Онлайн заказ
Выбрать авто

Статьи на автомобильную тему

02-03-2012

Об автомобильном масле

Исследования показывают, что более половины общего количества неполадок, возникающих в процессе эксплуатации, связано с работой системы смазки и с качеством масел.
 
Условия, влияющие на работу системы, можно разделить на две группы. К первой отнесем климатические и дорожные условия (время года и температуру окружающего воздуха, городскую или загородную езду, характер покрытия дороги и т. д.), а ко второй – режимы работы автомобиля и двигателя: неустановившиеся – пуск и прогрев, разгон и торможение; установившиеся – движение с постоянной скоростью при постоянной нагрузке.
 
Легковые автомобили большую часть времени эксплуатируются в городах и других населенных пунктах, где короткие по продолжительности поездки чередуются с длительными по времени стоянками. Исследования выявили любопытную картину: 95% двигателей не достигают оптимальной температуры в течение 90% времени их работы (!). Кроме того, отмечено, что время работы при оптимальном температурном режиме (70оС и выше) в городских условиях больше, чем за городом.
 
Любопытны и результаты, к которым привело изучение общего характера движения: режимы разгона занимают 54–59, режимы торможения 31–35, установившиеся режимы 15–20% всего времени работы автомобиля. При эксплуатации только в городе неустановившиеся режимы доходят до 95–98%.
 
Из этих данных отметим два важных для нас вывода: большая часть автомобилей эксплуатируется при недостаточной температуре двигателя; основной режим его работы – неустановившийся.
Теперь перейдем к системе смазки.
 
Наиболее нагруженными деталями в двигателе являются коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, поэтому проходные сечения каналов выбирают такими, чтобы до 70% масла, подаваемого насосом, направлялось к этим подшипникам. По мере износа двигателя доля его может возрасти до 96%, так как расход масла через подшипники пропорционален в кубической степени зазору в них.
 
Для нормальной подачи масла ко все трущимся поверхностям необходимо, чтобы оно легко проходило через фильтрующий элемент и каналы системы. Эта способность характеризуется так называемой прокачиваемостью масла, которая, в свою очередь, зависит от его вязкости при рабочей температуре. Слишком вязкое с трудом идет по каналам, а маловязкое почти все вытекает через зазоры подшипников коленчатого вала. В обоих случаях детали, расположенные вдали от насоса (например, газораспределительного механизма), испытывают масляное голодание.
Однако вязкость масла не постоянна. Она зависит от ряда факторов, и в первую очередь от температуры. Как видно из приведенного здесь графика, масло высокой вязкости имеет большую разницу величин при рабочей и исходной температурах (температуре пуска холодного двигателя). У маловязких масел эта разница невелика, и их вязкостно-температурная характеристика имеет пологую зависимость. Но вязкость такого масла при рабочей температуре недостаточна.
График вязкостно-температурной зависимости масел в двигателе автомобиля
График вязкостно-температурной зависимости масел: 1 – масло относительно высокой вязкости; 2 – загущенное масло; 3 – маловязкое масло. Тисх – температура масла при пуске двигателя; Траб – рабочая температура масла.
 
Понятно, для надежной смазки двигателя необходимо масло небольшой вязкости при пусковой температуре и достаточно большой при рабочей. Такой характеристикой (кривая 2 на графике) обладают загущенные масла, получаемые из маловязких добавлением специальных присадок. Они-то выбраны и рекомендованы заводами-изготовителями двигателей для постоянного применения.
 
Теперь рассмотрим процессы, которые протекают в системе смазки во время работы двигателя.
Начнем с его пуска. До этого момента во время стоянки масло из системы смазки вытекает через зазоры в подшипниках коленчатого и распределительного валов, а также из маслоприемника. Чем дольше стоянка, тем меньше масла остается в масляных каналах двигателя. Поэтому при пуске некоторое время уходит на то, чтобы насос забрал масло из картера двигателя и заполнил их. В этот период трущимся парам двигателя приходится работать без достаточной смазки – в режимах полусухого или полужидкостного трения.
 
Во время прогрева двигателя при низких температурах окружающего воздуха густое масло не полностью заполняет впадины шестерен масляного насоса, с трудом проходит через фильтр, из-за чего количество масла в магистрали оказывается недостаточным. В особенно неблагоприятных условиях работают детали цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма. Данные исследований свидетельствуют, что смазка к верхней части поршня, даже при положительной температуре пуска (+25оС) и нормальных оборотах холостого хода, может поступить лишь через несколько минут (!). Все это повышает износ деталей двигателя.
 
Хочется еще раз отметить, что загущенные масла, которые обладают хорошими вязкостно-температурными характеристиками, быстрее попадают в необходимом количестве к деталям, и это сводит к минимуму их износ в процессе пуска и прогрева двигателя, особенно зимой.
 
Немаловажно для снижения износа двигателя поддерживать в системе смазки определенное давление (оптимальное – 0,25–0,3 МПа). В процессе испытаний двигателей было установлено, что с уменьшением давления температура антифрикционного слоя вкладышей возрастает и одновременно снижается вязкость масляной пленки, поскольку уменьшается количество прокачиваемого через них масла. При повышенных давлениях также наблюдалось ускорение износа, что связано с возрастанием кратности циркуляции масла, а вместе с ним и попадающих в него абразивных частиц (продукты износа, частицы нагара и пр.). На износ деталей цилиндро-поршневой группы повышение давления в системе смазки практически не влияет, так как эти детали смазываются масляным туманом, образующимся в картере.
 
