Температурные показатели моторного масла
Температурный режим, в границах которого эксплуатируется моторное масло, влияет на качественные показатели и степень защиты силового агрегата. Рассмотрим, какую роль он играет в обеспечении корректной работы ДВС.
Кто хоть немного знаком с законами физики легко сможет представить механизм работы двигателя внутреннего сгорания. При работе агрегата внутри его создается повышенная нагрузка, происходит нагрев, и вследствие чего увеличивается давление. Для того, чтобы при эксплуатации детали и механизмы ДВС были защищены от трения и износа, моторные жидкости должны сохранять свои основные эксплуатационные свойства в условиях высоких температур.
Качество смазки характеризуется вязкостными показателями и температурой вспышки. Температура кипения масла в двигателе должна соответствовать допустимым показателям. Закипание может происходить при повышении нагрузки или при использовании некачественного смазочного материала. Это может привести к поломке силового агрегата. В определении характеристик моторных масел важны два показателя: допустимый предел повышения и температура кипения.
Коэффициент допустимости указывает на оптимальное нагревание смазочной жидкости. При этом важно, чтобы изменение вязкостных показателей смазки не отставало от повышения до рабочей температуры. Чем меньше время этого отставания, тем легче мотору справляться с нагрузкой. В таком случае даже при сильном нагреве защита двигателя от износа будет высокой. Пренебрежение этими показателями ведет к повышенному износу деталей и узлов мотора.
В каком диапазоне меняется температура
Присадочные компоненты не позволяют моторной жидкости менять свои свойства при изменении температур, как в сторону повышения, так и понижения.
При смешивании с топливом происходит вспыхивание, концентрированные пары возгораются, и это приводит к высокой летучести масла. Насколько при этом увеличится расход смазочного материала, зависит от степени его очистки.
При тестировании в лабораторных условиях, после нагрева происходит выделение концентрированных паров нефти. Любое масло, независимо от базовой основы (синтетика, полусинтетика или минералка) после вспыхивания продолжает гореть.
В спортивных автомобилях с форсированными двигателями, испытывающих чрезхмерные нагрузки устанавливают систему охлаждения. В контуре системы дополнительно устанавливается датчик температур или давления масла.
Для корректной работы смазка не должна нагреваться выше +105℃. Эта цифра считается предельно допустимым порогом.
В ДВС существуют два основных режима транспортировки смазывающей жидкости:
При граничном способе подачи, масло движется без давления вокруг поршневых колец. При гидродинамической подаче, смазывание коленвала происходит под давлением.
Температурный режим в процессе эксплуатации должен строго соблюдаться. ДВС на этапе конструирования разрабатываются с учетом изменений, возникающих при нагреве. И только в нормальном диапазоне все системы работают слаженно. При незначительном сдвиге термических норм в обе стороны, работа мотора становится некорректной. Особенно опасны изменения при превышении температуры масла.
Низкий показатель температуры масла в двигателе
Одной из важных характеристик является температура застывание масла. Застывая, смазка теряет эластичность и текучесть. Моторная жидкость меняет свои свойства, не способна обеспечить нормальное поступление к деталям и стабильную масляную пленку. За счет кристаллизации парафинов смазочный материал твердеет.
Резкое снижение температуры вспышки говорит о возможных проблемах силового агрегата:
Снижение температуры в картере приводит к тому, что между деталями не возникнет нужного зазора, а масло при этом подвергается окислению. Остывание приводит к загустению смазки, что может привести к протечкам, и всегда приводит к увеличению износа мотора.
Верхняя граница температуры масла
Повышение термических показателей выше положенной нормы сопровождается закипанием, задымлением и пузырением. Возгорание моторной жидкости возникает при повышении температуры до 250. В таком состоянии смазочный материал практически теряет вязкость, происходит его разжижение и частичное испарение. Критическим показателем является динамика повышения t — более 2℃ в минуту. Недопустимо сгорание масла одновременно с топливом, при этом снижается концентрация смазки, увеличивается ее расход, появляется характерный запах и меняется цвет выхлопа.
