Условия применения моторных масел и требования к их качеству.

Моторные масла

Масла, применяемые для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания, называют м о т о р н ы м и. В зависимости от назначения их подразделяют на масла для дизелей, масла для бензиновых двигателей и универсальные моторные масла, которые предназначены для смазывания двигателей обоих типов. Все современные моторные масла состоят из базовых масел и улучшающих их свойства присадок. По температурным пределам работоспособности моторные масла подразделяют на летние, зимние и всесезонные. В качестве базовых масел используют дистиллятные компоненты различной вязкости, смеси остаточных и дистиллятных компонентов, а также синтетические продукты (поли-альфа-олефины, алкил-бензолы, эфиры). Большинство всесезонных масел получают путем загущения маловязкой основы макрополимерными присадками. По составу базового масла моторные масла подразделяются на синтетические, минеральные и частично синтетические (смесь минеральных и синтетических компонентов).

Условия применения моторных масел и требования к их качеству.

Условия применения масел в поршневых двигателях внутреннего сгорания достаточно сложны. Это связано со сложным функциональным предназначением масел, большим разнообразием условий работы в различных узлах трения, значительной величиной и периодической дискретностью термических и механических нагрузок.

Моторное масло в двигателе выполняет важные и многосторонние функции.

уменьшают потери мощности двигателя на преодоление трения за счет создания соответствующего режима смазки и тем самым оказывают влияние на коэффициент полезного действия, мощность двигателя и расход топлива;

снижают износ трущихся деталей за счет создания на их поверхности прочной масляной пленки (вследствие чего повышается надежность и долговечность техники, увеличивается межремонтный срок, снижаются затраты на техническое обслуживание и ремонт);

отводят тепло от нагретых деталей двигателя (до 4…4, 5 % общего тепла, выделяемого в двигателе и до 10…12 % ─ для двигателей с наддувом);

выносят из узлов трения продукты износа и загрязнения;

защищают смазываемые поверхности от воздействия коррозионных продуктов;

уплотняют зазоры в сопряженных деталях цилиндропоршневой группы.

Основными смазываемыми узлами и деталями поршневого двигателя являются: коренные и шатунные подшипники, подшипники и шестерни распределительного вала, поршневые пальцы, штоки и толкатели клапанов, плунжерные пары насоса высокого давления, стенки цилиндров, поршней и т. д. К ответственным узлам смазки относятся и сопряжения поршень-цилиндр. Каждый из названных узлов отличается динамическими и тепловыми нагрузками, что, в связи с наличием единых масляных систем двигателей, увеличивает сложность эффективного применения моторных масел.

Масляные системы большинства современных поршневых двигателей являются комбинированными. Наиболее нагруженные узлы, например подшипники коленчатого и распределительного валов, смазываются под давлением, создаваемым масляным насосом, а менее нагруженные пары, такие, как поршень-цилиндр, клапанный механизм и другие ─ разбрызгиванием масла.

Емкостью для масла может служить поддон картера, но также могут использоваться специальные цистерны, например в судовой технике.

маслозаборник;

масляный насос;

фильтр грубой очистки масла;

масляный радиатор;

манометр;

фильтр тонкой очистки масла;

трубка вентиляции картера (сапун);

заливная горловина;

указатель уровня масла.

Обязательным элементом масляных систем являются очистные устройства (фильтры). Все большее распространение получают масляные центрифуги. В некоторых двигателях устанавливаются магнитные уловители. Начали применяться самоочищающиеся фильтры, а на крупногабаритных судовых двигателях - автоматизированные фильтрующие установки.

К факторам, влияющим на условия работы масла, относятся: давление в зоне трущихся деталей, скорость относительного перемещения поверхностей трущихся деталей, рабочая температура в узлах трения, конструкционный материал, качество применяемого топлива и условия эксплуатации двигателя.

Постоянный процесс совершенствования поршневых двигателей вызывает возрастание нагрузок, скоростей скольжения и температуры узлов трения. Удельные давления в разных узлах двигателей в значительной степени различаются по величине. В зоне компрессионных колец они составляют 0, 15…0, 30 МПа, маслосъемных ─ 0, 5…1, 3 МПа, подшипников коленчатого вала ─ 20…30 МПа, а в паре кулачок - толкатель они достигают 1000…2000 МПа и более.

Скорость движения поршня в средней части цилиндра у ряда двигателей составляет 20…25 м/с, скорость скольжения в подшипниках коленчатого вала ─ 15 м/с.

К в ы с о к о т е м п е р а т у р н о й з о н е относятся камера сгорания, обращенная к ней поверхность днища поршня и верхняя часть цилиндра. Некоторые детали этой зоны нагреваются до 400 ⁰С (днище поршня) и даже до 800 ⁰С (выпускной клапан), а температура горящих газов может достигать 2500 ⁰С. Масло, попадающее в эту зону, сгорает с образованием нагара.

Нагар ухудшает теплоотвод от деталей, облегчает возникновение детонации и калильного зажигания, а, отрываясь от стенок, загрязняет работающее масло вредными частицами, повышает износ трущихся поверхностей деталей, вызывает закоксовывание поршневых колец и засорение фильтров.

С р е д н е т е м п е р а т у р н а я з о н а охватывает боковую поверхность поршня, верхнюю часть шатуна и стенки цилиндра. Максимальная температура в этой зоне развивается в области верхних поршневых колец, где она может достигать 300 и даже 350 ⁰С, температура газов достигает 450 ⁰С (бензиновый двигатель) и 500 ⁰С (дизельный двигатель). Масло в этой зоне находится в тонком слое. На него каталитически действуют металлы, ускоряющие процессы образования отложений. В результате уплотнения продуктов окисления в этой зоне образуются лаковые отложения (лаковая пленка).

