Djerichov_uchebn_ch2_1_64

иизносаэтихдеталейзасчетсозданиянаихповерхностяхпрочноймасляной пленки.

Для эффективного осуществления столь важных функций, выполняемыхмоторныммаслом, современныеДВС имеютразветвленнуюсистему циркуляционной смазки трущихся деталей (рис. 15).

Рис. 15. Схема смазочной системы:

1 – маслоприемный патрубок; 2 – редукционныйклапан; 3 – масляный радиатор; 4 – датчикуказателя давлениямасла; 5 – главная маслянаямагистраль; 6 – крышка маслоналивной горловины; 7 – полость в оси коромысел; 8 – канал в коленчатом валу; 9 – пробка полости в шатунной шейке; 10 – перепускной клапан (закрыт); 11 – канал для подачи масла к оси коромысел; 12 – фильтрующий элемент; 13 – пробка для слива отстоя масла; 14 – отверстие для разбрызгивания масла; 15 – датчик сигнальной лампы пониженного давления масла; 16 – перепускной клапан; 17 – кран масляного радиатора; 18 – масляный насос; 19 – пробка;

20 – маслоуказательный стержень

Под давлением масло поступает почти во все подшипники скольжения двигателя. В некоторых двигателях под давлением смазываются направляющие толкателей, поршневые пальцы в подшипнике верхней головки шатуна, подшипники вала привода распределителя зажигания, вала привода водяного насоса и плунжерные пары насоса высокого давления дизельногодвигателя. К остальным трущимсяповерхностям масло поступает разбрызгиванием.

Исходяизсказанного, рассмотрим, вкакихусловияхбудетвыполнять своифункциимоторноемасло.

2.3.1. Принцип работы коренных и шатунных подшипников скольжения коленчатого вала

Коренные подшипники скольжения коленчатого вала работают втяжелыхусловиях, которые характеризуютсябольшимидинамическиминагрузкамисосторонышеекколенчатоговалаивысокойугловойскоростью его вращения (рис. 16).

Надежность работы подшипников определяется:

1)конструкцией, прочностными, антифрикционнымииантикоррозионными свойствами материала вкладышей;

2)максимальными и средними за рабочий цикл нагрузками и характером трущихся усилий;

3)качествомобработкииточностьюизготовленияшеекколенчато-

го вала;

4)физико-химическимисвойствамимоторного масла, организацией его подачи, количеством, давлением и температурой.

Коренные подшипники скольжения выполняют в виде сменных вкладышей, которые устанавливают в соответствующие гнезда картера.

Материал подшипника должен:

1)иметь высокое сопротивление усталостному выкрашиванию

ибыть пластичен к деформациям;

2)хорошоприрабатыватьсяк валуи не вызыватьего повышенного

износа;

3)иметь высокие противозадирные свойства;

4)сохранять механические свойства при повышеннойтемпературе;

5)обладать хорошими противокоррозионными свойствами.

В зависимости от нагруженности коренных подшипников в них применяют различные по своему составу и свойствам материалы: спла-

40

41

вы на свинцовой основе с содержаниемолова, сурьмы имеди; стальные вкладыши с заливкой свинцовой бронзы; сталеалюминевые вкладыши, обладающие высокой усталостной прочностью и хорошими противоизносными свойствами и др. Конструктивной особенностью коренных вкладышей является наличие на их рабочей поверхности отверстий и кольцевых канавок для обеспечения непрерывной подачи масла к шатунным подшипникам. Шатунные подшипники скольжения коленчатого вала работают в более тяжелых условиях, чем коренные подшипники. Это обусловлено, прежде всего, их неравномерной нагруженностью. На верхнюю половинушатунного подшипника действует непродолжительная, но высокаянагрузкарасширяющихсягазов, ананижнюючастьболеедлительно действуютсилыинерциипоршневойишатунныхгрупп. Болеезатруднительный подвод масла к шатунным подшипникам, чем к коренным. Неравномерная знакопеременная нагрузка на шатунный подшипник затрудняет образование устойчивого масляного слоя, и в некоторых условиях может произойти нарушение жидкостного трения, схватывание микровыступов материалов и появление задиров. Производство шатунных вкладышей конструктивно выполняют подобновкладышамкоренныхподшипниковистемжематериаломантифрикционного слоя. Обычно толщина стальной ленты для изготовления шатунныхвкладышейдлябензиновыхдвигателейсоставляет1,3…1,6 мм, а для дизельных двигателей – 2…36 мм. Толщина слоя антифрикционной заливки соответственно 0,2…0,4 и 0,3…0,7 мкм.

