Krótka historia smarowania silników

person Andrzej Glajzer 15/10/2019

O tym, że poruszające się elementy maszyn należy smarować było wiadomo dużo, dużo wcześniej niż wynaleziono silnik spalinowy.

Smarami lub olejami głównie pochodzenia organicznego od stuleci smarowano wszelkiego rodzaju osie i wały zanim ktokolwiek przypuszczał, że moc tkwi nie tylko w sile wiatru, wody mięśni zwierząt i ludzi. Kiedy nastał „wiek pary” smarowanie stało się niezbędne, ponieważ poszczególne elementy wykonanych przez człowieka mechanicznych tworów zaczęły poruszać się względem siebie znacznie szybciej niż kiedykolwiek przedtem.

 

Smarowanie, tak jak chłodzenie uznano więc za warunek konieczny przy konstruowaniu każdej maszyny…i to z kilku względów. Po pierwsze z uwagi na zminimalizowanie skutków tarcia, co ma bezpośredni wpływ na sprawność urządzenia, po drugie na zachowanie równowagi termicznej współpracujących elementów i zapobieganie ich zacieraniu, a po trzecie, wydłużanie trwałości elementów pracujących urządzeń.

 

Oczywiście na równi z większością istniejących wówczas maszyn problem dotyczył także pierwszych budowanych od ok. 1886 r przez Karla Benza, Gottlieba Daimlera i Wilhelma Maybacha w miarę sprawnych i nadających się do napędu pojazdów drogowych silników o spalaniu wewnętrznym. Początkowo były to urządzenia dość proste pod względem budowy i w porównaniu np. z gazowymi lub parowymi przemysłowymi silnikami stacjonarnymi niezbyt wysilone, a to powodowało, że smarowanie ich elementów również nie było jeszcze bardzo skomplikowane. Jak sobie z tym radzono?

 

Początkowo stosowano tzw. olejarki, czyli różnego rodzaju pojemniki z zapasem oleju, umieszczone bezpośrednio w pobliżu łożysk wału korbowego i korbowodów. Przez odpowiednio usytuowane kanaliki olej grawitacyjnie docierał z nich do kilku najbardziej istotnych punktów mających wpływ na działanie silnika. We wczesnym okresie rozwoju silników samochodowych takie rozwiązanie mogło jednak wystarczać, zważywszy że prędkość obrotowa nie przekraczała wtedy zakresu od ok.450 do 900 obr./min.

 

Smarowanie innych elementów silnika, czyli tych poza układem tłokowo-korbowym (np. prowadnic i dźwigienek zaworów, napędu pompy wody) jak i mechanizmów samochodu zapewniało natomiast urządzenie o nazwie „oleopolymeter”. Był to umieszczony na przedniej przegrodzie nadwozia zestaw kilku lub kilkunastu metalowych dozowników wypełnionych olejem, połączonych metalowymi rurkami z punktami wymagającymi smarowania.
Kierowca regulował ich wydajność ( zwykle 3-4 krople oleju rycynowego na minutę) pokrętłem powodującym ruch zaworu iglicowego, a szklane okienka ( wzierniki) pozwalały obserwować aktualny poziom oleju.

 

Ciekawostką jest, że przed rozruchem zimnego silnika doprowadzano w ten sposób olej również do cylindrów zamykając potem jego dopływ podczas właściwej pracy. W celu oczyszczania pierścieni tłokowych z „nagaru”, który nazywano „krustą” niektóre ze zbiorniczków napełniano naftą.

Zbiorniczki oleju silnikowego umieszczone w newralgicznych punktach silnika. Na zdjęciu 2-cylindrowy silnik konstrukcji Karla Benza „Kontramotor” o mocy 5 KM z 1899 r.

Sposób smarowania silników komplikował się jednak wraz z szybkim rozwojem ich konstrukcji kiedy oprócz zwiększającej się liczby cylindrów i pojemności skokowej znacznie rosła również prędkość obrotowa i moc. Oczywistym jest, że również smarowanie musiało być bardziej wydajne.

