Под редакцией А. М. Обельницкого

А.М. ОБЕЛЬНИЦКИЙ

Е.А. ЕГОРУШКИН

Ю.Н. ЧЕРНЯВСКИЙ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Топливо,

Смазочные

Материалы

И охлаждающие жидкости.

Под редакцией А. М. ОБЕЛЬНИЦКОГО

Издание второе,

Исправленное и дополненное

Рекомендовано Государственным комитетом

Российской Федерации по высшему образованию

в качестве учебника для студентов

Выбор моторного масла

 

При выборе масла устанавливают его вязкость, подбирают ВТХ, соответствующую предельным значениям температур, в которых эксплуатируется двигатель, и выбирают необходимую группу мас­ла с определенным количеством и качеством присадок, обеспечива­ющих его заданные свойства применительно к данному двигателю (вид применяемого топлива, быстроходность, теплонапряженность и пр.).

Выбор вязкости масла. При выборе вязкости моторного масла исходят из обеспечения двух основных требований: оптимизации вязкости на прогретом двигателе — рабочей вязкости, за которую принимают вязкость масла при температуре 100 °С, и обеспечение низкотемпературного запуска двигателя. На рис. 7.2 приведен график, качественно иллюстрирующий требования, предъявляемые к маслу по допустимым изменениям вязкости. Вязкость по нижнему пределу — минимальная рабочая вязкость — определяется условиями создания стабильной граничной пленки на поверхности трения, т.е.

 

 

обеспечения минимально необходимых смазочных свойств масла. При чрезмерном снижении вязкости снижается способность масла уплот­нять зазоры между поверхностями трения и, как следствие этого, возрастают угар масла, скорость образования отложений и старение масла.

Величина рабочей вязкости по верхнему пределу определяется увеличением потерь мощности на трение и циркуляцию масла. Например, повышение вязкости масла при 100 °С с 7 до 17 мм²/с вызывает уменьшение мощности дизеля до 6,5 % и увеличение рас­хода топлива на 5 — 7 %. С увеличением вязкости ухудшается смаз­ка поверхностей трения разбрызгиванием (барботажем) и самотеком и ухудшается прокачиваемость масла (в особенности на режиме пуска). В результате может возникнуть масляное голодание отдель­ных узлов трения.

В соответствии с изложенными особенностями приняты следу­ющие оптимальные диапазоны вязкости моторного масла при тем­пературе 100 °С, мм /с: для бензиновых двигателей 6— 10, дизелей легковых и малотоннажных автомобилей 12— 14, для мощных дизелей и дизелей, длительно работающих на мощностных режимах, 14 — 18. Большие значения вяз­кости относятся к дви­гателям с высокой теплонапряженностью.

В соответствии с име­ющимися рекомендациями на форсированных двига­телях при положительной температуре окружающей среды целесообразно ис­пользовать масла повы­шенной вязкости (10— 14 — для бензиновых двига­телей и 16 — 20 мм /с при 100°С для дизелей). Это позволяет существен­но понизить вероятность задира и схватывании, уменьшить износ деталей и сократить угар масла.

Вторым требованием, подлежащим удовлетво­рению при выборе вязкости масла, является

 

 

обеспечение низкотемпературного пуска двигателя. Максимальная вязкость масла из условий надежности низкотемпературного пуска и обеспечения эффективной прокачиваемости не должна превышать (5— 6)10 мм /с при температуре — 30 °С. Из рис. 7.3 следует, что обеспечить такие значения пусковой вязкости при сохранении рабо­чей вязкости в оптимальном диапазоне с помощью сезонных масел затруднительно. Поэтому в двигателях, для которых предусмотрен низкотемпературный пуск, широко используют загущенные (всесезонные) масла со следующими областями применения по классу вязкости: в холодных климатических зонах М-4з/8, М-4з/10; в сред­ней полосе страны М-5з/Ю, М-6з/12; в южных районах М-6з/14.

