Смазывание и расход масла
В принципе, поршень четырёхтактного ДВС смазывает коленчатый вал направленно и свободно разбрызгиваемым маслом. Щёки кривошипа коленчатого вала, тем не менее, обычно не погружаются в масляную ванну. Это повлекло бы за собой вспенивание масла, а также потерю мощности. Для смазывания стенки цилиндра необходимое масло выделяется, согласно предписанию, на местах установки коренного и шатунного подшипников. Так как коленчатый вал вращается, то это масло распределяется в виде капелек по всей кривошипной камере и, если поршень находится в верхней части цилиндра, разбрызгивается таким образом также по его стенке.
У двигателей с более высоко нагрузкой или у двигателей, у которых в местах установки подшипников выделяется только небольшое количество масла, смазывание стенки цилиндра обеспечивается посредством использования просверленных шатунов, которые на опорной стороне юбки поршня дополнительно разбрызгивают масло на стенку цилиндра (рис. 2). Удвигателей, которые для более лучшего теплоотвода поршней имеют охлаждение разбрызгиваемым маслом, такие меры не нужны. Благодаря непосредственному охлаждению внутри поршня имеется и без того достаточное количество масла, которое на его пути смазываеттакже и стенку цилиндра.
В зависимости от частоты вращения, давления масла и конструктивных данных, находящиеся на стенке цилиндра капельки масла должны счищаться и распределяться с помощью маслосъёмных поршневых кольц. Чтобы достичь оптимального смазывания при минимальном расходе масла, масляная плёнка на стенке цилиндра может быть лишь толщиной 1 -3 мкм. Более тонкая масляная плёнка вызывает полусухое трение и сильный износ элементов конструкции, более толстая, как правило, повышеный расход масла. Причины появления более тонкой и, соответственно, более толстой масляной плёнки описаны, кроме того, в главе 1.5.6 Выпуклая форма рабочей поверхности.
Рис. 2
Моторное масло
Моторное масло - это самый важный компонент в двигателе. Если бы элементы конструкции не смазывались и охлаждались маслом, то работа двигателя внутреннего сгорания, такого, как мы его сегодня знаем и используем, была бы невозможна. Масло разделяет детали, скользящие друг подругу, тонким масляным слоем и предотвращает металлическое трение и, вместе с тем, износ. Кроме того, моторное масло должно транспортировать тепло и частички загрязнения в пределах двигателя.
Все важные задачи моторного масла:
• Смазывание (разделение трущихся друг о друга металлических поверхностей).
• Охлаждение (теплоотвод).
• Транспортировка загрязнений.
• Устойчивость по отношению к срезанию (например, вызваному острыми кромками поршневого кольца).
• Уплотнение камеры сгорания по отношению к картеру и к впускным и выпускным каналам через направляющие втулки к приводу клапанов.
• Диспергирование твердых примесей, пыли, продуктов истирания и таких продуктов сгорания как сажа или пепел.
• Защита частей двигателя от коррозии по отношению к агрессивным продуктам сгорания посредством образования защитных покрытий на металлической поверхности.
• Нейтрализация кислых продуктов сгорания химическим преобразованием.
• Передача сил в гидравлических натяжныхустройствахдля цепей и толкателях клапана.
• Содержание в чистоте частей двигателя посредством отделения остаточных продуктов сгорания и продуктов старения моторного масла с помощью маслорастворяющего мыла.
• Защита от износа (друг против друга двигающихся частей двигателя).
• Обезвреживание нежелательных продуктов сгорания.
Моторное масло состоит из базового масла и присадок. Чтобы улучшить качества базового масла, к нему добавляются присадки. Содержание присадок и их состав соответствуют требованиям, которые предъявляются маслу.
Присадки действуют или влияют, например, на:
• Вязкость и текучесть.
• Поверхностно-активные свойства.
• Способность нейтрализации.
• Нейтральные свойства по отношению к материалам уплотнения.
• Незначительное пенообразование.
• Долгий срок употребления, длительные интервалы времени между сменой масла.
• Низкий расход масла.
• Низкий расход топлива.
• Совместимость топлива.
• Удовлетворяющие экологическим требованиям качества.