Принцип работы шатунно-поршневой группы	в цилиндрах двигателя
2.3.2.

Поршень с шатуном, поршневые кольца, поршневой палец и фиксирующие его детали образуют шатунно-поршневую группу внутри цилиндров рабочих полостей двигателя (рис. 17). Герметичностьрабочейполостиобеспечиваетсяееконструкциейи качествоммоторногомасла, которыерешающимобразомоказываютвлияние на эффективные показатели и долговечность двигателя. При этом общиепотеринатрениевнутридвигателясоставляютпримерно25 % от индикаторноймощности. Изнихпотеринатрениепоршняипоршневых колец составляют 45…64 % от общих потерь, а потери на трение в коренных и шатунных подшипникахскольжения коленчатоговала состав-

43

подшипника;25–упорныеполукольца;26–крышкасреднегокоренногоподшипника
20–стопорнаяпластина;21–болт;22–маховик;23–трубчатыештифты;24–крышкакоренного
15–шпилька;16–шайба;17–гайка;18–заднийсальник;19–штифткожухасцепления;
тыйвал;11–пробка;12–коренныевкладыши;13–прокладка;14–крышказаднегосальника;
8–звездочкаприводагазораспределительногомеханизма;9–сегментныешпонки;10–коленча-
7–распорнаявтулка;	6–шестерняприводамасляногонасосаипрерывателя-распределителя;
5–маслоотражатель;	1–храповик;2–стопорнаяшайба;3–шкив;4–переднийсальник;
Рис..16Коленчатыйвалдвигателяидетали,обеспечивающиеегоработу:

42

ляют5…10 % отобщихпотерь. Остальныепотериприходятсянатрение в редукторах, приводных механизмах и насосах, причем потери на трение поршневых колец будет 9,6 % от эффективной мощности, а потери на трение в подшипниках скольжения примерно 2 %.

Рис. 17. Шатунно-поршневая группа:

а – поршень сшатуном; б – установка поршневых колец; 1 – крышка шатуна; 2 – шатунные вкладыши; 3 – гайка; 4 – болт; 5 – шатун; 6 – втулка верхней головки шатуна; 7 – стопорное кольцо; 8 – поршневой палец; 9 – поршень; 10 – компрессионныекольца; 11 – кольцевые диски маслосъемного кольца; 12 – осевой расширитель; 13 – ра-

диальный расширитель; А – выступы

Поршни работают в чрезвычайно тяжелых условиях, которые характеризуются:

1)воздействием высокого давления расширяющихся газов;

2)контактом с горячими продуктами сгорания;

3)движением с переменной по величине и направлению скорос-

тью.

Давление газов внутри цилиндра достигает 35…45 кг/см2 в двигателях с электроискровым воспламенением рабочей смеси, а в двигателях с воспламенением от сжатия – 65…85 кг/см2.

На днище поршня бензинового двигателя действует сила 3…4 т, анаднищепоршнядизельногодвигателядействуетсиларасширяющих-

ся газов в 17…20 т. Такие силы вызывают высокие удельные давления в шатунных и коренных подшипниках.

Температура газов в двигателях за время одного цикла колеблется от300 до2200…2800 °C. Приэтомднищепоршнявоспринимаетнасебя от10 до30 % тепла, отводимогоот рабочеготелавсистемуохлаждения, и нагревается до температуры 300…320 °C.

Такая высокая температура поршня вызывает коксование масла в зоне поршневых колец.

Перемещение поршня под воздействием газовых и инерционных нагрузоксопровождаетсяповышеннымтрениемиизносом. Наибольший износ наблюдается на торцевых поверхностях канавок для поршневых колец, на боковыхповерхностяхпоршняивотверстиях дляпоршневого пальца.