 

Już na początku XX wieku większość silników posiadała tzw. „karter”, który poza umieszczeniem w nim wału korbowego ( i często również wału rozrządu), służył również jako zbiornik oleju niezbędnego do smarowania układu tłokowo- korbowego i ścianek cylindrów oraz chłodzenia denka tłoka. Najbardziej rozpowszechnionym systemem smarowania silników czterosuwowych, który wtedy funkcjonował i przetrwał aż do wczesnych lat 30. był „system rozbryzgowy”, nazywany również często „czerpakowym”.

Schemat systemu smarowania typu rozbryzgowego. Widoczne zbiorniczki oleju (żłobki), czerpakowe zakończenie stopy korbowodu oraz mechaniczna pompa oleju. Niedogodnością takiego smarowania systemu było ścisłe przestrzeganie poziomu oleju w „karterze”. Jeśli był zbyt niski, groziło to zatarciem, jeśli zbyt wysoki - powodowało przedostawanie się go do komory spalania i nadmierne spalanie powodujące tworzenie się nagaru oraz tzw.„zarzucanie świec”. Poza tym, system taki mógł być wydajny kiedy prędkość obrotowa silników nie była jeszcze duża.

Zasada smarowania w tym systemie polegała na tym, że stopy obracających się korbowodów „podrywały” olej ze specjalnie umieszczonych poniżej nich „ żłobków” i rozpraszały go tworząc tzw. „mgłę olejową” Powstałe w ten sposób drobne cząsteczki oleju silnikowego osadzając się na gładzi cylindrów zapewniały jej dostateczne smarowanie, chłodząc jednocześnie tłok. Łożyska ślizgowe wału korbowego (panewki) smarowane były bezpośrednio przez to, że zanurzone były w spływającym z góry oleju gromadzonym w niewielkich zbiorniczkach (żłobkach). Dla lepszego dotarcia oleju do czopów głównych wału korbowego, półpanewki posiadały wewnątrz krzyżowe nacięcia i otworek połączony z umocowanym do stopy korbowodu czerpakiem.

Schemat systemu smarowania typu rozbryzgowego. Widoczne zbiorniczki oleju (żłobki), czerpakowe zakończenie stopy korbowodu oraz mechaniczna pompa oleju.

Wczesne silniki smarowane tym sposobem w większości przypadków nie posiadały wtedy jeszcze kanałów wierconych wewnątrz wału korbowego. Niedogodnością takiego smarowania systemu było ścisłe przestrzeganie poziomu oleju w „karterze”. Jeśli był zbyt niski, groziło to zatarciem, jeśli zbyt wysoki – powodowało przedostawanie się go do komory spalania i nadmierne spalanie powodujące tworzenie się nagaru oraz tzw.„zarzucanie świec”. Poza tym, system taki mógł być wydajny kiedy prędkość obrotowa silników nie była jeszcze duża, a zwykle nie było to wtedy więcej niż 2,5-3,5 tys. obr/min. W latach 30. w znacznie już nowocześniejszych silnikach zaczęto stosować dość rozbudowane w porównaniu z istniejącymi wcześniej ciśnieniowe systemy smarowania silników wyposażonych w pompę olejową.

Schemat mieszanego (rozbryzgowo ciśnieniowego) układu smarowania silników z wczesnych lat 30. XXw. Olej znajdował się jeszcze na dole karteru, a do wzmocnienia efektu smarowania układu tłokowo - korbowego ciągle stosowano umieszczone w stopach korbowodów czerpaki.

Główną zaletą rozwiązania było uzyskanie wymuszonego obiegu oleju i pewność docierania do wszystkich wymagających smarowania elementów. Dotychczasowy „karter” został dodatkowo powiększony, tak aby pod nim znalazło się miejsce na zbiornik oleju potocznie do dziś nazywany „miską olejową”. Przez mechanicznie napędzaną (w większości przypadków od wałka rozrządu) pompę olejową, olej zasysany był z jej dna i pod stałym ciśnieniem ok. 4-6 atm. tłoczony do głównych magistrali. Na początku docierał do skrajnych łożysk czopów głównych wału korbowego, skąd kanałami wierconymi w jego wnętrzu ( wcześniej powszechnie ich nie stosowano) kierowany był do czopów korbowych.