Моторное масло расходуется за счёт старения и контаминации. Присадки в масле расходуются, а агрессивные продукты сгорания и грязь засоряют масло. Частично старение масла вызывается высокими температурами.
Моторное масло состоит из длинных цепей молекул углеводорода. При этом вязкость масла определяется длиной цепей молекул. Длинные молекулы имеют более высокую вязкость чем короткие. Длинные цепи молекул разделяются в режиме работы двигателя на более короткие. Это отрицательно влияет на вязкость и способность смазывания. Тогда в экстремальных ситуациях масло обладает меньшей сопротивляемостью и больше не может обеспечивать желаемый эффект смазывания.
Бессмысленно подвергать моторное масло специальным процедурам по тонкой очистке для того, чтобы удалить по возможности большое количество частиц загрязнения. Само масло станет проблемой, а не находившиеся в нём загрязнения.
Примечание: в некоторых странах масло фильтруется через платки и затем снова перепродаётся.
Благодаря процессу сгорания образуются кислоты и другие вредные вещества, которые постепенно разлагают масло. Кроме того, под влиянием жары испаряется часть составных частей масла, имеющих низкую температуру кипения, так, что даже здесь происходит изменение в его химическом составе. Поэтому применение так называемых фильтров тонкой очистки, которые обещают использование масла без его смены, спорно. Масло, а также дорогостоящие присадки необходимо снова и снова дополнять, так как каждый двигатель расходует естественным путём масло, и рано или поздно в нём этого масла бы уже не было. Поэтому монтаж таких дополнительных систем едва ли выгоден для владельца транспортного средства.
Резюме:
Как базовое масло, так и присадки со временем расходуются, так что масло время от времени требуется обновить (смена масла). Благодаря смене масла и фильтра вредные продукты сгорания удаляются из двигателя и обезвреживаются.
Свежее масло лучше смазывает и очищает и, к тому же, обла дает новым потенциалом для противодействия вредным влияниям, которым оно подвер-
Расход масла в общем
Под расходом масла специалисты понимают то количество масла, которое попадает в камеру сгорания и там сгорает. Но не то масло, которое проходит через уплотнения и капает с двигателя снаружи. В этом случае говорят не о расходе масла, а о его потере.
Расход масла в системе «поршень - поршневое кольцо - диаметр цилиндра
Нормальный или обусловленный конструкцией расход масла
Масло, которое из кривошипной камеры мимо системы «поршень - поршневое кольцо - диаметр цилиндра» попадает в камеру сгорания, сжигается и таким образом расходуется. По причине конструкции двигателя внутреннего сгорания и системы уплотнения «поршень поршневое кольцо - диаметр цилиндра» при эксплуатации двигателя происходит естественное потребление масла, которое можно назвать «нормальным».
Моторное масло в виде тонкой масляной плёнки (толщиной прим. 1-3 мкм) находится на стенке цилиндра и при движении поршня в рабочем такте вниз подвергается высоким температурам сгорания. Благодаря горячим отработавшим газам при каждом рабочем ходе небольшое количество масла испаряется, а также сгорает. Это количество масла через некоторое время становится заметным при расходе масла. Кроме того, из-за реверсивного движения поршня в верхней мёртвой точке и при этом появляющихся сил инерции происходит отделение масла от поршневых колец. Это количество масла сгорает при следующем рабочем такте.
Основными причинами расхода масла являются;
• Ошибка в турбонагнетателе (дефектные подшипники, забитые сливные смазочные линии).
• Ошибка в механических топливных насосах высокого давления (ТНВД) (изношенные элементы насосов).
• Изношенные уплотнения стержня клапана и направляющих клапана
• Ошибка в системе уплотнения «поршень - поршневое кольцо - внутренний диаметр цилиндра» (смотри следующую главу).
Повышенный и чрезмерный расход масла
Чрезмерный расход масла, который вызван только системой уплотнения «поршень - поршневое кольцо - диаметр цилиндра», всегда нужно приписывать причинам, за которые поршневые кольца первоначально не отвечают. Поршневые кольца, правда, являются участниками, но не виновниками.