Группа моторного масла выбирается исходя из теплонапряженности двигателя. В бензиновых двигателях группу выбирают в зависимости от степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала. Например, масла группы Bi используют для двигателей со степенью сжатия е - 6,6 — 7,5 и п - 3000— 4000 мин^-1; группы Г\ применяют при е-8— 9 и я - 5000— 6000 мин^-1.

Количественная оценка теплонапряженности (класса) бензиновых двигателей и соответственно выбор группы масла могут быть выпол­нены по методике, предложенной Б.М. Бунаковым (НАМИ), в зависимости от литровой мощности Ne / Vh величины степени сжатия с и частоты вращения коленчатого вала по данным табл. 7.10. В зависимости от класса двигателя по табл. 7.10 определяют предназ­наченную для его эксплуатации группу моторного масла.

Для оценки теплонапряженности двигателя можно использовать величину поршневой мощности

где р_э — эффективное давление, МПа; с_п — средняя скорость порш­ня, м/с; т — коэффициент тактности (для четырехтактных двигате­лей т = 2, для двухтактных т = 1).

С увеличением теплонапряженности при прочих равных условиях возрастает температура деталей двигателя, увеличивается окисляе-мость масла и его склонность к образованию отложений, повышаются требования к противоизносным и противозадирным свойствам масла.

Таблица 710

Классы двигателей	NelVh кВт		n, мим^-1
Нефорсированные	14,7	SS	2 I0^3
Малофорсированные	14,7—18,4	5-6	(2 + 3)10^3
Среднефорсированные	18,4—25,7	6—7,5	(3 + 4,5) I0^3
Высокофорсированные	25,7	7,5-8,5	(4,5 +5,5) 10^3

Как установлено выше, на ус­ловия работы моторного масла влияет содержание серы в топливе. В первом приближении можно считать, что количество вводимой присадки Со и группа моторного масла определяются двумя факто­рами — поршневой мощностью двигателя Кф и содержанием серы в топливе. Соответствующая схема приведена на рис. 7.4. Схема пос­троена для наиболее эффективных

композиций присадок.

Дизели по сравнению с карбюраторными ДВС предъявляют более жесткие требования к моторному маслу. К специфическим особен­ностям работы дизеля относят высокие удельные нагрузки на несу­щую поверхность масляной пленки, большую жесткость процесса сгорания, повышенные давления конца сжатия и сгорания, увеличен­ное количество картерных газов, а также повышенное содержание в них свободного кислорода и сернистых соединений. Эти особен­ности обусловливают необходимость применения в дизелях специаль­ных дизельных масел.

Неполнота сгорания топлива в дизелях ведет к образованию больших по сравнению с бензиновыми двигателями количества сажи и смол, в результате чего интенсивнее протекают процессы закоксовывания колец и загрязнения моторного масла. Это в значительной мере повышает требования к моющим свойствам масел (моющие присадки впервые были разработаны и использованы для дизелей). Масла для дизелей содержат моющую присадку в концентрации, в несколько раз большей, чем масла для бензиновых двигателей.

Некоторые дизельные топлива содержат повышенное количество сернистых соединений, частично переходящих в моторное масло и вызывающих активный коррозионный износ двигателя. Для нейт­рализации сернистых продуктов и снижения коррозионного износа в масло дизелей, использующих сернистое топливо, в больших количе­ствах вводят щелочные и антиокислительные присадки. Такие присадки имеют зольность 1 — 3 %.

Перечисленные особенности при выборе моторного масла для дизелей могут быть учтены по условному показателю А напряжен­ности работы масла в двигателе

где G_T — часовой расход топлива, кг/ч; i — количество цилиндров; F—суммарная площадь поверхностей зеркала цилиндра, днища пор­шня и головки цилиндра, м²; N_e — эффективная мощность двигате­ля, кВт; G_М — емкость системы смазки, кг; К_а, K_b, К_п К _s К_т — соответственно коэффициенты, учитывающие количество рабочей смеси, способ охлаждения двигателя (жидкостной или воздушный), периодичность смены масла, содержание серы в топливе и техниче­ское состояние двигателя.