Дляуменьшенияперекачкимаславкамерусгоранияиобеспечения лучшего режима смазки цилиндра поршни оборудуют маслосъемными кольцами, а для увеличениятеплоотдачиот днища поршняего принудительно охлаждают маслом, которое впрыскивается на внутреннюю поверхностьднищаизфорсунки, расположеннойнаверхнейголовкешатуна или блоке двигателя.

Дляповышениятеплостойкостииулучшениямеханическихсвойств при высоких температурах поршни изготавливают из высококремнистых(кремнеалюминиевых) сплавовсприсадкаминикеляимеди. Поверхностьтеплонапряженногоднищаижаровогопоясадляфорсированных двигателей покрывают теплоизоляционной пленкой окислов толщиной до 100 мкм.

Компрессионные кольца покрывают слоем пористого хрома, а поверхность гильзы подвергают обработке таким образом, чтобы в неровностях поверхности и углублениях пористого хрома удерживалась бы масляная пленка, и создавались бы микрорезервуары для масла. В результате при граничном трении за счет такой технологической обработки обеспечивается несущая поверхность пары кольцо–гильза.

Внутренниепотеринатрение вдвигателе, приходящиесяна поршневуюгруппу, обычнодостигают50…60 %. Поэтому, чтобы снизитьпотеринатрение, надоуменьшитьчислокомпрессорныхколеципонизить их размер по высоте.

Первое компрессорное кольцо наиболее интенсивно отводит теплоту в гильзу, так как оно всегда работает в условиях граничного трения.

44

45

Компрессионные и маслосъемные поршневые кольца являются уп-

ругими элементами поршневой группы и выполняют роль уплотнения. При этом они обеспечивают:

1)герметичность рабочей полости двигателя;

2)отвод тепла от головки поршня;

3)предотвращают перекачку масла в камеру сгорания.

Кольца работают в условиях высоких давлений и температуры газов, сил инерции и трения, поэтому для изготовления поршневых колец применяют перлитный чугун с легированными присадками Si, Cr, Ni, Mo, W, которыеобеспечиваютхорошуюприрабатываемостьпоршневых колец без задиров и рисков.

Насосное действие компрессионных колец и расход масла на угар можно снизить следующими методами:

1)оптимизацией антифрикционных и противоизносных свойств моторного масла;

2)конструкцией маслосъемных колец.

Поршневой палец обеспечивает шарнирное соединение шатуна с поршнем и работает в условиях больших динамических нагрузок циклическогохарактера. Качательныйхарактер шатуна создает полужидкостный характер смазки, что обусловливает неравномерный износ.

Выводы

1.КонструкциисистемсмазоквДВСзависятотразмещениявних запасов масла. Они могут быть с мокрым или сухим картером.

2.Количество моторного масла, циркулирующего по системе, за-

висит:

а) от теплоты, которое отводит масло при номинальном режиме работы двигателя;

б) плотности масла; в) теплоемкости масла и степени его нагрева.

3.Основнымиприборамисистемсмазокявляютсямасляныенасосы, редукционные клапаны, масляные фильтры, масляные радиаторы

исистемы вентиляции картеров.

4.Работоспособность любого ДВС зависитот условий, в которых функционирует моторное масло.

5.Условия работы моторного масла зависят от термодинамическихпараметровработыкоренныхишатунныхподшипниковскольжения

коленчатого вала, а также от термодинамических параметров работы шатунно-поршневой группы в цилиндрах ДВС.

Контрольныевопросы

1.Какая система смазки называется с мокрым картером?

2.Какая система смазки называется с сухим картером?

3.Какие детали ДВС смазываются под давлением?

4.Какиедетали ДВС смазываются разбрызгиванием?

5.От каких параметров зависит количество масла, циркулирующего по магистрали системы смазки?

6.Что такое односекционный масляный насос и в каких системах смазки он находит применение?

7.Что такое двухили трехсекционные масляные насосы и в каких системах смазки они находят применение?

8.Для чего предназначены редукционные клапаны в масляных насосах?

9.Вчемзаключаетсяпринципработыполнопоточногомасляногофильтра?

10.В чем заключается принцип работы фильтра центробежной очистки

масла?

11.Для чего предназначен масляный радиатор?

12.В каком случае масляный радиатор включают в систему смазки последовательно?

13.В каком случае масляный радиатор включают в систему смазки парал-

лельно?