Причинами повышеного расхода масла, вызваного плохим уплотнением поршневых колец, являются:
• Изношенные кольца (уменьшение радиальной и осевой толщины стенки).
• Неправильное хонингование.
• Абразивные износ из-за грязи (глава 2.6.4 Грязь).
• Овальные и/или некруглые внутренние диаметры цилиндра (см. также главу 2.3.5 Геометрические характеристики цилиндра и круглость).
• Изношенные из-за загрязнений и длительного срока эксплуатации поршни (кольцевые канавки).
• Изношенные диаметры цилиндра (некруглые, отполированные, перекошенные).
• Перекос поршня из-за погнутых шатунов (см. 2.6.1 Перекос поршня).
 |
Рис. 1 |
Важное указание: Дальнейшую информацию по теме «Расход масла и потери масла» Вы найдёте в брошюре от Motor Service с тем же названием,которая также появилась в серии «Сервис рекомендации и информация».
• Неправильная спецификация масла.
• Израсходованное и старое масло.
• Полусухое трение из-за избытка топлива в камере сгорания (см. 2.6.5 Избыток топлива в камере сгорания).
• Вибрация кольца (смотри главу 2.6.7 Вибрация кольца).
• Расцарапанныеуплотнительные поверхности (боковые стороны канавки) из-за неправильной чистки кольцевых канавок.
• В кольцевых канавках заедающие кольца из-за загрязнений, масляного нагара или из-за того, что они погнуты (неумелое обращение).
• Отсутствующий зазор на дне канавки из-за неправильных колец или нагарообразования (неправильная спецификация масла),
• Неправильная комплектация кольца, неправильная высота кольца, неправильная радиальная толщина стенок, неправильная форма (кольцо прямоугольного сечения в канавке трапециевидной формы и наоборот).
• Неправильный монтаж маслосъёмных поршневых колец (неправильный монтаж пружины-расширителя).
• Повреждённые края кольцевой канавки после чистки и использования наждака.
Определение расхода масла (сравнительные величины)
Расход масла можно определить количественно различными способами. При эксплуатации двигателя на испытательном стенде расход масла указывается в граммах на киловатт-час. При этом хорошие системы уплотнения достигают расхода масла от 0,5 до 1 г / кВч. Этот вид количественного определения не подходит для практического использования, так как ни расход масла невозможно установить точно в граммах, ни измерить мощность при эксплуатации автомобиля.
По этой причине расход масла часто указывается в литрах / 1 ООО км или в процентах от расхода топлива. При этом в основном используется последний вариант, так как такое указание является более точным, чем указание в литрах на 1 ООО км. Причина для этого состоит в том, что двигатели используются также и стационарно, а автомобильные двигатели работают от части длительные периоды времени на холостом ходу (пробки, время ожидания у светофора, время загрузки, использование кондиционера). К этому нужно прибавить ещё время, в которое двигатель должен использоваться для работы таких вспомогательных механизмов двигателя, как подъёмные краны или для работы насосов без того, чтобы транспортное средство проехало даже километр.
Когда имеет место повышенный расход масла?
Мнения по поводу того, когда имеет место повышенный расход масла, сильно расходятся на практике и в зависимости от страны. Широко распространённое предположение или ожидание, что двигатель не расходует никакого масла, или может его не расходовать, ошибочно в принципе по вышеназванным причинам.
Каждый производитель двигателей имеет для каждого из своих двигателей ориентировочные значения или предельно допустимые значения для расхода масла. Если предполагается повышенный расход масла, то нужно разузнать ориентировочные значения или предельно допустимые значения для расхода масла у соответствующего производителя двигателей. Справочники мастерских и инструкции по эксплуатации вомногихслучаяхтакжедают справку о расходе масла соответствующего двигателя.
Если нет точных данных о расходе масла со стороны производителя двигателей, то у грузового автомобиля можно считать расход масла от 0,25 до 0,5 %, по отношению к фактическому расходу топлива.
У двигателей маленьких легковых автомобилей расход может быть ещё меньше. Здесь расход масла - от 0,1 % до 0,5% от расхода топлива.
