Regulacja ciśnienia oleju
W silnikach z układem smarowania ciśnieniowego maksymalne ciśnienie w układzie jest ograniczone zaworem bezpieczeństwa. Ten zawór (czasami nazywany zaworem redukcyjnym ciśnienia) znajduje się przy wylocie pompy. Zawór bezpieczeństwa ogranicza maksymalne ciśnienie w układzie poprzez odprowadzenie oleju z powrotem do wlotu pompy (rysunek 3.15). Maksymalne ciśnienie oleju jest określone przez elastyczność sprężyny zaworu bezpieczeństwa. Bez zaworu bezpieczeństwa ciśnienie oleju będzie rosło bez ograniczeń w miarę wzrostu prędkości obrotowej silnika. Maksymalne ciśnienie jest z reguły ustawione na poziomie minimalnego dopuszczalnego ciśnienia, co zapewnia niezawodne smarowanie wszystkich podzespołów silnika.
Do smarowania silnika potrzeba od trzech do sześciu galonów oleju na minutę (1 galon (USA) = 3,78 litra).
Pompę olejową dobiera się tak, aby jej wydajność była wystarczająca do zapewnienia odpowiedniego ciśnienia przy niskich prędkościach obrotowych silnika, ale nie przesadnie duża, aby zapobiec kawitacji przy dużych prędkościach. Kawitacja występuje, gdy prędkość, z jaką pompa wypompowuje olej, staje się większa niż wydajność rury ssącej. Gdy pompa ma za mało oleju, zasysa powietrze, a w przepływie oleju tworzą się kieszenie powietrzne lub puste przestrzenie. Gdy pompa zaczyna zasysać powietrze lub parę, przechodzi w tryb kawitacji.
Rysunek 3.15. Zawory bezpieczeństwa sprężynowe – tłokowe i kulowe
Uwaga: Celem wytłoczonej pokrywy umieszczonej na górze filtra ssącego pompy olejowej jest zapobieganie kawitacji. Olej zatrzymuje się pod korkiem, co pomaga zapobiec ryzyku zassania powietrza do pompy, szczególnie w przypadku nagłego hamowania i przyspieszania pojazdu.
Po opuszczeniu pompy olej jest dostarczany do ruchomych części poprzez wywiercone przewody (rysunek 3.16). Gdy olej dotrze do smarowanych części, nie jest już konieczne stosowanie ciśnienia. Dzięki działaniu smarowania hydrodynamicznego tworzy się film smarny, który jest stabilnie utrzymywany pomiędzy powierzchniami części. Wytworzenie nadmiernego ciśnienia oleju wymaga dodatkowej mocy, a jakość smarowania nie jest lepsza niż przy minimalnym wymaganym ciśnieniu.
Czynniki wpływające na ciśnienie oleju w układzie smarowania
Olej w układzie smarowania będzie pod ciśnieniem tylko wtedy, gdy wydajność pompy olejowej przekroczy przepływ oleju przez wszystkie "nieszczelności" w silniku. Wyciek oleju następuje przez szczeliny w punktach końcowych układu smarowania. Punktami końcowymi są luzy w łożyskach, dźwigienkach zaworowych, otworach wtryskowych w korbowodach itp. Są to specjalnie przewidziane luzy w silniku, niezbędne do jego normalnej pracy. W miarę zużycia części silnika zwiększają się szczeliny i w rezultacie wycieki oleju.
Wydajność pompy olejowej musi być na tyle duża, aby dostarczać olej do układu smarowania z zapasem pokrywającym jego zużycie na skutek nieszczelności. Wydajność pompy olejowej zależy od jej rozmiaru, prędkości obrotowej i stanu. Gdy silnik pracuje na biegu jałowym, pompa obraca się powoli i wytwarza małą ilość płynu.
Jeżeli zużycie oleju przez nieszczelności przekracza wydajność pompy olejowej, ciśnienie oleju w układzie smarowania jest niewystarczające.
Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika wzrasta wydajność pompy oleju, a wzrost ciśnienia w układzie smarowania prowadzi do zwiększonego zużycia oleju na skutek nieszczelności. W efekcie ciśnienie oleju wzrasta, aż osiągnie ustawioną wartość maksymalną.
Rysunek 3.16. Olej wpływa do silnika przez rurę ssącą pompy oleju i ostatecznie spływa z powrotem do miski olejowej.
Lepkość oleju silnikowego ma wpływ zarówno na wydajność pompy olejowej, jak i na jej zużycie wskutek nieszczelności. Olej płynny (o bardzo niskiej lepkości) łatwo przedostaje się przez zęby pompy i swobodnie wypływa przez szczeliny. Gorący olej ma mniejszą lepkość, dlatego ciśnienie oleju w ciepłym silniku jest często niskie. Zimny olej ma większą lepkość (gęstość) niż olej gorący. W rezultacie ciśnienie oleju w zimnym silniku, nawet na biegu jałowym, jest wyższe. Wysokie ciśnienie oleju w zimnym silniku oznacza, że zawór bezpieczeństwa musi się bardziej otworzyć, aby uwolnić nadmiar oleju ponad to, co jest potrzebne w ciepłym silniku. Im wyższe ciśnienie oleju w układzie, tym mocniej ściskana jest sprężyna zaworu redukującego ciśnienie i tym większy staje się luz otwarcia zaworu.
Zastosowanie w silniku oleju o wyższej lepkości powoduje, że ciśnienie oleju w układzie chłodzenia osiąga ustawioną wartość progową zaworu bezpieczeństwa przy niższej prędkości obrotowej silnika.