14.Для чего предназначена вентиляция картера ДВС?

15.В чем заключается принцип работы открытой вентиляции картера?

16.В чем заключается принцип работы закрытой вентиляции картера?

17.Как характеризуются тяжелые условия работы коренных подшипников скольжения коленчатого вала, и в чем заключается надежность их работы?

18.Какие требования предъявляются к материалам для изготовления подшипников скольжения?

19.Чем обусловлены более тяжелые условия работы шатунных подшипников скольжения по сравнению с коренными подшипниками скольжения коленчатого вала?

20.В чем заключается принцип работы шатунно-поршневой группы и характеристика условий, в которых она находится?

46

47

Глава3. МОТОРНЫЕМАСЛА

3.1. Основные требования к качеству моторных масел

Надолговечностьдвигателейинадежностьихработыбольшоевлияние оказывает качество применяемых моторных масел.

Нагрузочные и скоростные режимы двигателей приводят к уменьшениюудельнойемкостисистемы смазки, а также к повышениютемпературы основных деталейи узлов. При этом условия работы масла ужесточаются, что приводит к интенсивному процессу его окисления.

Вэтихусловияхумаслапонижаютсяосновныефункции, заключающиесявтом, чтобыснизитьтрение иуменьшитьизнострущихсядеталейза счет созданияна их поверхности прочной маслянойпленки ипри этом обеспечить:

уплотнение зазоров в сопряженных деталях; эффективный отвод тепла от трущихся поверхностей деталей; удаление из зон трения продуктов износа;

защитурабочихповерхностейдеталейоткоррозионноговоздействия продуктов окисления и сгорания топлива;

предотвращение образования всех видов отложений (нагаров,

сохранностьпервоначальныхсвойств, т. е. высокуюстабильность при обводнении, окислении и механическом воздействии;

недопущениебольшогорасходаиувеличениесвоегосрокаслужбы. Для обеспечения указанных функций необходимо, чтобы качество моторного масла удовлетворяло основным эксплуатационным требова-

ниям, а именно:

обладалооптимальнымивязкостнымисвойствами, которыепредопределяют надежную и экономичную работу механизмов, узлов и деталей двигателя на всех эксплуатационных режимах его работы;

имело хорошую смазывающую способность, чтобы предотвращать изнашивание трущихся деталей;

химическаястойкостьдолжнаобеспечиватьминимальноеизменение свойства масла и не допускать образование коррозионно-актив-

было бы устойчиво к процессам испарения, выпаривания при-

надежно защищало трущиеся поверхности и другие металлические детали от атмосферной коррозии.

Чтобы эти эксплуатационные требования были выполнимы, у моторного масла должны быть определенные свойства, важнейшими из которых являются вязкостно-температурные, противоизносные (смазывающие), противоокислительные, диспергирующие(моющие), противокоррозионные и др.

3.2. Эксплуатационные свойства моторных масел

3.2.1. Вязкостно-температурные свойства

Вязкостьмоторногомаслаявляетсяосновнымпоказателем, характеризующим качество смазывания, распределение масла по поверхности трения, потери энергии на трение и износ деталей двигателя.

Вязкость– этотакое свойство масла, которое оказывает сопротивлениеприперемещенииегослоевподдействиемвнешнейсилы. Этосвойствоявляетсяследствиемеговнутреннеготрения, возникающего между молекулами. Различают вязкость динамическую и кинематическую.

Динамическая вязкость характеризуется текучестью масла в экстремальных условиях, то есть при низкой температуре применительно кусловиямпускахолодногодвигателяипривысокойтемпературе, когда скорости сдвига близки к реальным.

Если две поверхности масла площадью в 1 м2 на расстоянии 1 м сдвигаютсявтечение1 сссилойводинН(ньютон), тоединицейизмерениядинамическойвязкости в этомслучае будет пуаз, которыйобозначается буквой = Н с/м2.

Кинематическаявязкость характеризуетсятекучестьюмаслапри нормальнойивысокойтемпературах. Единицейизмеренияявляетсястокс (Ст = см2/с) или сантистокс (сСт = мм2/с).

