10. Функції і властивості моторних олив
1. Застосування моторних олив
Сучасні двигуни відрізняються від попередніх більшою потужністю, теплонапругою і підвищеним навантаженням на деталі. Вдосконалення конструкції двигунів, підвищення рівня форсування навантажувальних і швидкісних режимів їх роботи і розширення діапазону кліматичних умов експлуатації автомобільної техніки ставить більш високі вимоги до якості моторного оливи, так як дія високих тисків, температур, агресивного середовища продуктів згоряння, швидкості переміщення деталей створює жорсткі умови роботи двигунів.
Експлуатаційні показники моторних олив в дизельних двигунах вказують на однаковий характер їх зміни для олив різних марок, але глибина самих змін різна.
Дуже важливими є оцінка цих змін з точки зору вибору необхідної групи оливи для двигуна. Існують надійні критерії напруги роботи двигуна для підбору оливи відповідного сорту.
Для виконання мастильних, терморегулюючих, миючих і інших функцій моторного оливи в двигуні призначена мастильна система, від конструктивних особливостей і параметрів якої в значній степені залежать умови роботи оливи.
Основними параметрами і особливостями системи, що харектерезують умови роботи оливи є кількість оливи, кратність циркуляції, продуктивність масляного насосу, необхідність охолодження поршнів оливам, будова і тип засобів очистки.
Об’єм оливи GM в мастильній системі повинен бути мінімальним, але достатнім для забезпечення мащення пар тертя деталей і компенсації витрати між дозаправками.
Його визначають за емпіричною формулою
,
де а = 0,742 - коефіцієнт.
Питомий об’єм оливи в мастильних вітчизнняних системах приблизно такий як у США (0,12…0,33л/кВт), але менший ніж в Англії (0,22…0,42л/кВт) і Німечинні (0,27…0,62л/кВт).
Посилення функціональних властивостей мастильних систем, що забезпечує ріст довговічності й економічності двигуна може бути досягнуто різними методами. Найважливішими факторами є підвищення якості використовуваного оливи і спосіб його очистки (табл. 1).
Незалежно від типів і конструкцій двигунів, умов і напруження їх роботи моторне олива повинно виконувати слідуючі основні функції:
безперервно надходити до деталей ,що труться при любих режимах роботи і температурних умовах;
забезпечити мінімальний знос деталей двигуна з мінімальними витратами енергії на здолання тертя;
захищати деталі від корозії;
не утворювати при тривалій роботі великої кількості відкладень на деталях циліндро-поршневої групи;
не змінювати своїх властивостей в процесі роботи, збереження, транспортування й заправки;
володіти сумісністю при змішуванні в межах однієї класифікаційної норми.
При цьому від оливи вимагається також, щоб воно зберігало свою працездатність в широкому діапазоні температур,не викликало особливих труднощів при зберіганні, транспортуванні й заправці в баки машин, не було токсичним ,пожежонебезпечним і не викликало небезпечного забруднення оточуючого середовища.
Таблиця1
Фактори, які підвищують ефективність роботи мастильних систем.
Найменування фактору |
Вплив фактора на параметри |
|||
знос деталей |
нагороутворення |
строк служби оливи |
загальні витрати оливи |
|
Підвищення вмістимості системи |
Незначний вплив |
Збільшення |
||
Зменшення витрати оливи на згоряння |
Також |
Можливе деяке збільшення |
Зниження |
|
Підвищення ефективності засобів очистки оливи |
Значне зниження (в 1,3…1,4 рази) |
Збільшення |
Зниження |
|
Підвищення якості моторного оливи |
Значне зниження (в 1,5…2,0 рази) |
Збільшення в 2 рази |
Зниження в 1,1…1,2 рази |
|
2. Фізико - хімічні показники й експлуатаційні властивості моторних олив
Серед великої кількості фізико-хімічних показників, які наведенні у відповідних стандартах на моторні оливи, лише деякі характеризують експлуатаційні властивості і дозволяють судити про їх використання в тому чи іншому двигуні.
