Il sistema di lubrificazione nei motori a combustione: il ruolo delle pompe dell’olio

Una corretta lubrificazione è essenziale per il funzionamento economico e sicuro di qualsiasi sistema di azionamento, indipendentemente dal tipo, poiché al suo interno esiste un contatto meccanico tra i componenti.

Portare il lubrificante giusto a destinazione non è un compito semplice di per sé. A ciò si aggiunge la diversità delle progettazioni dei motori e la necessità di adattare opportunamente le soluzioni tecniche.

In questo articolo parleremo della tecnologia di lubrificazione del motore in generale, concentrandoci in particolare sulle pompe dell’olio.

Informazioni generali sulla lubrificazione

La durata e l’economia dei motori a combustione interna sono aumentate nel corso degli anni grazie agli enormi sviluppi nella tecnologia di lubrificazione e nella produzione di petrolio.

I componenti del motore operano in condizioni diverse: i perni dell’albero motore ruotano, il pistone e le fasce elastiche si muovono su e giù, l’asta del pistone vibra, gli steli e le valvole delle valvole si muovono avanti e indietro. Pertanto, le loro esigenze di lubrificante possono variare. Alcuni elementi sono lubrificati sotto pressione (cuscinetti), mentre altri ricevono lubrificazione mediante nebbia d’olio o spray (cilindri). In alcuni casi, la temperatura delle parti raggiunge le centinaia di °C, mentre in altri casi è solo di decine di °C. A causa delle diverse condizioni operative dei veicoli, emergono ulteriori sfide, come ad esempio la scelta dell’olio motore, i cui requisiti spesso sono completamente diversi.

Durante il funzionamento le temperature sono all’incirca le seguenti: 130-180 °C nella zona della testata, 150-200 °C all’altezza dei cilindri, 100-150 °C in prossimità dell’albero motore e 120-130 °C nell’olio padella.

Sistemi di lubrificazione

Il sistema di lubrificazione è costituito da dispositivi, attrezzature e dispositivi utilizzati per distribuire il lubrificante all’interno del motore. Questo sistema può essere suddiviso in tre gruppi a seconda del metodo di lubrificazione delle superfici di attrito:

• Lubrificazione per immersione (lubrificazione con nebbia d’olio e lubrificazione a spruzzo)
• Lubrificazione forzata (forzata)
• Lubrificazione combinata ad immersione e pressione

Le parti soggette a carichi pesanti non possono essere lubrificate adeguatamente con la nebbia d’olio perché non fornisce la quantità di olio necessaria. Inoltre, la lubrificazione di tutti i componenti del motore sotto pressione rende il sistema di lubrificazione complicato e costoso. Per questo motivo nei motori delle automobili viene utilizzata una lubrificazione completa: le parti altamente caricate (perni principali e di manovella dell’albero motore, perni dell’albero a camme, elementi di controllo delle valvole, talvolta lo spinotto) vengono lubrificate a pressione, altri elementi (cilindri, pistoni, anelli, camme , punterie valvole a spillo, ecc.) – con nebbia d’olio o spray.

Il sistema di lubrificazione è costituito da un circuito principale e almeno un circuito ausiliario. Il circuito principale è costituito da una coppa dell’olio, una o più pompe dell’olio, valvole di sicurezza e canali che forniscono olio al punto di lubrificazione.

La pompa dell’olio pompa spinge l’olio nel canale principale, da cui il lubrificante raggiunge i cuscinetti principali attraverso i canali secondari. In alcuni casi, il canale principale passa attraverso l’albero motore. Il circuito ausiliario comprende il filtro dell’olio del circuito ausiliario e il radiatore dell’olio. Il sistema di lubrificazione comprende anche strumenti che indicano la pressione e la temperatura dell’olio, un indicatore del livello dell’olio nella coppa dell’olio e dispositivi di sicurezza che impediscono l’accumulo di pressione nella coppa dell’olio e nei passaggi dell’olio.

I sistemi di lubrificazione possono anche essere suddivisi in base a dove viene immagazzinato l’olio. La maggior parte dei motori conserva l’olio nella parte inferiore del basamento: la coppa dell’olio. Contiene fino al 90% del volume totale dell’olio; in questo caso parliamo di lubrificazione a carter umido. Tuttavia, in alcuni motori, l’olio viene conservato in un serbatoio separato nel quale viene pompato l’olio scaricato dalla coppa dell’olio. Questa si chiama lubrificazione a carter secco. Sebbene quest’ultima soluzione sia molto più complicata e costosa, il suo utilizzo è quasi indispensabile nelle auto da corsa e sportive perché, in assenza di una normale coppa dell’olio, il motore può essere posizionato molto più in basso, conferendo al veicolo un baricentro più basso e quindi migliore dinamica di guida. Inoltre, questa soluzione può essere trovata anche nei motori di veicoli, aerei e navi che operano su terreni difficili, poiché elimina possibili guasti alla lubrificazione in situazioni in cui la fonte di alimentazione è molto inclinata rispetto al piano orizzontale.

Pompe dell’olio nel sistema di lubrificazione

Nei casi da noi studiati, per la circolazione dell’olio vengono solitamente utilizzate pompe a ingranaggi, a palette o a pistoni. La pompa a ingranaggi è la scelta più comune nei motori a combustione interna dei veicoli grazie al suo design estremamente semplice e al funzionamento affidabile. Inoltre occupa poco spazio, il che rappresenta un vantaggio importante nel caso di una coppa dell’olio di dimensioni più modeste. Le pompe a ingranaggi sono costituite da uno o più ingranaggi, pertanto possono essere multistadio.

I denti possono essere sia esterni che interni, con il vantaggio dei denti interni che sono di dimensioni più piccole.

Lo scopo del trasporto dell’olio sotto pressione è quello di portare il lubrificante in tutti i punti più distanti, cioè di vincere la resistenza idrodinamica. La quantità di olio fornita dalla pompa è aumentata più volte negli ultimi 4-5 decenni per motori della stessa potenza. Maggiori quantità di olio fornito sono giustificate dal funzionamento dei motori, che comporta un rilascio di calore molto maggiore dai cuscinetti dell’albero motore e dai componenti raffreddati ad olio.

Nei motori moderni sono aumentati sia il numero che il carico sulle superfici lubrificate a pressione. Ad una temperatura dell’olio compresa tra 70 e 80°C, la pressione nel canale principale varia tra 0,2 e 0,5 MPa. Non scende sotto 0,1 MPa anche al minimo, arrivando anche a 1,2-1,5 MPa a causa della maggiore viscosità dell’olio all’avviamento a freddo.

Durante il funzionamento, le caratteristiche della pompa dell’olio cambiano in modo significativo. Pertanto, l’aumento dei giochi degli ingranaggi assiali e radiali riduce in misura estrema l’efficienza della pompa dell’olio. Pertanto, per poter fornire la giusta quantità di olio per tutta la vita del motore, la pompa dell’olio è progettata per un multiplo della quantità di olio da fornire.