Sú tam však ložiská. A nie len tak hocijaké, ale veľmi špecifické. Sú odolné, ale nie večné a keď zlyhajú, nezaobídete sa bez pochopenia podstaty veci. Pre profesionálnych opravárov je to najbežnejšia záležitosť.
Ako funguje ložisko?
V moderných automobilových motoroch slúžia klzné ložiská takmer vo všetkých prípadoch ako podpery pre kľukové hriadele a vačkové hriadele. Valivé ložiská (guľôčka, valček, ihla) používajú sa na takéto účely iba v malých motocyklových motoroch.
Požadovaný výkon klzných ložísk sa dosahuje využitím tzv. efektu olejového klinu. Keď sa hladký hriadeľ otáča, olej sa privádza do medzery medzi hriadeľom a otvorom. Keďže zaťaženie pôsobiace na hriadeľ spôsobuje jeho excentrické posunutie, olej je vťahovaný do zužujúcej sa časti medzery a vytvára olejový klin, ktorý zabraňuje kontaktu hriadeľa so stenami otvoru. Čím väčší je tlak a viskozita oleja v medzere, tým väčšie je zaťaženie (predtým, ako sa povrchy dotknú) vydrží klzné ložisko.
Pozor! Skutočný tlak oleja v klinovej zóne dosahuje 50 – 80 MPa (500 – 800 kg/cm²) a v niektorých prevedeniach aj viac. To je stokrát viac ako v systéme zásobovania (systém mazania motora). Nemalo by sa však myslieť, že prívodný tlak má malý vplyv na činnosť ložiska. Čím je vyššia, tým intenzívnejšie sa olej prečerpáva cez ložisko a tým lepšie sa chladí.
Za určitých podmienok prevádzka s nízkym trením (nazýva sa aj tekutý) môže byť porušené. K tomu dochádza, keď sa viskozita oleja zníži, napríklad v dôsledku jeho prehriatia v dôsledku nedostatočného prívodu, a otáčky kľukového hriadeľa sa znižujú so zvyšujúcim sa zaťažením.
Často, najmä po oprave motora, zohráva úlohu aj neoptimálna geometria jednotky. Pri miernej odchýlke tvaru povrchu od valcového, pri nesprávnom zarovnaní osí a iných chybách súčiastok je možné lokálne zvýšenie špecifického zaťaženia (t. j. zaťaženie vzťahujúce sa na plochu povrchu) nad povolený limit. Potom sa olejový film na týchto miestach stenčí a povrchy hriadeľa a ložiska sa začnú dotýkať pozdĺž mikrodrsností. Vzniká polokvapalný mazací režim, ktorý sa vyznačuje zvýšením trenia a postupným zahrievaním ložiska. To potom môže viesť k tzv. hraničnému treniu s úplným kontaktom trecích plôch, čo bude mať za následok prehriatie, zadretie (oder), zaseknutie, roztavenie a zničenie ložiska.
Je zrejmé, že režim hraničného trenia je v prevádzke neprijateľný. Stáva sa to však pri prerušení dodávky oleja, a to najčastejšie kvôli nedostatku oleja v kľukovej skrini: buď kvôli nedbanlivosti vodiča, alebo poškodeniu olejovej vane v dôsledku nárazu do prekážky.
Režim polokvapalného mazania je povolený iba krátkodobo, keď nemá čas ovplyvniť opotrebovanie ložiska. Príklad: štartovanie studeného motora. Existuje tu však ďalšie nebezpečenstvo: pri veľmi nízkych teplotách sa olej môže stať príliš viskóznym a obnovenie normálneho prietoku trvá príliš dlho (20 – 30 sekúnd alebo viac). V tomto prípade môže aj polotekuté mazivo výrazne ovplyvniť opotrebovanie súčiastok.
Zlepšenia v konštrukcii automobilových motorov sú spojené s neustálym zvyšovaním otáčok kľukového hriadeľa a zvyšovaním výkonu motora. Zároveň existuje tendencia zvyšovať kompaktnosť konštrukcií vrátane zmenšovania šírky a priemeru ložísk. To znamená, že sa zvyšujú špecifické napätia v trecej jednotke. A keďže zaťaženie ložiska počas prevádzky motora cyklicky mení veľkosť a smer, zvyšuje sa pravdepodobnosť tzv. únavového zlyhania súčiastok. Na zabezpečenie výkonu ložísk za takýchto podmienok sú potrebné špeciálne konštrukcie, materiály a technológie.
