Применяемые на малых судах конвертированные автомобильные двигатели и подвесные лодочные моторы имеют высокую теплонапряженность. Так, в зоне цилиyдро-поршyевой группы рабочая температура доходит до 280—300° С, в подшипниках коленчатого вала — 130—170° С. В картере двигателя температура масла достигает 70—120° С.
Моторные масла в процессе работы в двигателях стареют значительно быстрее, чем смазки, применяемые в узлах менее напряженных механизмов. В результате окисления и термического распада масел в двигателях образуются высокотемпературные отложения. Кроме процессов окисления происходит загрязнение масла частичками металла, снимаемого с поверхностей трения.
Изменения в маслах происходят также под влиянием продуктов сгорания. Для карбюраторных двигателей характерно разжижение масла тяжелыми несгоревшими остатками топлива и загрязнение металлами, входящими в состав этиловой жидкости. В дизелях происходит загрязнение масла сажей и окислами серы, которые, соединяясь с конденсирующейся из воздуха водой, образуют вредные для металлов минеральные кислоты.
При накоплении в масле примесей, с которыми уже не может справиться масляный фильтр, происходит постепенное «залегание» и пригорание поршневых колец, что приводит к увеличению прорыва газов в картер, перерасходу масла, уменьшению компрессии и мощности, увеличению износа.
Моторные масла должны обладать достаточной вязкостью и умеренной зависимостью ее от температуры, высокой химической стабильностью при транспортировке и хранении, неспособностью к образованию нагаров и лакообразований на горячих поверхностях. Они не должны образовывать осадки в зонах пониженных температур должны иметь высокие антикоррозийные свойства.
Для правильного применения различных масел нужно хорошо знать, какое влияние оказывает их качество на работу двигателя, свойства основных сортов и марок масел, уметь грамотно разбираться в обозначениях.
Важнейшей характеристикой моторных масел является вязкость. Она влияет не только на жидкостное трение, но и на отвод тепла, уплотнение, легкость запуска двигателя. Обычно указывается кинематическая вязкость, являющаяся удельным коэффициентом внутреннего (динамического) трения, другими словами — отношением динамической вязкости к плотности масла. Вязкость моторных масел принято определять в сантистоксах (сСт) при температуре 100° С.
Вязкость масел с увеличением температуры уменьшается. Степень этого изменения называется индексом вязкости, который в свою очередь зависит от состава масла. Чем меньше меняется вязкость при изменении температуры, тем лучше его качество.
В стандартах указывается вязкость масла при температурах 100°С или 50°С, при нулевой температуре (иногда при — 18°С), а также индекс вязкости. В двигателях широкого применения образование надежного масляного слоя обеспечивается маслами с вязкостью 8—12 сСт при 100°С. Для карбюраторных двигателей применяются масла с вязкостью 6—8 сСт зимой и 8—12 сСт летом. Условия работы дизелей тяжелее, чем карбюраторных двигателей, поэтому для них предназначены более вязкие масла: 10—12 сСт летом и 8 сСт зимой, которые, кстати, рекомендуется применять, когда двигатель изношен, при работе в запыленном воздухе.
В значительной степени вязкость зависит и от давления. Эта зависимость становится заметной уже при давлениях, превышающих 50—60 кгс/см2. При увеличении давления до 100 кгс/см2 вязкость возрастает примерно на одну треть, а при 600 кгс/см2 — в 3—4 раза.
Износные свойства моторных масел
Вязкие масла образуют более прочный масляный слой, способный выдерживать высокие нагрузки. Однако это не означает, что более вязкие масла обеспечивают меньший износ. В двигателях основной износ приходится на период пуска и прогрева. Вязкие, сильно загущенные масла при низких температурах хуже поступают к трущимся поверхностям, вследствие чего они дольше работают в условиях неблагоприятного граничного1 и даже сухого трения. А это приводит к повышенным износам, увеличению затрат энергии на преодоление внутреннего трения и перерасходу топлива.
Поэтому для уменьшения износа также рекомендуется применять масла, обладающие достаточной вязкостью при высоких температурах и небольшой при низких, иначе говоря — с высоким индексом вязкости 83—85, а у загущенных масел даже более 120.
Способность моторных масел предохранять детали от износа определяется не только вязкостью и вязкостно-температурной характеристикой. Она зависит еще от химического состава и наличия в масле абразивных механических примесей.
Стандарты и технические условия на большинство масел и смазок не допускают наличия механических примесей. Только в маслах с присадками может быть до 0,015% неабразивных примесей. Поэтому необходимо оберегать масло при хранении и транспортировке от попадания в него пыли и грязи. Пыль содержит мелкие частички кварца, имеющие твердость выше, чем у многих металлов, и резко увеличивающие износ.
Проверить масло на содержание механических абразивных примесей в условиях эксплуатации можно следующим образом. Капля хорошо перемешанного масла наносится на чистое сухое стекло и закрывается сверху другим стеклом. Затем нужно сжать стекла пальцами и подвигать одно относительно другого. При наличии в масле абразива будет слышен скрип. Рекомендуется повторить этот опыт для надежности 2—3 раза.