Сизменениемтемпературывязкость масла существенно изменяется. Так, приизменениитемпературына100 °C вязкостьмасламожетизмениться в 250 раз. На сетке с логарифмическими координатами показана номограммадляопределенияиндексавязкостимоторногомасла(рис. 18).

Учитываялинейный характерзависимости, по номограмме можно определить вязкостьмасла при любойтемпературе. Сповышением температуры вязкость масла понижается, а характер изменения вязкости на графике выражается параболой (рис. 19, а). Такая зависимость неудобна для расчетов вязкости. Поэтому кривую зависимости вязкости от температуры обычно представляют в полулогарифмических координатах, вкоторыхонаприобретаетпрактическипрямойхарактер(рис. 19, б).

48

49

tмасла, С

Рис. 18. Номограммадляопределения вязкости масла при различных его температурах в двигателе

	а)							б)
		Θ						lg Θ
	Кинематическая вязкость
					Температура, θС						Температура, θС

Рис. 19. Зависимость вязкости масла от температуры:

а– в прямолинейных координатах; б – в полулогарифмических координатах

Сповышениемдавлениявязкостьмаславозрастает. Величиныдавления в масляной пленке, заключенной между трущимися поверхностя-

ми, могут быть значительновыше, чемсаминагрузки на эти поверхнос-

ти. Так, вмасляной пленке коренного подшипника скольжения коленчатого вала двигателя величина давления достигает до 500 МПа.

Зависимостьвязкостимаслаотдавленияопределяютпоуравнению Гуревича

р = о (1 + k P),

где р и о – соответственно вязкость при давлении 0,4 МПа и Р, мм2/с; k – коэффициент для нефтяных (минеральных) масел, k 0,025. Сповышениемдавлениявязкостьболеежидкихмаселвозрастаетвмень-

шей степени, чем более вязких масел. При давлении (1,5…2,0) 103 МПа минеральное масло затвердевает. Вводимые в базовое масло присадки способствуютсохранениюнесущейспособностимасляногослояприувеличении нагрузки.

Эксплуатационные факторы, такие как быстрота запуска двигателя, прокачивание масла по системе смазки, охлаждение трущихся деталейи ихочистка отзагрязнений внаибольшейстепенизависятотвязкости масла.

При нормальной работедвигателя с использованиемминеральных (незагущенных) масел из-за накопления продуктов окисления, сгорания

иизноса вязкость масла увеличивается. При этом происходит ухудшение поступления масла к парам трения, снижается работоспособность системы фильтрациимасла и ухудшаются пусковые свойства двигателя.

Из-за неполного сгорания топлива или вследствие утечек его из системы питания оно может попадать в масло работающего двигателя, в результате чего снижается вязкость масла и оно разжижается. Это приводит к износу подшипников скольжения коленчатого вала.

Остепени разжижения масла топливом и о наличии в нем более легких топливных фракций можно судить по параметру, который называетсятемпературойвспышки. Этатемпературахарактеризуетогнеопасность масла, дает представление о характере углеводородов в нем

ипозволяет узнать о наличии примесей легкоиспаряемых компонентов. На температурувспышки масел влияет атмосферное давление, ко-

торое обязательно необходимо учитывать при определении температуры вспышки, используя формулу

t = tP + 0,0345 (760 – P),

где t – определяемая температура вспышки масла;

50

51

tP – температура вспышки масла при атмосферном давлении P; P – атмосферное давление в момент определения температуры

вспышки.

У современных моторных масел температура вспышки обычно больше 200 °C.

Если окажется, что масло разжижено топливом, то температура вспышки станет ниже 175 °C.

С понижением температуры вспышки внутреннее взаимодействие между молекулами масла начнет усиливаться, объем макромолекул полимеров, наоборот, будет уменьшаться и макромолекулы станут «свертываться» в клубки.

При повышении температуры клубкимакромолекул «разворачиваются» в длинные разветвленные цепи, присоединяют к себе молекулы базовогомасла, объемихстановитсябольше, отчеговязкость масла возрастает.

Масла, в которые добавляют загущенные присадки, обладают необходимым уровнем вязкости при положительных температурах от 50 до 100 °C и пологой кривой изменения вязкости (рис. 20).

