§ 7.3. 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 I03
Малофорсированные	14,7—18,4	5-6	(2 + 3)103
Среднефорсированные	18,4—25,7	6—7,5	(3 + 4,5) I03
Высокофорсированные	25,7	7,5-8,5	(4,5 +5,5) 103

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 Б₂ вторая 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 в сравнении с нефтя­ными. 5. Каким образом учитывается наличие сернистых соединений в дизельном топливе при оценке теплонапряженности двигателя?