Моторні оливи, які б володіли всім комплексом необхідних властивостей, отримати практично неможливо, так як багато вимог суперечать одна одній. У зв’язку з цим, до кожного сорту оливи ставлять вимоги по тим показникам, які є вирішувальними, а по іншим встановлюють менш жорсткі вимоги.
Експлуатаційні якості олив для двигунів внутрішнього згоряння залежать від фізико-хімічних показників, які можна розділити на слідуючі групи: впливаючі на в’язкістно-температурні й змащувальні якості, впливаючі на утворення вуглеводневих відкладень на деталях двигуна; впливаючі на корозійний знос деталей.
В’язкістні і низькотемпературні властивості
В’язкість моторних олив впливає на:
витрати потужності на тертя;
крутний момент при запуску;
циркуляцію оливи в системі змащування;
витікання через ущільнення;
очистку деталей від забруднень;
фільтрацію та витрата оливи.
У відповідності з гідродинамічною теорією змащування, у вузлах тертя з гідродинамічним режимом змащування, несуча здатність змащувального шару збільшується з підвищенням в’язкості змащувального матеріалу.
В парі тертя вал-підшипник, під час обертання вал “накачує” шар оливи в клиновидну частину зазору і випливає на утвореному ним масляному потоці .Чим вища в’язкість, тим більше навантаження витримує масляний клин. Аналогічно при зворотно-поступальному русі поршня в циліндрі утворюється масляний клин між стінками поршня, поршневих кілець і циліндра, завдяки якому рух їх відбувається без твердого контакту. При збільшенні в’язкості оливи утворюється краще ущільнення поршневих кілець,що створює перешкоду попаданню оливи в камеру згоряння, в результаті олива менше вигоряє й зменшується його втрата.
В той же час, олива з підвищеною в’язкістю погіршує пускові якості двигуна, збільшує затрати потужності на здолання тертя і тим самим збільшує витрату палива. Менш в’язка олива краще фільтрується, очищає деталі, що труться, від забруднень і краще їх охолоджує, а тому бажано застосовувати менш в’язкі оливи.
Таким чином, з точки зору вибору в’язкості оливи створюється протиріччя. Воно поглиблюється ще тим, що в’язкість оливи в сильній степені залежить від температури, діапазон якої у двигуні дуже великий. В картері двигуна перед пуском в зимових умовах температура оливи понижується до – 300С…-400С, а при роботі на номінальному режимі піднімається до 1000С і більше. На днищі поршня температура досягає 2500С…3600С, в зоні поршневих кілець 2200С...2500С, в підшипниках колінчастого валу 1500С (рис.1).
Вплив в’язкості на одні експлуатаційні характеристики проявляється при низьких температурах, а на інші – при високих температурах. У зв’язку з цим велике практичне значення має визначення схеми експлуатаційних вимог до в’язкісно-температурних властивостей оливи (рис .2).
Вирішальним фактором при виборі в’язкості змащувальних матеріалів є затрати енергії на тертя. Тому в’язкість оливи повинна бути мінімальною, але достатньою для утворення надійного масляного клину на самому високому температурному режимі його роботи. Максимальна в’язкість обмежується умовами пуску двигуна. З ростом в’язкості росте опір розкрутки двигуна і зменшується або зупиняється подача оливи до вузлів тертя. Максимальна в’язкість оливи, при якій можливий запуск двигуна від стартера, вважається 2000…5000 мм2/с. Більш точна її величина залежить від конструкції двигуна й потужності стартера. Циркуляція оливи в системі мащення зупиняється при в’язкості 20000 мм2/с. Помітне зменшення подачі й погіршення розбризкування оливи в середині вузлів тертя відбувається вже при в’язкості 4000…5000 мм2/с.
Рис. 2. В’язкістно-температурна характеристика натурального
та загущеного олив (принципова схема)
Ступінь відповідності протирічним вимогам по в’язкості олив визначається похилістю в’язкістно-температурної характеристики (рис.3). Вона краща, коли в’язкість оливи в залежності від температури змінюється менше. Чим похиліша крива тим краще пристосовується олива до умов роботи.
Рис.3. Вимоги до в’язкістно-температурних властивостей олив:
1 – натуральне нафтове олива; 2 – загущене олива
на оливав’язкій основі; 3 - малов’язка основа.