Θ, мм2/с

1 2

t, θС

Рис. 20. Влияние вязкостной присадки на вязкость масла при различных температурах:

1 – маловязкое масло; 2 – то же масло с вязкостной присадкой (загущенное)

Интенсивность изменения вязкости с повышением или понижением температуры определяется показателем, который называется индексом вязкости (ИВ). Он определяется путем сравнения вязкости данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно-температурные свойства одного из которых приняты за 100, а второго за 0 единиц.

Индекс вязкости определяют по номограмме (рис. 21) расчетным путем или по специальным таблицам. Для определения индекса вязкости по номограмме необходимо знать значения кинематической вязкости масла при температурах 50 и 100 °C.

Рис. 21. Номограмма для определения индекса вязкости моторных масел

Чемвышеиндексвязкости, темболеепологойкривойхарактеризуется моторное масло и тем лучше его вязкостно-температурные свойства (рис. 22).

52

53

2 1

Рис. 22. Зависимость вязкости моторных масел оттемпературыдляразличныхзначенийиндекса вязкости: 1 – ИВ 90; 2 – ИВ 140

Из двух моторных масел с одинаковой вязкостью при температуре 100 °C, носразнымииндексамивязкостиодно(1) можноприменятьтолько в теплое время, так как при низких температурах оно теряет свою подвижность, адругоемасло(2) можноприменятьвсесезонно. Онообеспечит легкийпускдвигателя принизких температурах воздуха ижидкостноетрениеприрабочихтемпературах. Такиемаслаполучилиназвание всесезонные, поскольку они имеют одновременно свойства одного из зимних и одного из летних классов. У всесезонных масел высокий индекс вязкости – 115…140.

Поэтому, учитывая, что вязкость масла и его индекс вязкости характеризует работоспособность узла трения, в стандартах на масла эти параметрынормируютсявколичественномвыражении. Дляавтомобильных моторных масел индекс вязкости должен быть не менее 90.

В системахсмазки современных автомобильныхдвигателейобычноприменяютсязагущенные всесезонные масла. Приих использовании мощностьдвигателяповышаетсяна3..7 %. Этообеспечиваетсявысоким индексомвязкостииспособностьюзагущенныхмаселснижатьвязкость в парах трения при высоких скоростях сдвига.

Кромеэтого, использованиезагущенныхвсесезонныхмаселоблегчает пуск двигателя и сокращает время его прогрева, снижает механические потери на трение, в результате чего снижается расход топлива, увеличивается долговечность деталей и срок службы масла. Экономия топлива при больших пробегах автомобилей достигает более 5 %, а при коротких пробегахв зимнеевремяи с частымипускамидвигателейдостигает до 15 %.

К недостаткам загущенных масел относят низкую стабильность загущенных присадок при высоких температурах, так как это вызывает ухудшениевязкостно-температурныххарактеристикмаселпридлитель- ной бессменной работе их в двигателях.

Считается, что средняя температура масла в картере и в масляной магистрали двигателя равна 100 °C. Эту температуру принято считать рабочей. Вязкость масла при этой температуре включается в его маркировку. Например, в марке масла М-12 Г1 цифра 12 означает номинальную вязкость в сСт при 100 °C. Поэтому правильный подбор масла с оптимальным значением вязкости зависит прежде всего от конструкции и режима работы узлатрения. Этоимеетзначение для каждого конкретного случая.

Так, масла повышенной вязкости требуются для двигателей высоконагруженных, низкооборотных(тихоходных) илиработающихвусловияхнапряженноготепловогорежима. Приэтомчемвышевязкостьмасла в работающем двигателе, тем надежнее уплотнение, меньше вероятность прорыва газов и убыль масла на угар. Поэтому применение масел с большойвязкостью целесообразно в тех условиях, когда двигатель изношен, зазоры увеличены или эксплуатационные условия характеризуютсявысокой запыленностью, повышенной температурой, изменяющимися в значительных пределах нагрузками.

Масла с меньшей вязкостью применяют для легконагруженных высокооборотных(быстроходных) двигателей. Вэтомслучаезапускдвигателястановитсялегче, маслопосистемесмазкипрокачиваетсялучше, теплоотдача от поверхностей рабочих деталей ускоряется и улучшается их очистка от механических примесей.