В принципе, дизельные двигатели расходуют большее количество моторного масла, чем бензиновые двигатели. Двигатели с турбонагнетателем нуждаются по причине смазывания турбонагнетателя также в большем количестве масла, чем двигатели без турбонагнетателя.
Пример расчёта для грузового автомобиля
Грузовой автомобиль расходует примерно 40 л топлива на 100 км. На 1 000км- это 400 л топлива.
0,25% от 400 л топлива - это 1 л расхода масла.
0,5% от 400 л топлива - это 2 л расхода масла.
Пример расчёта для легкового автомобиля
Легковой автомобиль расходует примерно 8 л топлива на 100 км. На 1 000 км- это примерно 80 л топлива.
0,1% от 80 л топлива - это 0,08 л расхода масла.
0,5% от 80 л топлива - это 0,4 л расхода масла.
Однако ясно, что расход масла ниже всего после фазы приработки и его потребление растёт в течение всего периода эксплуатации двигателя. По этому минимальные значения - это скорее для новых двигателей, и максимальные для двигателей, которые прошли уже 2/3 их срока службы. Также у двигателей, у которых производились только частичные ремонты (например, замена поршней или только поршневых колец), нужно ожидать того, что для расчёта расхода масла нужно будет использовать максимальное значение. Все части двигателя изнашиваются одинаково. Если обновляется только 10% частей, то ожидаемые от частичного ремонта улучшения, составляют в идеальном случае тоже не больше 10%.
Определение расхода масла и обращение с ним
При расходе масла нужно различать между различными техническими данными:
Нормальный расход масла
Расход масла лежит в пределах данных производителем количественных указаний или в пределах, указанных в предыдущей главе значений. Нет никаких недостатков или причин для рекламации.
Повышенный расход масла
Расход масла у грузового автомобиля увеличился прибл. вдвое или даже втрое по сравнению с нормальным расходом масла. У двигателей легковых автомобилей - примерно от 0,5 до 1 л / 1 ООО км. Двигатель работает нормально и не имеет признаков голубого дыма из выхлопного тракта.
Проявление
Транспортные средства, которые прошли уже 2/3 их срока службы. Также новые и отремонтированные двигатели, которые находятся ещё в фазе приработки. Двигатели, которые эксплуатируются при неблагоприят-
ных условиях (высокая температура окружающей среды, частые поездки на короткие дистанции, режим холостого хода,эксплуатация транспортного средства с прицепом, и т. д.).
Меры по устранению неисправности
Совсем необязательны, однако, наблюдение и регулярный контроль уровня масла / дополнение масла необходимы, чтобы в режиме работы двигателя не позволить опуститься уровню масла ниже минимума. При случае нужно выяснить, вследствие чего вызван повышенный расход масла. Наряду с самим двигателем нужно принять во внимание также такие вспомогательные механизмы двигателя как турбонагнетатель, механические топливные насосы высокого давления (ТНВД) и вакуумные насосы или же равномерное распределение на все вспомогательные механизмы. При определенных условиях можно снова улучшить расход масла целенаправленными ремонтами. Если имеется повреждение в одном из вспомогательных механизмов двигателя, от которого значительно зависит потребление масла, то тогда расход масла может вырасти скачкообразно.
Чрезмерный расход масла
Расход масла составляет у легкового автомобиля более чем 1,5 л, у тяжелых грузовых автомобилей более чем 5 л.
Расход масла можно заметить не только на указателе уровня, но и уже визуально в виде голубого дыма (особенно после принудительного холостого хода). Количество дополненного масла доставляет существенные дополнительные расходы, которые включают в себя расходы на необходимый основательный технический осмотр, ремонт или капитальный ремонт вспомогательных механизмов двигателя.
Проявление
У полностью изношенных двигателей и двигателей, которые неправильно или недостаточно ремонтировались. При таких повреждениях двигателя какзадиры поршня, разрушение поршня, повреждения турбонагнетателя, повреждения головки блока цилиндров или при выходе из строя прочих смазывающихся маслом вспомогательных механизмов двигателя.