Для дизелей без наддува K_а-1, с наддувом К_а= 1,3, жидкост­ного охлаждения К _b =1, воздушного К _b - 1,7.

В зависимости от конструкции и режима работы двигателя изме­няется показатель А и соответственно меняются требования к мо­торному маслу. По величине A исходя из условий работы масел, их разделяют на четыре группы: первая группа (A < 150) соответ­ствует дизелям устаревших моделей, для них целесообразно приме­нять масла группы Б₂вторая группа (150 < А < 250) соответствует двигателям без турбонаддува с уменьшенной частотой вращения ко­ленчатого вала, в этих двигателях можно использовать масла группы Вг; третья группа (251 < А < 400) соответствует высокооборотным дизелям и дизелям с турбонаддувом, имеющим относительно низкую частоту вращения коленчатого вала; к четвертой группе (А > 401) относятся современные и перспективные дизели с турбонаддувом, форсированные по частоте вращения коленчатого вала. В этих двига­телях применяют масла группы Г₂.

Окончательный выбор моторного масла производится заводом -изготовителем двигателя на основании квалификационных и эксплу­атационных испытаний, а также анализа работы первых промыш­ленных партий изделий. Поэтому в эксплуатации недопустимо применение моторных масел, не рекомендованных заводом-изго­товителем. В связи с этим необходимо отметить глубокую ошибоч­ность представления, что масло с более высокой концентрацией присадок (более высокой группы) дает лучшие результаты в эксплу­атации. Необоснованное применение масла более высокой группы может привести к повышенному износу, обусловливаемому, с одной стороны, увеличением зольности масла, ведущей к росту абразивного износа, а с другой — избыточной скоростью образования и истирания хемосорбированных защитных пленок на поверхностях трения.

Выбор масла для стационарных и двухтактных двигателей. Стационарные двигатели, используемые для привода электрогенера­торов, компрессоров, ирригационных насосов и пр., работают в течение длительного времени при постоянной, достаточно высокой нагрузке. При эксплуатации этих двигателей отмечаются недостатки, относительно редко встречающиеся в работе транспортных двигате­лей: отказ ныпускных клапанов из-за отложений нагара мл стержне и фасках, неисправности свечей из-за короткого замыкания электродов нагаром и значительная потеря мощности. Эти дефекты имеют одну общую причину — работу двигателя на постоянном режиме, что способствует накоплению нагара. Для устранения этих недостатков в стационарных двигателях следует применять масла, обладающие высокой устойчивостью к окислению и хорошими моющими свойст­вами.

Отличительной особенностью двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой является то, что их смазка осуществ­ляется смесью бензина с маслом. Специфические требования к маслам для таких двигателей можно в основном свести к следующим: сохранение смазочных свойств в условиях сильного разбавления топливом и наиболее полное, без образования отложений сгорание вместе с топливно-воздушной смесью. Кроме того, масла для двух­тактных двигателей должны обладать растворяющей способностью по отношению к углеводородам, необходимой для очистки впускного тракта и особенно роликовых подшипников кривошипно-шатунного механизма от смол, содержащихся в топливе.

Необходимы также повышенные антикоррозионные свойства для компенсации воздействия влаги, обильно конденсирующейся из отра­ботавших газов при относительно низких температурах в картере, характерных для двухтактных двигателей (около 80 °С), поэтому должны использоваться специальные масла. В настоящее время ве­дутся интенсивные работы по созданию таких масел. При использо­вании масел существующих типов для двухтактных двигателей можно рекомендовать масло М-12-ТП (ТУ 38-40*666 — 87), содер­жащее присадки, обеспечивающие наиболее полное удовлетворение перечисленным требованиям. Следует строго соблюдать предусмот­ренную заводом-изготовителем двигателя дозировку при смешении масла с топливом, так как избыток масла, в частности, увеличивает количество отложений в двигателе.