Свойство, при котором моторное масло теряет свою текучесть, называется застыванием. При понижении температуры до определенной величинытекучестьмасласнижается, апридальнейшемпонижениионо застывает. Процесспроисходитследующимобразом: сувеличениемвязкостимасла из него выделяютсявысокоплавкиеуглеводороды (парафин

54

55

и церезин), а при полной потере текучести масла микрокристаллы твердыхуглеводородов(парафины) образуютпространственнуюкристаллическую решетку, которая связывает все масло в единую неподвижную массу.

Температуру, прикотороймаслополностьютеряетсвоютекучесть,

называют температурой застывания.

Нижний температурный предел применения масла примерно на 8…12 °C выше температуры застывания, то есть

tо.в = tз – (8…12),

где tо.в – нижний температурный предел окружающего воздуха, °C;

tз – температура застывания определенной марки масла (регламентируется стандартом), °C.

Снижениятемпературы застываниямаселдобиваются путемдепарафинизации(частичногоудаленияпарафинов) илидобавлениемприса- док-депрессантов в процессе производства масел. Депрессанты предотвращаютобразованиекристаллическойрешетки, когдакристаллыпарафина объединяютсявобъемныеструктуры. Приэтом, понижаятемпературу застываниямасла, депрессантыне влияютна еговязкостные свойства.

Таким образом, оптимальные вязкостно-температурные свойства маслапредопределяютнадежнуюиэкономичнуюработумеханизмов, узлов идеталейдвигателяна всехэксплуатационных режимахего работы.

3.2.2. Противоизносные (смазывающие) свойства

Под противоизносными (смазывающими) свойствами масла понимают его способность препятствовать износу поверхностей трения, образованию на трущихся поверхностях прочной пленки, исключающей непосредственныйконтактдеталей. Высокиепротивоизносныесвойства маслаособенновостребованыпринебольшихчастотахвращенияколенчатоговала, когдапоявляютсявысокиеудельныенагрузки, атакжекогда геометрические формы или размеры деталей имеют существенные отклонения. Эточреватозадирамииразрушениемтрущихсяповерхностей деталей.

Противоизносные (смазывающие) свойства масла зависят от его вязкости, вязкостно-температурной характеристики, смазывающей способностиичистотымасла. Сповышениемтемпературымаслаегоадсор-

бционный слой ослабляется, а при температуре 150…200 °C прочность масляной пленки достигает грани сухого трения и разрушается.

Масла с высокимипротивоизносными свойствами дляпредупреждения изнашивания способны формировать такой режим трения, который исключает непосредственный контакт трущихся поверхностей металлов. Поэтому изнашивание может быть вызвано цикличностью нагрузок на отдельных участках поверхностей трения, а также усталостнымиразрушениямиметалла (например, усталостные трещины вгалтелях коленчатых валов).

Хорошим смазывающим свойством моторного масла является его способность предотвращать изнашивание, задиры и сваривание путем полирующего действия трущейся поверхности металла продуктами реакциисмазочногоматериала, которыеобразуютсяприхимическомвзаимодействии с металлом. Особенно в этом случае эффективна комбинация расклинивающего и полирующего действия, так как сила трения между трущимися поверхностями зависит от их шероховатости. Чем ровнееповерхностьтрения, темменьшемеханическоеибольшемолекулярное трение, и наоборот. С другой стороны, на мелкошероховатойповерхности масло удерживается лучше. Поэтому для оптимизации режима трения в быстроходных мощных дизельных двигателях на поверхности гильз методом хонингования создают специальные борозды углублений до 3 мкм, в которых удерживается масло для постоянной смазки поверхностей цилиндров. Отложения в кольцевых канавках полируют стенкицилиндров до зеркального блеска.

О смазывающей способности или «маслянистости» масла судятпо егохимическомусоставу, вязкостиипоналичиюприсадок. На маслянистостьмаселоказываютвлияниесмолистыевещества, высокомолекулярныекислотыисернистыесоединения, которыемогутсодержатьсявмаслах и обладать высокими поверхностно-активными свойствами.