Использовать в двигателе масло можно только в том случае, если абразив не обнаружен. Если же абразив обнаружен, применение такого масла допускается в крайнем случае только после удаления абразива отстоем или фильтрацией с последующей проверкой.
Присадки к маслам — это сложные органические или металлоорганические соединения, применяемые для улучшения эксплуатационных свойств масла. В комплекс присадок (до 4—6 наименований) входят присадки различного назначения. Общее количество их достигает 3—15% веса масла.
Присадки должны полностью растворяться в маслах, не выпадать в осадок при хранении, не растворяться в воде, не задерживаться фильтрами и т. д.
Вязкостные присадки, повышающие вязкостно-температурные свойства масел, добавляются в количестве до 3% веса масла.
Моющие диспергирующие присадки снижают нагаро- и лакообразования на деталях цилиндро-поршневой группы. Действие их сводится к тому, что все углеродистые частицы, образующиеся как в самом масле, так и попадающие в него при неполном сгорании топлива, все продукты старения и окисления пер годятся в тонкодисперсное состояние. Такие мелкие частицы циркулируют вместе с маслом, не осаждаясь на горячих деталях двигателя, чем достигается снижение образования высокотемпературных отложений.
Противоокислительные присадки, замедляющие процессы окисления масла в 1,5—2 раза, добавляются в количестве 1%, противокоррозионные, защищающие металлы от действия кислот, — в количестве 0,5—3% веса масла.
Химический (коррозионный) износ деталей, являющийся следствием образования органических кислот и сернистых соединений, замедляют присадки, нейтрализующие кислоты, некоторые из них создают защитные пленки на поверхности металлов.
Депрессорные присадки для понижения температуры застывания зимних и всесезонных масел на 10—20°С должны составлять не более 0,5—1%, противопенные, понижающие стойкость пены, — около 0,002—0,005 % веса масла.
Присадки, повышающие липкость масла, увеличивают надежность работы трущихся деталей в тех случаях, когда жидкостное трение может перейти к граничному. Например, при пуске двигателя, при повышенной температуре масла. Эти присадки добавляются в количестве 1—4% веса масла.
Присадки образуют с маслом не истинные, а коллоидные растворы — присадки находятся в масле в виде мельчайших частичек. Чем больше в масле присадок, тем большее их количество может находиться в неустойчивом состоянии. При длительном хранении, действии влаги и солнечных лучей (в случае прозрачной тары) нестабильная часть присадок может выпадать в осадок, вследствие чего эксплуатационные свойства масла будут ухудшаться.
Количество присадок уменьшается и при работе масла в двигателе. Известно, что основная часть срабатывается за первые 60—80 ч работы, а в дальнейшем их содержание меняется незначительно.
О количестве присадок в маслах можно судить по щелочному числу, содержанию бария, кальция и других металлов, значения которых при работе масла в двигателях постоянно уменьшаются. Однако основной углеводородный состав масел не меняется. Это позволяет при регенерации путем удаления всех механических примесей и продуктов окисления вновь получать чистое масло.
Классификация моторных масел
Отечественные моторные масла для двигателей внутреннего сгорания широкого применения подразделяются на шесть групп: А, Б, В, Г, Д и Е. Масла групп Б, В и Г, в свою очередь, делятся на масла для карбюраторных двигателей (Б1, В1 и Г1) и дизельные (Б2, В2 и Г2). Универсальные масла не имеют цифрового индекса.
Масла группы А применяются в нефорсированных двигателях с ГАЗ-20» и «ГАЗ-51».
Масла группы Б предназначены для малофорсированных двигателей «Москвич-407», «-408 , «ГАЗ-21», группы В — для среднефорсированных, а группы Г — для высокофорсированных «ГАЗ-24», «ВАЗ», «АЗЛК-412».
По вязкости моторные масла делятся на 7 классов: 6, 8, 10, 12, 14, 16 и 20, обозначающих значение вязкости в сСт при 100 °С. Загущенные зимние и всесезонные масла имеют обозначение: 4з/6, 4з/8, 4з/10 и 6з/10, где первая цифра означает класс вязкости при минус 18°С, индекс <з» показывает, что масло загущенное, а вторая цифра указывает на принадлежность к основному классу вязкости. Вязкость масел 4з лежит в пределах 1300—2600 сСт, масел 6з — от 2000 до 10 400 сСт при температуре — 18 °С.
Основные физико-химические показатели качества масел для карбюраторных двигателей приведены в табл. 1.
Приведем пример обозначения моторных масел по ГОСТ 17479—72. М-8Б1 — это масло для малофорсированных карбюраторных двигателей, класс вязкости 8; М-6з/10B2 — загущенное масло класса вязкости 10 для среднефорсированных дизелей; М-8Г— универсальное масло для высокофорсированных двигателей, класс вязкости 8.
Буква «М» указывает, что масло моторное. Дополнительные обозначения моторных масел применяются в следующих случаях: буква «И» при наличии импортных присадок, а «у» — при улучшенной композиции присадок.