Теперь о влиянии неустановившихся режимов работы двигателя на условия смазки. Рассмотрим два случая: изменение нагрузки при постоянных оборотах коленчатого вала и изменение оборотов при постоянной нагрузке.
 
В первом случае увеличатся максимальные давление цикла и быстрота нарастания давления. Все это приведет к нарушению толщины масляной пленки в подшипниках коленчатого вала; усилится прижатие его шеек к подшипникам, радиальный зазор в наиболее нагруженной части подшипников уменьшится, а количество подаваемого масла останется неизменным. Результат – масляное голодание в подшипниках и усиление износа. Если при этом между парами трения будут находиться абразивные частицы, износ намного ускоряется.
 
При увеличении оборотов (второй случай) процесс сгорания топлива в большей степени распространяется на такт расширения и повышает температуру деталей цилиндро-поршневой группы и клапанов. Это приводит к загрязнению отложениями цилиндров и поршней и усилению их износа. Осыпающиеся частицы этих отложений попадают в масло и при плохой фильтрации (например, открыт перепускной клапан масляного фильтра по причине загрязнения) повышают износ деталей двигателя.
До сих пор мы рассматривали процессы в системе смазки, влияющие на износ двигателя. А что происходит с самим маслом?
Побочным результатом действия системы смазки, отрицательно влияющим на долговечность двигателя, является, как известно, образование различных отложений на поверхности деталей. К ним относятся нагар, лаки, осадки.
 
Нагар, образующийся на поверхностях головок поршней, камер сгорания и впускных клапанов, как правило, черного цвета – продукт неполного сгорания топлива и термического разложения, окисления и полимеризации углеводородов масла, а также пыль, проникающая с воздухом в цилиндры. Отслаивающиеся в процессе работы частицы нагара, очень твердые, усиливают абразивный износ деталей двигателя.
 
Другой вид отложений – лаки – продукты, получающиеся из масла в результате его термического окисления, образуют на металлических поверхностях пленки – бесцветные в тонком слое и черные с коричневым оттенком при увеличении толщины. Из-за высокой липкости эти пленки задерживают на себе пыль и продукты износа двигателя, что также приводит к усилению износа деталей.
 
При работе двигателя на богатых смесях (мощностные режимы и некоторые режимы частичных нагрузок) влияние неполноты сгорания топлива на нагаро- и лакообразование весьма существенно. Нагар увеличивается и при неправильной регулировке карбюратора и при перегрузке двигателя. То же можно сказать и в отношении лаков.
Следует здесь напомнить и об осадках – продуктах взаимодействия картерных газов с маслом. Прорывающиеся с горячими картерными газами водяные пары омывают сравнительно холодные стенки картера, клапанной крышки и других деталей, конденсируются и смешиваются с маслом. В присутствии воды окисленные продукты износа или коррозии образуют мыла, плохо растворимые в масле, которые при невысокой температуре выпадают в виде шлама. Мыла стабилизируют водо-масляную эмульсию, в результате чего образуется студнеобразная масса, в состав которой, кроме воды и масла, входят пыль, продукты износа и старения масла и т. п. Осадки забивают масляные каналы, сетку маслоприемника, фильтр тонкой очистки, из-за чего уменьшается подача масла к трущимся деталям.
 
Наиболее интенсивно осадки образуются при нагреве и остывании двигателя, особенно осенью и зимой. Заметим также, что пуск после длительных стоянок и нагружение плохо прогретого двигателя всегда способствуют усиленному прорыву картерных газов. Поэтому, чтобы предупредить образование большого количества осадков, нужно устранить причины появления воды в масле – длительную работу на холостом ходу, движение с непрогретым двигателем и т. п., не говоря уж о том, что ее не должно содержать заливаемое свежее масло.
 
С целью уменьшить образование нагара, лаков и осадков в масла при их изготовлении добавляют специальные присадки, в том числе моющие, которые очищают детали от этих отложений. Однако при длительном хранении они могут выпадать в осадок, особенно при контакте с водой. Такие масла нельзя применять не только потому, что концентрация их в основном объеме снижена, но и потому, что осадки, если их влить в двигатель вместе с маслом, дадут при сгорании зольные отложения, усиливающие износ деталей цилиндро-поршневой группы и клапанного механизма.
 
Из всего сказанного следует, что существует ряд причин, по которым количество и качество масла, подаваемого к деталям двигателя, не всегда соответствует предъявляемым к нему требованиям. Чтобы исключить или по крайней мере снизить влияние тех из них, что зависят от нас, достаточно выполнять рекомендации, приведенные в руководстве по эксплуатации автомобилей, и учитывать изложенные здесь сведения.


Специалист в области испытаний двигателей инженер Е. Масленников






Отзывы. Комментарии.

  • Влад   28-10-2012 14:26
    Согласен с выводами- такое было на практике.Зима-5w-30 лето-5w-40.А6-1.9д- 81кв.