Совместимость масла с конструкционными материалами. Под совместимостью понимается отсутствие или минимальное взаимо­действие между маслом и веществами, с которыми оно соприкасается в процессе работы. В практике применения моторных масел сов­местимость с конструкционными материалами обычно оценивают по коррозионным свойствам и воздействию на неметаллические ма­териалы. Коррозия возникает в результате комбинированного воз­действия на металл воды, кислорода, органических и минеральных кислот, сернистых соединений и других продуктов. Кроме разру­шения поверхности металла коррозия опасна тем, что образующиеся в результате ее твердые продукты (например, гидратированная окись трехвалентного железа Fe2U3 ■ Н2О) вызывают абразивный износ трущихся пар.

Вещества, входящие в состав моторных масел, могут оказывать интенсивное физическое и химическое воздействие на немаслостойкие резины, паронит и другие неметаллические материалы. В результате происходят набухание или усадка этих материалов, уменьшение их прочности, потеря эластичности, появление хруп­кости, образование трещин и т.п. Продукты разрушения неме­таллических материалов механически загрязняют масло, а в некоторых случаях образуют с ним коллоидные растворы, наруша­ющие нормальное функционирование системы смазки двигателя. С увеличением температуры и времени контакта эффект воздействия масла на неметаллические материалы возрастает.

Главным показателем, по которому оценивают совместимость мо­торного масла с неметаллическими материалами, является их набухаемость из-за проникновения растворителя (легких углеводородов, входящих в моторное масло) в пространство между молекулами этих материалов. Например, по техническим условиям при контакте с маслом в течение 5 ч при температуре 100 °С толщина прокладки не должна увеличиваться более чем на 15 %.

Набухаемость резинотехнических изделий зависит от группового состава масла и свойств каучука. Так, натуральный и некоторые виды синтетического каучука набухают значительно больше в аро­матических углеводородах, чем в парафиновых. На набухаемость сильно влияет температура, длительность контакта и др. В ДВС применяют резинотехнические и неметаллические материалы, обла­дающие повышенной стойкостью при контакте с маслами.

Синтетические масла отличаются более агрессивным воз­действием на резину, изготовленную из обычных сортов каучука. Некоторые цветные металлы, достаточно стойкие в нефтяных мас­лах, разрушаются синтетическими маслами. Эти масла разрушают изоляцию электрических проводов, в связи с чем их защищают маслостойкими лаками. Для уменьшения отрицательного взаимного влияния масла и конструкционных материалов в необходимых слу­чаях на их поверхности наносят покрытия.

Контрольные вопросы

1. Расшифруйте марку и укажите основные свойства масла М-6₃/10Г₁. Почему использование дизельного масла в карбюраторном двигателе может понизим его надежность? 3. В чем отличие между рабоче-консервационным и консервационным маслами? 4. Перечислите достоинства и недостатки кремнийорганических масел всравнениис нефтя­ными. 5. Каким образом учитывается наличие сернистых соединений в дизельном топливе при оценке теплонапряженности двигателя?

 

§ 7.4. Старение, угар и смена моторных масел

 

При работе двигателя происходят качественные и количественные изменения моторного масла. Качественные изменения обусловлены физическими и химическими прицепами, протекающими в двигате­ле, и определяются общим понятием «старение масла». Количественные изменения сводятся к уменьшению запаса масла в маслосистеме и определяются понятием «угар масла». В результате ста­рения в определенный период времени качественные показатели масла выходят за пределы допусков и возникает необходимость в полной замене масла в маслосистеме. В результате угара возникает необходимость долина масла в маслосистему.

Старение масла представляет собой сложный многофункциональ­ный и многостадийный процесс физических и химических превра­щений, происходящих вследствие двух основных причин: внутренних — обусловливаемых нарушением стабильности масла (испарение, окисление, полимеризация, разложение углеводородов базового мас­ла, срабатывание присадок) и внешних — обусловливаемых загряз­нением масла механическими примесями, водой, топливом и продуктами его сгорания.