Правильно проверять и определять уровень масла в двигателе и его расход
Измерение уровня масла
Часто при контроле уровня масла возникают ошибки при снятии показаний, которые ведут к ложной интерпретации фактического расхода масла. Транспортное средство должно стоять на ровной поверхности и после отключения двигателя масло должно получить 5 минут времени, чтобы стечь назад в масляный поддон и капать правильно. Указатель уровня после вытягивания держать вниз, чтобы масло не сбегало обратно по измерительному стержню и результат измерения не был сфальсифицирован. Иначе будет установлен ошибочный уровень масла и, возможно, будет долито масло, хотя в двигателе ещё достаточное его количество.
Если масла действительно не хватает, то оно дополняется медленно и в небольших количествах (постепенно по 0,1 л). Если наполняется слишком быстро и слишком большое количество масла, то уровень масла будет затем слишком высок. Если коленчатый вал из-за слишком высокого уровня масла погружается в масляную ванну, то масло поднимается, разбрызгивается и доставляется в форме капелек к вентиляции картера двигателя. Так как вентиляция картера двигателя присоединена к такту впуска, то масло проходит в камеру сгорания, где и сгорает. При вентиляции двигателя после смены масла наполняется не указанное количество, а только до маркировки минимума. Затем двигатель запускается, до тех пор, пока не появится давление масла. После отключения двигателя маслу даётся снова несколько минут времени, чтобы стечь назад в масляный поддон. Только тогда уровень масла измеряется ещё раз и наполняется вплоть до максимальной отметки.
Определение расхода масла на дороге
• Правильно измерить уровень масла и дополнить до максимальной отметки.
• Проехать на автомобиле 1 000 км и при этом документировать расход топлива.
• После 1 000 км снова измерить уровень масла и дополнить до максимальной отметки. Дополненное количество является тогда расходом масла на
1 000 км.
• Альтернативным методом (и это более точный метод) является сравнение соотношения дополненного количества масла и документированного расхода топлива с вышеназванными значениями.
Слив и измерение количества масла до и после контрольного заезда не оправдали себя на практике. Ошибки при измерении из-за потерь масла (приёмные сосуды и т.п.) противостоят точному измерению.
Количество заполняемого масла
Особенно осторожно нужно обходится с количеством заполняемого масла, которое указано в справочниках или в инструкции по эксплуатации. Часто не делается различия между начальным количеством масла (для сухого, свободного для масла двигателя) и количеством после смены (с/без смены масляного фильтра).
Фактом является то, что при смене масла определённое количество масла остаётся в двигателе (в трубопроводах, каналах, масляных радиаторах, масляных насосах, вспомогательных механизмах и на поверхностях). Если при смене масла наполняется его начальное количество, то тогда уровень масла слишком высок. Но также может создаться и противоположная ситуация. Количество масла после его смены указано слишком низко.
Если двигатель запускается, то в конце концов отсутствует масло. Если наполнение происходит неправильно и затем уровень масла не контролируется, то это слишком часто интерпретируется как расход масла. В любом случае обращайте внимание также на правильную вязкость масла. Масло с низкой вязкостью (жидкое) расходуется быстрее, чем масло с более высокой вязкостью. Используйте только предписанное производителем двигателей масло.
Рекламации по расходу масла и помощь
Это было бы корректнее, если бы рекламации из-за слишком высокого расхода масла делались только тогда, когда транспортное средство периодически проходило бы предписанный технический осмотр. Также должны использоваться правильные запасные части, а также предписанное моторное масло. Повышенный расход масла не появляется внезапно. Двигатель продолжает без проблем работать также с повышенным расходом масла. Отсутствие ухода и вследствие этого вызванный более сильный износ часто проявляются только в прогрессивном возрасте транспортного средства. Деньги, сэкономленные при уходе двигателя, платятся, в конце концов, из-за повышенного расхода масла и намного раньше начинающихся ремонтов.
 |
Рис. 1 |
Успех ремонта для устранения превышенного расхода масла зависит в высшей степени от затрат времени и расхода сырья и материалов.
Таким образом,владелец транспортного средства или ремонтные предприятия определяют сами, насколько удовлетворительным будет результат ремонта.
С уверенностью можно точно сказать: благодаря монтажу новых поршневых колец изношенный двигатель может ещё довольно долго продолжать свою работу. Тем не менее, улучшение расхода масла больше невозможно.