 

Nadmiar oleju wyciskany był na zewnątrz do karteru i rozbryzgiwany przez wirujące korbowody. Powstająca „mgła olejowa” (tak jak w systemie rozbryzgowym), powodowała smarowanie gładzi cylindrów, popychaczy zaworów, sworzni tłoków i chłodziła wewnętrzną stronę denka tłoka. Innymi kanałami tłoczony olej docierał do wszystkich koniecznych miejsc (w tym często już wtedy, do mechanizmu napędu zaworów znajdującego się w głowicy), a następnie spływał do miski olejowej. System ten nazywano jako „mieszany” lub „mixt”. Przechodząc fazy wielu modernizacji, unowocześniony, praktycznie przetrwał do naszych czasów.

 

Należy również wspomnieć, że silniki z tego czasu wyposażane były już w systemy filtrowania oleju z zastosowaniem rozbieralnych filtrów przepływowych (o czym być może w kolejnej części historii rozwoju silników).

Schemat smarowania obiegowego pod ciśnieniem. Silnik wyposażony jest w znajdującą się na dole i służącą do magazynowania oleju silnikowego miskę olejową. Wał korbowy z wierconymi kanałami olejowymi.

Poza wymienionymi warto zwrócić uwagę na system smarowania silników, które nie posiadają typowej miski olejowej i zwykle określa się je jako silniki z tzw. „suchą miską olejową”.

 

Jak się okazuje nie jest to nic nowego. Rozwiązanie to pojawiło najpierw z natury rzeczy w silnikach lotniczych, a następnie w autach wyścigowych jak choćby w Alfa Romeo startujących na torze Monza w roku 1923.

 

Obecnie również stosowane jest w mocno wysilonych silnikach pojazdów, w których olej silnikowy ma duże tendencje przemieszczania się ze względu na występujące siły boczne i grawitację oraz takich gdzie bardzo liczą się gabaryty jednostek napędowych. Chodzi tu więc o np. samochody wyścigowe poruszające się z dużą prędkością po łukach, autach narażonych na częste i duże przechyły np. pojazdy terenowe czy rajdowe.

Schemat układu z tzw. suchą miską olejową. W skład układu wchodzą przynajmniej dwie pompy oleju (przetłaczająca olej i wytwarzająca ciśnienie smarowania w układzie smarowania) oraz znajdujący się poza układem korbowo- tłokowym zbiornik oleju silnikowego.

Układ taki wyposażony jest w dwie pompy olejowe i osobny zbiornik oleju znajdujący się na zewnątrz silnika. Jedna z pomp tłoczy olej ze zbiornika do głównych magistrali (w tym również poprzez drążone korbowody do sworzni tłokowych i gładzi cylindrów), a druga przepompowuje go z dna silnika ponownie do zbiornika. Poza pewnością dotarcia oleju do wszystkich punktów, system ten ma również tę zaletę, że olej jest lepiej filtrowany i chłodzony.

 

Osobnym zagadnieniem jest system smarowania silników dwusuwowych, które w zasadzie ogranicza się do stosowania odpowiedniej jakości olejów silnikowych mieszanych bezpośrednio z paliwem. System pozornie prostszy konstrukcyjnie, ale wymagający stosowania specjalnych rodzajów olejów.

 

Na zdjęciu głównym oleopolymeter- to umieszczony zestaw uzupełnianych olejem (zwykle wtedy organicznym) pojemników wyposażonych w szklane wzierniki i regulowane od góry zawory iglicowe umożliwiające dozowanie ilości spływającego grawitacyjnie oleju. Każdy z pojemników połączony był rurką z dozownikiem umieszczonym w punkcie wymagającym smarowania. Zdjęcie przedstawia system samochodu Mercedes Simplex 12/28 HP z 1904 r.

 

Rysunki:

“Zasada działania i obsługi samochodów”, Lucjan. N. Kapitański, wyd. M. Arzta, Warszawa, 1931 r.

“Budowa i obsługa samochodu”, Adam Tuszyński, 1948 r.

 

Zdjęcia: Andrzej Glajzer

 

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.