Окисление масла протекает неравномерно по времени. В свеже-залитом масле накопление продуктов старения протекает наиболее быстро и называется динамическим окислением. Это объясняется интенсивным окислением самых неустойчивых компонентов масла. Затем старение постепенно замедляется и стабилизируется на опре­деленном уровне и называется стабилизацией старения. Причиной стабилизации старения является то, что в результате окисления масла и последующей полимеризации окислившихся продуктов обра­зуются некоторые вещества, являющиеся замедлителями процесса окисления. Кроме того, на трущихся поверхностях образуются ад­сорбированные пленки из продуктов окисления масла, уменьшающие каталитическое воздействие металла на окисление.

Совокупность этих явлений приводит к тому, что масло ста­новится более стойким к окислению (рис. 7.5 — 7.8). Соответственно различают две стадии старения масла — неустановившуюся и стабилизированную.

В результате старения базового масла возрастают его вязкость и кислотность, частично компенсируемые адсорбцией кислородсодер­жащих органических соединений на нерастворимых в масле примесях

с последующим отделением образовавшихся компонентов в масляных фильтрах.

По мере старения масла происходит «срабатывание» содер­жащихся в нем присадок. Под этим термином понимают уменьшение содержания присадок в масле и потерю их работоспособности в результате разложения, взаимодействия с продуктами окисления мас­ла и сгорания топлива. Скорость срабатывания присадок зависит от степени форсирования двигателя и условий его работы, качества топлива (в первую очередь от содержания в нем серы) и моторного масла, а также качества самих присадок. При прочих равных ус­ловиях на скорость срабатывания влияет нейтрализация щелочных присадок продуктами, образующимися при окислении масла и при сгорании сернистого топлива, расход присадок на образование хемо-сорбированных слоев на поверхности металла (для противоизносных и противозадирных присадок), коагуляция присадок на механических примесях с частичным отложением их в системах фильтрации, вы­падение присадок в осадок и их механическая деструкция. Продукты окисления масла (например, смолы) обладают поверхностно-активными свойствами и могут связывать молекулы присадок в стабильные соединения. В результате снижается эффективность присадок и они могут выпадать в осадок (в этом заключается одна из причин повышения эффективности присадок при улучшении очистки масла). Такую же роль играет вода. Помимо этот вода обусловливает разрушение некоторых присадок вследствие гидролиза. Повышенная температура масла способствует разрушению присадок. При пониженной температуре и при эксплуатация непрогретого двигателя усиливается агрегатирование присадок, ведущее к нару­шению коллоидной стабильности раствора с выделением присадок из масла (это явление усиливается при налимий воды).

 

На рис. 7.9 приведен график, иллюстрирующий изменение со­держания в масле многофун­кциональной (антиокислительной, моющей и антикоррозионной) присадки ЦИТАМ-339.

Вязкостные присадки могут разрушаться под действием доста­точно больших (свыше 250 °С) температур и из-за механического воздействия (при энергичном пере­мешивании и высоких контактных напряжениях). При этом высоко­молекулярные полимеры с длинными боковыми цепями, сос­тавляющие основу вязкостных присадок, разрываются с образо­ванием более коротких цепей и вязкость масла уменьшается.

Срабатывание присадок является основным критерием, обусловливающим необходимость смены масла. При этом базовая часть масла, как правило, остается вполне качественной в течение длительного времени. Следовательно, в не­которых случаях (например, при затруднениях с доставкой свежих масел) можно компенсировать срабатывание присадок дополнитель­ными их дозами, вводимыми непосредственно в систему смазки двигателей. В этом отношении представляет интерес система дозированного ввода присадок с помощью микрокапсул с полуп­роницаемой оболочкой, через которую присадки в дозированном количестве постепенно поступают в масло.