Длясниженияпотерьнатрениевмоторныемаславводятантифрикционные присадки, основой которых служат беззольные органические соединения, содержащие в себе благородные металлы: никель, кобальт, хром, молибден. Малорастворимые поверхностно-активные вещества такого типа образуют в узлах трения многослойные защитные пленки с внедрением легирующих металлов в зону трения. Особое место при этом принадлежит молибдену, атомы которого способны связывать атомы железа и образовывать структуры, стойкие к местному выкрашиванию металла (питтингу) и фреттинг-коррозии. Более того, в результате

56

57

окисления поверхностных слоев только этот металл образует оксиды, температура плавления итвердость которыхна порядок ниже, чемуметалла поверхности трения.

Таким образом, правильный выбор вязкости масла в значительной мере влияет на скорость изнашивания. Высоковязкие масла при низких температурахзагустевают, чтозатрудняетихдоступктрущимсяповерхностямдеталей. Втожевремяпускипрогревдвигателянаменеевязких (жидких) маслахоблегчается. Режимжидкостноготрениянаступаетбыстрее.

3.2.3. Противоокислительные свойства

При хранении и в процессе работы моторное масло подвергается глубоким химическим изменениям: окислению, полимеризации, алкилированию, разложению ит. д. Приэтомвмаслахобразуютсякоксовые, смолистые, асфальтеновые и другие вещества.

Учеными Н. И. Черножуковым и С. Э. Крейном, проводившими исследования окислительных свойствразличных масел, было установлено, что для большинства углеводородов первичными продуктами окисления являются перекисные соединения: моноалкил перекиси R–O–O–H, диалкил перекиси R–O–O–R и другие, у которых в дальнейшем окисление и окислительная полимеризация углеводородов протекают еще по двум направлениям:

кислоты – оксикислоты – сложные эфиры – Углеводородные кислые смолы (асфальтогеновые кислоты) перекиси

смолы – асфальтены – карбены – карбоиды

Среди этих групп углеводородов, входящих в состав моторного масла, при высоких температурах легче всех окисляютсяалкановые, затем циклановые и ароматические углеводороды.

Повышенноедавлениевоздухаускоряетпроцессокисления, таккак усиливается процесс взаимной диффузии масла с атмосферным воздухом. При этом решающее влияние на процесс окисленияоказывает температура. Опытнымпутембылоустановлено, чтомасла, хранящиесяпри

температуре 18…20 °C, сохраняют свои первоначальные свойства в течение 5 лет, а начиная с 50…60 °C скорость окисления удваивается сувеличениемтемпературынакаждые10 °C. Поэтомувысокаятепловая напряженность деталейдвигателя, с которыми моторномумаслуприходится контактировать, а также взаимодействие его с отработавшими газами, которые прорываютсявкартеризкамерсгорания, резкоухудшают его качество.

Продолжительностьработымаславдвигателезависитотегохимической стабильности, под которой понимают способность масла сохранять свои первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах.

На стабильность моторныхмаселсильноевлияние оказываютследующиефакторы: химическийсостав, температурныеусловия, длительность окисления, каталитическое действие металлов и продуктов окисления, площадь поверхности окисления, а также присутствие в маслах воды и механических примесей.

Повышение термической напряженности моторных масел зависит от конструкции ДВС и принципов их работы.

Например, использованиенаддува, применениегерметизированной системы охлаждения, уменьшение объема системы смазки, масляное охлаждениепоршнейидругиеконструктивныерешениявызываютвозрастание опасности термического и механического разрушения масляной пленки в основных сопряженных парах узлов и механизмахдвигателя.

Врезультатеэтоговозможныизносдеталей, загрязненияпродуктамиокислительнойполимеризацииуглеводородовмаслаитопливаспоследующим закоксовыванием поршневых колец, засорением дренажных отверстиймасляныхканаловит. д. Всеэтиявленияснижаютнадежность работы двигателей, увеличивают затраты на их техническое обслуживание, а в ряде случаев являются причиной аварийных ситуаций и преждевременного выхода их из строя.

Таким образом, чтобы обеспечить минимальное изменение свойства моторного масла и не допустить образования корзозионно-актив- ных продуктов с вредными отложениями в нем, масло должно обладать достаточной химической стойкостью. Для замедления реакций окисления и уменьшения образования отложений в двигателе в моторные масла вводят противоокислительныеприсадки, действие которых основано на торможении образования активных радикалов в начальной стадии цепного процесса окисления, разложении уже образовавшихся переки-

58

59