К н и з к о т е м п е р а т у р н о й з о н е относится область коленчатого вала, картера и т. п. Наиболее высокая температура масла в этой зоне (до 180 ⁰С) может быть в области коренных и шатунных подшипников. Температура масла в картере работающего двигателя зимой равна 40…50 ⁰С, летом ─ 70…80 ⁰С и редко повышается до 110…120 ⁰С. Нахождение масла в этой зоне в туманообразном состоянии, за счет смазки деталей разбрызгиванием, создает благоприятные условия для его окисления. Основным продуктом окисления масла являются кислоты. Высокомолекулярные кислоты и продукты их превращения могут выпадать из масла в виде липкого осадка вместе с механическими примесями и водой. Осадки в соответствии с условиями их образования часто называют низкотемпературными отложениями.

Вместе с тем масла не должны вызывать коррозионные разрушения металлов; образовывать нагары и осадки; вспениваться на любых режимах работы двигателя.

Важным требованием к моторным маслам, особенно используемым на военной технике, является их взаимная совместимость.

Классификация моторных масел. Моторные масла классифицируются по назначению, по способу производства, по исходному сырью, по вязкости и уровню эксплуатационных свойств.

По назначению моторные масла делятся на:

масла моторные для авиационных поршневых двигателей;

масла моторные для бензиновых двигателей;

масла моторные для тяжелых транспортных дизелей;

масла моторные для тепловозных дизелей;

масла моторные для судовых дизелей;

масла моторные для стационарных дизелей.

По способу производства моторные масла делятся на:

дистиллятные;

остаточные;

смесевые (смесь остаточного и дистиллятного);

загущенные (содержащие загущающие полимерные присадки).

По исходному сырью моторные масла делятся на:

минеральные;

синтетические.

Классификация моторных масел согласно ГОСТ 17479.1-85 подразделяет их на классы по вязкости и группы по назначению и уровню эксплуатационных свойств. Ниже приведено описание отечественной классификации моторных масел с учетом Изменения № 3 к ГОСТ 17479.1-85, которым увеличено число классов вязкости и изменены их границы, введены новые группы по назначению и уровню эксплуатационных свойств, а также некоторые наименования. Например, по всему тексту стандарта масла для карбюраторныхдвигателей называются более точным термином ¾ маслами для бензиновых двигателей.

Различают сезонные (летние и зимние) и всесезонные (загущенные) масла. Согласно ГОСТ 17479.1-85 по вязкости сезонные масла делятся на 12 классов: 3_З; 4_З; 5 _З; 6 _З; 6; 8; 10; 12; 14; 16; 20; 24.

Всесезонные масла ─ на 10 классов: 3_З/8; 4_З/6; 4_З/8; 4_З/10; 5 _З/10; 5 _З/12; 5 _З/14; 6 _З/10; 6 _З/14; 6 _З/16. Всесезонные масла должны удовлетворять нормам вязкости определенных образцов летнего и зимнего масел. Поэтому класс вязкости всесезонных масел обозначается дробью. В числителе ─ класс вязкости по вязкости, определяемой при температуре минус 18 ⁰С, в знаменателе ─ класс вязкости по вязкости, определяемой при 100 ⁰С.

Таблица 5.1

Классы вязкости моторных масел (ГОСТ 17479.1-85)

В зависимости от области применения по ГОСТ 17479.1-85 моторные масла делятся на шесть групп по их эксплуатационным свойствам: А, Б, В, Г, Д, Е. Масла групп Б, В, Г, Д и Е подразделяются на подгруппы (табл.5.2).

Группы моторных масел по назначению и эксплуатационным свойствам

(ГОСТ 17479.1-85)

Примеры обозначения моторных масел:

М-6_З/10-В – моторное масло класса вязкости 6_З/10, предназначенное для среднефорсированных дизелей и бензиновых двигателей;

М-4_З/8-В₂Г₁ – моторное масло класса вязкости 4_З/8, для использования как в среднефорсированных дизелях (В₂), так и высокофорсированных бензиновых двигателях (Г₁).

М-14Г₂(цс) - моторное масло класса вязкости 14, предназначенное для высокофорсированных дизелей без наддува или с умеренным наддувом. В данном случае после основного обозначения в скобках указана дополнительная характеристика области применения («цс» означает циркуляционное судовое); аналогично М-14Д (цл20) ─ моторное масло для высокофорсированных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях, «цл20» ─ применяемое в циркуляционных и лубрикаторных смазочных системах и имеющее щелочное число 20 мг КОН/г.

В прежней нормативной документации дополнительные характеристики условий применения и особенности свойств масел вводились в стандартные обозначения без скобок (М-8Г₂к, М-10ДМ, М-16ДР и т.п.), иное назначение масла обозначала группа Е (раньше так обозначали цилиндровые масла для лубрикаторных смазочных систем крейцкопфных дизелей), употреблялись и нестандартные марки (МТ-16п, М-16ИХП-3). Поскольку старые марки содержатся в многочисленных инструкциях по эксплуатации техники, нормативной документации на масла, картах смазки и другой документации, не представляется возможным единовременно исключить все ранее принятые обозначения. В табл. 5.3 приведены данные о соответствии обозначении марок моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 и принятых ранее в нормативных документах.

Таблица 5.3