Оценка старения. В результате старения масла показатели, ха­рактеризующие его положительные свойства (щелочность, ВТХ, мо­ющие, противоизносныс и противозадирные свойства), уменьшаются, а показатели, характеризующие отрицательные свойства (содержание нерастворимых примесей, кислотность), увеличиваются. Некоторые показатели (например, термоокислительная стабильность) могут оставаться практически неизменными. Процесс старения можно объективно охарактеризовать изменением вязкости, зольности, ще­лочности и содержанием механических примесей.

Зольность масла определяется количеством введенных в него зольных присадок. По мере старения (при отсутствии дол ива) ЗОЛЬ­НОСТЬ уменьшается вследствие расхода присадки на нейтрализацию продуктов окисления, ее адсорбции на частичках окисленного масла, механических примесях и поверхностях деталей.

Накопление в масле пыли, продуктов износа двигателя и других внешних загрязнений, обладающих достаточно высокой зольностью, уменьшает темп снижения зольности по времени работы двигателя.

Различают сгораемую, или органическую (продукты окисления масла) и неорганическую, или несгораемую (продукты износа, пыль, зола), части механических примесей. В процессе работы двигателя происходит накопление в масле как органических, так и неор­ганических примесей.

В нефтепродуктах количество механических примесей определя­ют растворением образца испытуемого продукта в растворителе, фильтрацией полученного раствора, определением массы нерастворившегося осадка на фильтре (эта масса характеризует общие механические примеси), сжиганием нерастворившегося осадка и определением массы несгораемых механических примесей. Разность между массой общих и несгораемых механических примесей опре­деляет количество сгораемых механических примесей.

Влияние старения моторного масла на надежность двигателя является многофакторным и сказывается в двух основных направ­лениях: в износе (механическом и коррозионном) и в образовании отложений. Эти явления взаимосвязаны: продукты износа интенсифицируют образование отложений, отложения усиливают износ двигателя.

Рассмотрим влияние изменения основных свойств и харак­теристик моторного масла при его старении на техническое состояние двигателя. В процессе эксплуатации вязкость масел, не содержащих загущающих присадок, возрастает вследствие накопления в них вязких продуктов окисления, а также частичного испарения наиболее легкокипящих углеводородов, обладающих наименьшей вязкостью.

При использовании масел со щелочными присадками для форсированных двигателей присадка может реагировать с продуктами окисления масла — образуются высоковязкие вещества. В этом слу­чае вязкость масла может возрасти до 150 %.

Например, за 200 ч работы дизеля на масле М-10Г2 при темпе­ратуре масла 115— 120°С его вязкость возрастает более чем в 2 раза. Увеличение вязкости ведет к росту механических потерь и соответствующему ухудшению мощностных показателей и эко­номичности двигателя. При отрицательных температурах масла увеличение вязкости приводит к выраженному масляному голоданию узлов трения (в особенности при низкотемпературных пусках).

Изменение вязкости загущенных масел определяется условиями протекания двух взаимно противоположных процессов: накопления продуктом окисления, выбывающих увеличение вязкости масла, и деструкции вязкостных присадок, ведущей к уменьшению его вязкости. В результате этого исходная вязкость может оставаться неизменной, увеличиваться или уменьшаться, по индекс вязкости масла всегда уменьшается (ухудшаются вязкостно-температурные ха­рактеристики). Изменение вязкости загущенного масла при старении оценивается по результатам его прокачки в заданных условиях через шестеренчатый насос лабораторной установки. Продукты окисления, накапливающиеся в масле по мере выработки ресурса, уменьшают его щелочность.