В табл. 2 даны рекомендации по применяемости моторных масел в конвертированных двигателях.
Согласно американской классификации API моторные масла разделены на две группы: S (сервисные)— для карбюраторных двигателей и С (коммерческие) — для дизелей.
Эксплуатационные свойства их обозначаются дополнительными буквами:
- SA — масла без присадок для карбюраторных двигателей старых типов;
- SB — с антиокислительными и противозадирными свойствами для малонагруженных двигателей;
- SC — для двигателей выпуска 1964—1967 гг. с противоизносными и противокоррозийными свойствами, а также защитой от низко- и высокотемпературных отложений;
- SD — для двигателей выпуска 1968—1972 гг. с более высокими качествами, чем масла SC;
- SE — масла, производимые с 1980 г. и имеющие, по сравнению с SD, лучшую стабильность, антиокислительные и смазывающие свойства.
Классификация масел по вязкости, разработанная Обществом автомобильных инженеров SAE предусматривает в обозначении условный цифровой индекс вязкости, название разработчика и букву W — для зимних всесезонных масел.
Заменителями отечественных масел являются: для летнего M-12Г1, например, — SAE 30 API «SE»; для всесезонного М6з/10Г1 — SAE 15W — 30 API «SE». Однако смешивать эти масла между собой нельзя, так как они имеют различный состав присадок.
Моторные масла для двухтактных двигателей
Подавляющее большинство подвесных лодочных моторов имеет двухтактные двигатели, работающие на топливной смеси бензина с маслом, которое сгорает вместе с топливом. Для горючей топливной смеси присадки являются балластом.
Масло в двухтактных двигателях за короткий промежуток времени не успевает подвергнуться тем изменениям, которые происходят с ним в четырехтактных двигателях; присадки здесь не только бесполезны, но и приносят вред.
В состав большинства присадок входят различные металлы. При сжигании масел с такими присадками образуется много золы, которая, как известно, увеличивает износ. Некоторые присадки увеличивают содержание золы в самом масле. Так, зольность масла АКп-10 при введении в него присадки СБ-3 увеличивается с 0,01 до 0,63%. Поэтому для полного сгорания топливной смеси без образования нагаров, лаковых отложений и шламов в двухтактных двигателях не должны применяться масла с присадками. По этой причине не следует использовать для приготовления топливной смеси «жигулевские» и другие моторные масла, в которых содержатся композиции различных присадок.
Для двухтактных двигателей рекомендуются моторные масла без присадок или содержащие их в минимальном количестве. Это «автолы»: АС-10, АСП-10, АКП-10 с присадкой СК-3, АКП-10 с присадкой АЗ, АКЗп-10 с присадкой АЗ.
Можно использовать индустриальные масла без присадок, предназначенные для тяжелонагруженных механизмов. Они имеют высокий индекс вязкости (не менее 85), небольшую зольность (до 0,005%; цилиндровые — от 0,015 до 0,05%), не содержат водорастворимых кислот, щелочей, абразивных механических примесей и воды. Индустриальное масло И-40А с государственным Знаком качества имеет индекс вязкости около 100.
Самые лучшие моторные масла без присадок — авиационные МС-14, МС-20 селективной и МК-22 кислотной очистки. Это высоковязкие, хорошо очищенные масла с большой смазывающей способностью. Применение авиационных масел позволяет снизить содержание масла в топливной смеси для двухтактных двигателей без ухудшения условий смазки и без уменьшения моторесурса. К сожалению, предприятия — изготовители подвесных моторов не дают рекомендаций по этому вопросу.
Практика показала, что расход высококачественных авиационных масел на приготовление топливных смесей может быть в 1,5—2 раза меньше, чем автолов. Основные показатели авиационных масел приведены в табл. 3.
Авиационные масла можно добавлять в любые моторные для увеличения их вязкости. При этом вязкость смеси рассчитывается по формуле:
где Х1 — вязкость первого масла; Х2 — вязкость второго масла; У1 — доля первого масла в смеси.
Масло для рекордов
Для смазки высокофорсированных гоночных моторов применяется касторовое масло — густая, невысыхающая жидкость, получаемая из семян клещевины. Оно обладает высокой вязкостью и, что очень важно для гоночных двигателей, не теряет вязкость и не разлагается даже при сильном нагреве.
Касторовое масло выдерживает высокие удельные давления (не выдавливается из подшипников), хорошо проникает во все зазоры, обладает хорошей липкостью и почти не растворяется в бензине. Температура вспышки касторового масла около 300°С, что почти на 100°С выше, чем у обычных минеральных смазочных масел. Благодаря этим качествам касторовое масло применяли и в авиационных поршневых двигателях.
Однако оно имеет и недостатки, в частности, склонность к образованию липкого нагара в камерах сгорания. Поэтому в чистом виде касторовое масло обычно не применяется, а смешивается с минеральными маслами и присадками. Отработанные газы двигателей при применении касторового масла имеют специфический запах касторки.
Примечания
1. Граничным называют такой режим трения, когда трущиеся поверхности разделены только тонкой адсорбированной масляной пленкой.