Ako funguje klzné ložisko
Ložiská kľukového hriadeľa v moderných motoroch sa zvyčajne vyrábajú vo forme tenkostenných vložiek alebo puzdier s hrúbkou 1,0 až 2,5 mm (zriedka viac). Páne hlavných ložísk kľukového hriadeľa sú vyrobené hrubšie kvôli potrebe umiestniť do nich kruhovú drážku na prívod oleja do ojničných ložísk. Všeobecným trendom je zmenšovanie hrúbky ložiskových pánev, ktorá je teraz v priemere 1,8 – 2,0 mm pre hlavné ložiská a 1,4 – 1,5 mm pre ojničné ložiská. Čím tenšie sú vložky, tým lepšie priliehajú k povrchu ložiskového telesa (lôžku), tým lepšie sa teplo odvádza z ložiska, tým presnejšia je geometria, tým menšia je prípustná vôľa a hluk počas prevádzky a tým dlhšia je životnosť jednotky.
(Obsah je založený na informáciách z mazbook)
Aby vložka po inštalácii presne kopírovala tvar lôžka, musí byť vo voľnom stave napnutá podľa priemeru lôžka (tzv. narovnávanie) a nevalcový tvar s premenlivým polomerom. Okrem toho, aby sa zabezpečilo dobré priľnutie k povrchu a zabránilo sa otáčaniu, je potrebné aj napätie pozdĺž dĺžky vložky – toto sa nazýva vyčnievanie. Všetky tieto parametre závisia od hrúbky, šírky a priemeru ložiskových pántov. Priemerné narovnanie je 0,5 – 1,0 mm a presah je 0,04 – 0,08 mm. To však nestačí pre spoľahlivú prevádzku ložiska. V blízkosti deliacej čiary sa hrúbka vložiek zmenší o 0,010 – 0,015 mm, aby sa v týchto oblastiach zabránilo ryhovaniu. K ryhám môže dôjsť v dôsledku deformácie otvoru ložiskového telesa v bloku valcov pri prevádzkovom zaťažení, keď je prevádzková vôľa v ložisku malá.
Materiály pre vložky sa môžu líšiť. Ich výber závisí od výberu materiálu kľukového hriadeľa a jeho tepelného spracovania, stupňa posilňovača motora a stanovenej životnosti. Do istej miery tu zohrávajú úlohu aj tradície automobilky.
Vložky sú vždy vyrobené viacvrstvové. Jadrom ložiskového puzdra je oceľový pás, ktorý zaisťuje pevné a bezpečné uloženie v telese ložiska. Vrstva sa nanáša na podklad rôznymi metódami (alebo niekoľko vrstiev) špeciálny antifrikčný materiál s hrúbkou 0,3–0,5 mm. Hlavnými požiadavkami na antifrikčný materiál sú nízke trenie na hriadeli, vysoká pevnosť a tepelná vodivosť (t. j. schopnosť účinne odvádzať teplo z povrchu hriadeľa do ložiskového telesa). Prvú požiadavku najlepšie spĺňajú mäkké kovy, ako sú zliatiny s vysokým obsahom cínu a olova (najmä všeobecne známe babitky).
V minulosti sa babity hojne používali v nízkovýkonných motoroch s nízkymi otáčkami. S rastúcim zaťažením sa ukázalo, že pevnosť takýchto vložiek s hrubou vrstvou babbittu je nedostatočná. Problém bol vyriešený nahradením celej tejto vrstvy akýmsi "sendvičom" – olovnato-cínovým bronzom pokrytým tenkou (0,03–0,05 mm) vrstvou toho istého babitu. Vložka sa stala viacvrstvovou.
V moderných motoroch sa vložky z ocele, bronzu a babittu zvyčajne vyrábajú v štyroch vrstvách (pod babitom je tiež veľmi tenká vrstva niklu) alebo dokonca päťvrstvové, keď sa na zlepšenie leštenia nanesie na pracovnú plochu navrch veľmi tenká vrstva cínu. Presne takto vyzerajú ložiská na mnohých zahraničných motoroch.
Spolu s tým sa rozšírili aj oceľovo-hliníkové vložky. Antifrikčným materiálom je tu zliatina hliníka s cínom, olovom, kremíkom, zinkom alebo kadmiom, a to s povlakmi aj bez nich. Najčastejšie používanou zliatinou vo svetovej praxi je hliník s 20 % cínu bez povlaku. Dobre odoláva vysokému zaťaženiu a otáčkam moderných motorov vrátane
dieselové motory a zároveň má uspokojivú "mäkkosť". Oceľovo-hliníkové ložiská sú však tuhšie ako ložiská z babbittu (alebo s babitovým náterom), preto sú náchylnejšie na odieranie v podmienkach nedostatočného mazania.
Pomocné motory a motory s vačkovým hriadeľom sa vo všeobecnosti otáčajú nižšou rýchlosťou ako kľukové hriadele a sú vystavené oveľa menšiemu zaťaženiu, takže ich prevádzkové podmienky sú jednoduchšie. Vložky a puzdrá týchto hriadeľov sú zvyčajne vyrobené z materiálov podobných tým, ktoré sú opísané. Okrem toho sa tu niekedy používa babbitt alebo nepotiahnutý bronz. Tieto ložiská často vôbec nemajú puzdrá ani vložky a sú tvorené priamo vyvŕtaním otvorov v hlave valcov. V takýchto prevedeniach je hlava vyrobená zo zliatiny hliníka a kremíka, ktorá má dobré vlastnosti proti treniu.
