2.1. Условия работы автомобильных моторных масел и требования к маслам

В современных двигателях применяют комбинированную систему смазки деталей. В такой системе смазка производится подачей масла под давлением или же разбрызгиванием и самотёком (при стекании масла в поддон).

Под давлением смазываются шейки коленчатого валов, втулки коромысел и верхние наконечники штанг. На некоторых двигателях под давлением смазываются втулки верхней головки шатуна и поршневые пальцы.

Пространство картера при разбрызгивании масла коленчатым валом, другими вращающимися деталями и выпрыскивании масла через отверстие в верхней головке шатуна заполняется мельчайшими частицами масла – масляным туманом. Туман, осаждается на деталях, проникает в зазоры и смазывает их. Разбрызгиванием масла, масляным туманом и самотёком смазываются кулачки распределительного вала, нижние наконечники штанг, механизмы вращения выпускных клапанов, привод во вращение распределительного вала и другие детали и механизмы.

Одним из важнейших аспектов специфики условий работы моторных масел является температурный режим. В двигателе внутреннего сгорания можно выделить три зоны:

– высокотемпературную, к которой относят камеру сгорания, днище поршня и верхнюю часть цилиндра. Температура горящих газов достигает до 2500 ºС, отсюда нагрев днища поршня составляет до 400 ºС, а выпускных клапанов даже до 800 ºС. Масло, попадающее в эту зону, сгорает с образованием нагара (расход масла на угар);

– среднетемпературную, включающую боковую поверхность поршня, верхнюю часть шатуна и стенки цилиндра. Максимальная температура в этой зоне развивается в области верхних поршневых колец (до 300…350 ºС), поэтому верхнее компрессионное кольцо иногда помещают в чугунную вставку и хромируют. Масло в этой зоне находится в тонком слое. На него каталитически действуют металлы, ускоряющие процесс образования отложений. В результате уплотнения продуктов окисления в этой зоне образуются лаковые отложения в виде плёнки;

– низкотемпературную – область коленчатого вала, картер и т. д. Наиболее высокая температура масла в этой зоне (до 180 ºС) может быть в области коренных и шатунных подшипников коленвала. Температура масла в картере работающего двигателя зимой равна 40…50 ºС, летом – 70…80 ºС и при высоких нагрузках может повышаться до 120…130 ºС. Нахождение масла в этой зоне в туманообразном состоянии способствует его окислению. Основными продуктами окисления являются органические кислоты. Высокомолекулярные кислоты и продукты их превращения могут выпадать из масла в виде липкого осадка вместе с механическими примесями и водой (низкотемпературные отложения).

Постоянный процесс совершенствования поршневых двигателей вызывает возрастание нагрузок, скоростей скольжения и температуры в узлах трения. Удельные давления в различных узлах двигателей в значительной степени различаются по величине. В зоне компрессионных колец они составляют 0,15–0,30 Мпа, маслосъёмных – 0,5–1,3 Мпа, подшипников коленчатого вала – 20–30 Мпа, а в паре кулачок-толкатель они достигают 1000–2000 Мпа.

Скорости движения поршня в средней части цилиндра составляют 20–25 м/с, а скорости скольжения в подшипниках коленчатого вала – до 15 м/с.

Отличительные особенности процессов смазки двигателей внутреннего сгорания связаны больше всего со специфичностью работы в цилиндропоршневой группе, где создаются благоприятные условия для образования на поршнях лаковой плёнки. Эта плёнка вызывает фиксацию (залегания) поршневых колец в канавках и является термоизолятором.

Исходя их вышеизложенного, моторные масла для ДВС должны отвечать следующим требованиям:

– пологая температурно-вязкостная характеристика;

– достаточный уровень противоизносных и антифрикционных свойств;

– обеспечение минимального количества лаковых отложений;

– защита смазываемых деталей от коррозии;

– уплотнение зазоров в сопряжениях деталей и, в первую очередь, пары поршень-цилиндр;

– отвод тепла от трущихся деталей;

– удаление загрязнений из зон трения;

– физическая и химическая стабильность;

– лёгкое отделение от воды, достаточная деэмульгирующая способность;

– обеспечение надёжного пуска двигателя и быстрый его прогрев при низких температурах с минимальным износом;

– большой срок эксплуатации и малый расход;

– обеспечение экономии топлива;

– нейтральность к конструкционным материалам;

– минимальное нагаро- и осадкообразование;

– высокие антипенные свойства;

– взаимозаменяемость;

– широкая сырьевая база, экологичность, нетоксичность, дешевизна.

Только отвечающие перечисленным свойствам моторные масла могут обеспечить полноценную работу высокооборотных, мощных современных двигателей внутреннего сгорания.