В процессе приработки трущихся пар и старения масла умень­шаются энергетические затраты на трение и снижаются темпы изно­са. Это обусловливается тем, что при трении на твердых поверхностях происходят металлофизические и химические превра­щения (оптимизация микроструктуры и микрорельефа, образование хсмосорбированных пленок), уменьшающие силы трения. Наряду с отрицательным влиянием на работу двигателей окисление масла дает и ряд положительных эффектов. Некоторые продукты окисления обладают высокой полярной активностью и благодаря этому, адсорбируясь на поверхностях трения, повышают смазочные и защитные свойства масла (к таким продуктам относятся, например, смолистые вещества, образующиеся при последовательном окислении и полимеризации углеводородов, входящих в масло). В итоге в на­чальный период работы масла его противоизносные и антифрикционные свойства улучшаются. Однако в дальнейшем происходит их ухудшение, вызываемое срабатыванием противоизнос-ных присадок, накоплением неорганических примесей (в том числе продуктов срабатывания зольных присадок) и внешних механических загрязнений.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

Следует отметить, что некоторые инородные вещества, попадающие в масло, претерпевают изменения, не только снижающие их отрицательное влияние, но и приносящие в ряде случаев пользу. Например, инородные частицы размером до 3 мкм способствуют оптимизации микрорельефа поверхностей и их антифрикционному   разделению. Более крупные частицы дробятся под действием высоких температур в камере сгорания и давлений в зазорах между трущимися поверхностями. На этих частицах адсорбируются моле­кулы масла и смолистых веществ.

Угар масла определяется разностью между количеством масла, залитого в двигатель, и количеством слитого из него при смене (t учетом количества масла, добавляемого в период между сменами). Угар масла обусловливается его сгоранием, испарением, утечками и I выбросом через систему вентиляции картера. Величина угара зависит I от свойств масла (испаряемости, вязкости), степени износа уплотнительных элементов, конструктивных особенностей и режим.1 работы двигателя. На величину угара влияют свойства масла, конструкция, условия эксплуатации и техническое состояние двигателя. Потери на испарение определяются физической стабильностью масла, которая зависит от его химического и фракционного составов, поэтому масла с широким фракционным со­ставом имеют повышенный расход на угар. Загущенные масла обладают повышенной испаряемостью маловязко­го базового масла, что увеличивает рас­ход этих масел на угар при работе двигателя на форсированных режимах. При уменьшении вязкости угар масла возрастает (рис. 7.10) вследствие увеличения протечек по уплотнительным элементам (в первую очередь по цилиндро-поршневой группе и по зазо­ру пары клапан — втулка).

Нормативный расход масла на угар <7_М определяется в зависимости от расхода топлива G_т: G_v = kG_T, где к — нормативный коэффициент расхода масла, равный 0,035 для автомобилей с кар­бюраторными двигателями, 0,06 — с четырехтактными дизелями, 0,075 — с двухтактными дизелями и 0,05 — для тракторов. Приве­денные значения к получены по среднестатистическим данным. При совершенствовании конструкции двигателя и улучшении качества масла значение к может быть существенно снижено. Например, для двигателей автомобилей «Жигули» всех моделей установлена норма к= 0,008, при этом фактически к = 0,0025 — 0,005 и менее.

Поставлена задача снижения величины к до значений 0,001 — 0,003.

Рекомендуется использовать в качестве параметра оценки расхода масла на угар величину удельного расхода масла G_M, равную отно­шению расхода масла G_M (кг) к произведению мощности двигателя Nе(кВт) на время его работы т(ч): g_м = G_M/N_eт).

Существует теоретический предел снижения угара, определяемый потерями на испарение масла и обеспечение масляной пленки, до­статочной для герметизации уплотнений по кольцам и в зазоре клапан — втулка. Уменьшение расхода масла на угар ниже этого предела ведет к увеличению износа и.образования отложений.

Повышенный расход масла в дизелях по сравнению с карбюра­торными двигателями объясняется более интенсивным окислением масла из-за повышенного количества газа, поступающего в картер из надпоршневого пространства, и большим количеством кислорода, содержащегося в этом газе.

