσεις αριθμών SAE και τιμών ιξώδους Στην συνέχεια απεικονίζονται οι θερμοκρασίες που αντιστοιχούν σε κάθε SAE πολλαπλής ρευστότητας. Εικόνα 2.4 Ενδεικτικές θερμοκρασίες για κάθε SAE 39
Από το 1975 ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποιήσεως (ISO) έχει καθιερώσει ένα νέο σύστημα ταξινομήσεως των ορυκτελαίων που έχει γίνει δεκτό από τις περισσότερες χώρες. Σύμφωνα με το σύστημα αυτό που καλύπτεται από το πρότυπο ISO 3448, η ρευστότητα (ιξώδες) εκφράζεται σε μονάδες centistokes (cst) σε θερμοκρασία 40 ο C, που είναι αντιπροσωπευτική των θερμοκρασιών λειτουργίας των λιπαντικών στις περισσότερες εφαρμογές. Η ταξινόμηση ISO καθορίζει 18 κλάσεις ρευστότητας από 2 μέχρι 1500 cst σε 40 o C, που καλύπτουν όλα τα προϊόντα: από το πετρέλαιο ως τα βαριά κυλινδρέλαια. Η κάθε κλάση χαρακτηρίζεται και αριθμείται από το ιξώδες στο μέσο των ορίων της με επέκταση συν πλην 10 από την τιμή αυτή. Πχ ISO 10, είναι προϊόν με ιξώδες 40 ο C από 9 μέχρι 11 cst, που αντιπροσωπεύεται με μέση τιμή 10 cst. Τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η ταξινόμηση ISO είναι: Περιλαμβάνει τον ελάχιστο αναγκαίο αριθμό κλάσεων (18) που καλύπτουν τις απαιτήσεις λιπάνσεως όλων των κατηγοριών μηχανών και μηχανημάτων. Με τη διεθνή αναγνώριση του συστήματος ISO από τους κατασκευαστές των μηχανών και μηχανημάτων, διευκολύνονται σημαντική τόσο οι μηχανικοί, όσο και οι προμηθευτές λιπαντικών στον καθορισμό του κατάλληλου για κάθε περίπτωση λιπαντικού. 2.4 Κατηγορίες λιπαντικών Μ.Ε.Κ Διακρίνονται τρεις κατηγορίες λιπαντελαίων Μ.Ε.Κ. : Κοινά λάδια (regular): Χρησιμοποιούνται σε ολιγόστροφους κινητήρες με μικρά φορτία και γενικά όπου δεν προβλέπονται δυσμενείς συνθήκες λιπάνσεως. Τα έλαια αυτά δεν περιέχουν πρόσθετα. Λάδια μερικώς ενισχυμένα (premium): Είναι ενισχυμένα με 40
αντιοξειδωτικά πρόσθετα και επομένως κατάλληλα για τη λίπανση Μ.Ε.Κ. στις οποίες προβλέπονται συνθήκες με μέτρια καταπόνηση του λιπαντικού, τόσο από το φορτίο όσο και από τη θερμοκρασία. Στο εμπόριο φέρουν το συμβολισμό DG, όταν πρόκειται για λάδια πετρελαιοκινητήρων και ΜΜ όταν πρόκειται για λάδια βενζινοκινητήρων. Λάδια βαριών απαιτήσεων (heavy duty): Είναι ενισχυμένα με αντιοξειδωτικά και αντιρρυπαντικά πρόσθετα, ώστε να μπορούν να αντιμετωπίσουν τις πιο δυσμενείς συνθήκες λιπάνσεως, ως προς το φορτίο και τις θερμοκρασίες. Τα λάδια της κατηγορίας αυτής συμβολίζονται με MS για τους βενζινοκινητήρες, ενώ τα αντίστοιχα λάδια των κινητήρων Diesel συμβολίζονται με DS ή HD. 2.5 Ιδιότητες-χαρακτηριστικά λιπαντικών Ένα ιδανικό λιπαντικό κινητήρα, εκτός από την λιπαντική ικανότητά του, με την οποία ελαττώνει κατά πολύ την τριβή και τη φθορά, χαρακτηρίζεται από ένα σύνολο τεχνικών χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων κυριότερα των οποίων είναι: Σταθερό ιξώδες, ανεπηρέαστο δηλαδή στις μεταβολές της θερμοκρασίας. Αντοχή στην οξείδωση, για να μην αλλοιώνεται η χημική του σύσταση. Αντίσταση στην ανάφλεξη, για να αντέχει σε σχετικά ψηλές θερμοκρασίες. Πρέπει δηλαδή μέχρι τουλάχιστον τους 120 ο C να μην εξατμίζονται τα διάφορα πτητικά του συστατικά και βέβαια να μην αναφλέγονται. Αντιδιαβρωτική ικανότητα, για να προστατεύονται οι επιφάνειες των στοιχείων του κινητήρα που έρχονται σε επαφή μαζί του, ακόμα και όταν ο κινητήρας βρίσκεται εκτός λειτουργίας. Απορρυπαντική ικανότητα, για να καθαρίζει τα στοιχεία του κινητήρα και να συμπαρασύρει και διασκορπίζει μέσα του τις ακαθαρσίες και τα ρινίσματα των τριβόμενων επιφανειών μέχρι την αποβολή τους στο φίλτρο λαδιού. 41