Spoločné pre ložiská v moderných motoroch, najmä pokiaľ ide o ložiská kľukového hriadeľa, je to, že materiál a konštrukcia ložísk musia zodpovedať materiálu a prevádzkovým podmienkam hriadeľa (rýchlosť otáčania, zaťaženie, podmienky mazania atď.). Preto sa neodporúča svojvoľná výmena dielov, napríklad pri opravách, keď sa inštalujú vložky z iného motora. V opačnom prípade môže byť životnosť opravenej jednotky veľmi krátka. aby ste sa mohli rozhodnúť pre takýto krok, potrebujete mať relevantné informácie.
Klzné ložiská sú veľmi presné (presnosť) aby sa zabezpečili malé, ale dobre definované (v priemere 0,03 – 0,06 mm) prevádzkové vôle ložísk, hrúbka panvy ložiska sa počas výroby udržiava s presnosťou približne 5 – 8 µm a dĺžka panvy sa udržiava s presnosťou 10 – 20 µm. Nedodržanie týchto požiadaviek môže viesť k zmenám prevádzkovej vôle ložiska alebo tesnosti uloženia panvy v telese, čo je neprijateľné, pretože to môže znížiť spoľahlivosť a životnosť celého motora.
Kto vyrába klzné ložiská?
Zložitosť celého spektra problémov spojených s výrobou vysokokvalitných automobilových klzných ložísk viedla k postupnému presunu ich výroby do špecializovaných firiem. V zahraničí mnohé z týchto spoločností súčasne vyrábajú aj iné súčiastky motorov, pričom dodávky smerujú jednak na montážne linky automobiliek, jednak na predaj vo forme náhradných dielov. Niektoré firmy tohto druhu sú súčasťou známych nadnárodných výrobných a obchodno-priemyselných korporácií. Medzi poprednými svetovými výrobcami klzných ložísk pre motory patria najvýznamnejšie spoločnosti Kolbenschmidt (KS), Glyco, TRW, Sealed Power, Glacier, Clevite a Bimet. V posledných rokoch začali s výrobou ložísk aj zavedené spoločnosti ako Mahle a Goetze. Z novších spoločností stojí za zmienku špecializovaná firma King (Izrael), ktorá začala s výrobou ložísk začiatkom 80. rokov 20. storočia. Väčšina uvedených výrobcov vyrába širokú škálu ložísk a dodáva svoje produkty ako náhradné diely všade, vrátane nášho trhu (prostredníctvom predajcov alebo veľkoobchodných spoločností). V podstate ide samozrejme o ložiská pre motory zahraničných automobilov – európskych, japonských a amerických.
V predaji nájdete štandardné aj rôzne opravné veľkosti vložiek (líšia sa od štandardných spravidla maximálne o 0,75 mm) pre najbežnejšie modely. Pri menej bežných modeloch, ako aj v prípade, že je potrebné zakúpiť vložky väčšej veľkosti na opravu, musíte zvyčajne zadať objednávku a čakať v priemere 5-10 dní (tieto podmienky sa líšia v závislosti od obchodnej spoločnosti).
Kvalita takýchto výrobkov zvyčajne nevyvoláva žiadne pochybnosti ani z hľadiska geometrie, ani materiálov. Ak však existuje možnosť výberu a pochybnosti o tom, ktorému výrobcovi dať prednosť, mali by ste mať na pamäti nasledujúce. Spoločnosti ako Kolbenschmidt, Glyco a Glacier patria medzi hlavných dodávateľov pre hromadnú výrobu. Pri kúpe ich produktov môžete dokonca získať rovnaké ložiská, aké sa inštalujú do motorov "pri narodení". Jediným rozdielom je absencia loga výrobcu vozidla na nových dieloch. Mimochodom, hľadanie "príbuzných" (alebo takzvaný originál) opravné vložky môžu byť problematické. Nie všetky automobilky dodávajú opravné ložiská ako náhradné diely a cena ložísk v "originálnom" balení je zvyčajne výrazne vyššia ako cena ložísk priamo od výrobcu.
Vložky od iných, menej renomovaných spoločností sú zvyčajne lacnejšie, hoci bude ťažké odhaliť rozdiely v kvalite výroby. Navyše, ak existuje možnosť výberu, môžete sa tu pokúsiť zohľadniť prevádzkové podmienky vozidla. Takže relatívne lacné vložky, napodiv, o niečo lepšie odolávajú nekvalitným olejom a olejovým filtrom, ktoré sa nachádzajú v našich obchodoch a na trhoch, ako drahšie oceľovo-bronzovo-babitové. Toto sa preukázalo najmä použitím oceľohliníkových ložísk King pri opravách namiesto štandardných bronzovo-babitových: takáto výmena neovplyvňuje spoľahlivosť motorov, ale umožňuje výrazné úspory.