Угар возрастает с повышением частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель. Это объясняется увеличением подачи масла на стенки цилиндра, повышением количества масла, попада­ющего в надпоршневос пространство вследствие насос нот действия поршневых колец (рис. 7.11), и уменьшением пылкости масла из-за роста его температуры. Повышенный угар масла при движении ав-

томобиля на загородных трассах определяется этими обстоятельст­вами.

Угар может быть снижен при рациональной организации вентиляции картера, в частности путем соединения дренажных магистралей картера с впускным трактом (при этом должны исполь­зоваться маслоуловители).

Важным ресурсом снижения угара масла является усовершенст­вование конструкции маслосъемных и компрессионных колец. В ча стности, поршневые кольца с проточкой на внутренней поверх­ности имеют относительно небольшое осевое перемещение, благодаря чему снижено их насосное действие.

На рис. 7.12 приведен график, характеризующий изменение расхода масла по мере совершенствования конструкции гильз и поршневых ко­лец двигателя.

У технически исправного двига­теля основную (до 90 %) часть угара составляет масло, попадающее в надпоршневую часть цилиндра. Коли­чество этого масла зависит от характера и чистоты обработки цилиндро-поршневой группы и пары трения стебель клапана — втулка. Из рис. 7.13 следует, что при обкатке двигателя угар снижается. Это мож­но объяснить оптимизацией гео­метрии и микроструктуры поверхностей трения. По мере износа двигателя и накопления в нем отложений угар

возрастает (у предельно изношенного двигателя в 20 раз и более). С увеличением количества масла, попадающего в камеру сгорания, нарушаются условия смесеобразования, воспламенения и сгорания рабочей смеси (в частности, из-за «заброса» масла на электроды свечей и распылители форсунок), что вызывает ухудшение эко­номических и мощностных показателей двигателя, а также снижение его надежности. Следствием увеличения угара масла является мно­гократное повышение концентрации в отработавших газах токсичных ароматических углеводородов. Отсюда следует, что величина угара и токсичность отработавших газов коррелируются с техническим состоянием и износом двигателя и могут быть использованы для комплексного диагностирования.

Вследствие старения масла необходимо производить его регуляр­ную смену в двигателе. Оптимизация периодичности смены имеет большое экономическое значение. При необоснованном увеличении сроков смены масла ухудшаются его свойства, возрастают количество отложений в двигателе, его износ и расход масла на угар.

Периодичность смены масла определяется экспериментально и указывается в техническом паспорте в зависимости от времени рабо­ты двигателя (в мото-часах) или пробега автомобиля (в километрах). Такой способ задания смены масла не учитывает режимов работы двигателя. Более точно определяют сроки службы масла по количе­ству израсходованного двигателем топлива. Однако и этот вариант нельзя считать достаточно надежным, так как в данном случае не учитываются условия эксплуатации двигателя. Например, при высо­кой запыленности воздуха и недостаточно совершенной системе фильтрации периодичность смены масла должна определяться по накоплению в нем механических примесей. Качество масла ухудша­ется при отрицательных температурах окружающей среды, поэтому в зимних условиях и при эксплуатации в северных районах должна практиковаться более частая смена масла.

В двигателестроении имеется четкая тенденция увеличения срока службы масла, реализуемая путем повышения его качества и совер­шенствования конструкции систем смазки и двигателя в целом.

Например, в двигателе трактора Т-25 смена масла производится через 480 мото-часов при работе на масле М-8Г₂, через 240 мото­-часов при работе на масле М-8В₂ и через 120 мото-часов при работе на масле М-8Б₂.

По расчетам массовое внедрение в народное хозяйство долгоработающего масла М-6₃/10В даст экономию в несколько миллионов рублей. За истекшие 5— 10 лет срок смены масла увеличился в карбюраторных двигателях в 1,5 — 2, в дизелях — в 2 — 4 раза. Лучшие нефтяные масла имеют срок смены до 18 тыс. км. Неко­торые перспективные синтетические масла — до 160 тыс. км (при условии обеспечения высокоэффективной фильтрации).

Возможность и целесообразность длительной работы двигателя без смены масла подтв