При сильном нагреве снижается вязкость автомасла, оно больше не способно создать стабильную пленку. Зазоры между деталями становятся слишком маленькими, что приводит к выходу из строя механизма.
Температура кипения моторного масла составляет 250 — 260℃. Жидкость безвозвратно теряет свои рабочие свойства, и становится бесполезной.
Причины чрезмерного нагрева моторного масла
Причинами нагрева становятся окислительные процессы, в результате которых происходит образование отложений. Под воздействием высоких температур ускоряются процессы образования шламов, нагара и лаков. Это приводит к быстрому старению смазки.
Кроме того, образованный нагар опасен тем, что его компоненты могут стать причиной детонационного взрыва. Смесь нагара с лаками приводит к закоксованности поршневых колец, а шламовые осадки к сбоям в работе силового агрегата.
Чем опасна высокая температура в двигателе
Температурный диапазон автомасел достаточно широк. При прогреве силового агрегата до рабочего состояния вязкость моторной жидкости демонстрирует нормальные показатели. При перегреве эти показатели начинают снижаться, смазывание ухудшается, а масляная пленка не способна удержаться на поверхности деталей.
Масло, нагретое до 125℃ начинает подаваться в обход поршневых колец, смешиваясь с топливом начинает выгорать. Происходят необратимые изменения. Смазочная жидкость активно улетучивается. Выявить это можно по увеличенному расходу материала.
Чрезмерное нагревание приводит к закипанию, что может привести к серьезным проблемам с ДВС.
Во избежание перегрева моторного масла в двигателе специалисты рекомендуют:
Еще одним важным условием для бесперебойной работы двигателя автомобиля является следование рекомендациям производителя по обслуживанию транспортного средства, а при выборе смазочного материала следует учитывать официальные допуски моторных масел. Отклонение от заводских рекомендаций могут привести к перегреву двигателя и преждевременному его износу.
При какой температуре дизельное масло теряет свои свойства
Воздействие температуры на моторное масло это важный фактор, принимаемый во внимание, когда работает большой парк транспортных средств. За исключением электрических, все транспортные средства оборудованы двигателями внутреннего сгорания, питаемыми газом, бензином или дизельным топливом.
Все двигатели требуют смазки, и эта функция обеспечивается маслом. Это масло должно выполнять многочисленные и разные задачи во время работы двигателя, основная функция – смазывать все детали, снижая трение и предотвращая или снижая контакт металла по металлу. Масло предотвращает соприкосновение поверхностей двух деталей друг с другом, как показано на рис. 1 и рис. 2
Рис. 1: Работа без смазки.
Рис. 2: Работа со смазкой.
ВЯЗКОСТЬ
Когда масло нагревается, его вязкость падает. Рецептура масла такова, что оно должно прокачиваться по масляной системе, так быстро, как это возможно, когда холодно, при запуске, должно смазывать все детали за несколько секунд пуска двигателя. Это же масло должно осуществлять смазку всех компонентов при нормальных рабочих температурах. Различные условия окружающей среды будут предъявлять различные требования к маслу, но оно должно оставаться достаточно жидким (низкая вязкость) когда холодно, и течь по системе, и достаточно густым (высокая вязкость) когда жарко, чтобы продолжать разделять движущиеся детали.
Эти характеристики позволяют моторным маслам быть достаточно вязкими при нормальных рабочих температурах. Минута и температура выходит за рамки запланированных параметров и эффективность смазывания уже под угрозой. Например, если используется масло со слишком высокой начальной вязкостью при запуске, то на холоде потребуется относительно долгое время, чтобы маслу достичь всех деталей. Если используется масло с очень низкой вязкостью, то это приведет к тому, что все детали двигателя будут работать старте «легко», но плёнка масла будет уже слишком тонка для необходимого смазывания деталей при рабочей температуре. Всесезонные масла содержат базовое масло и присадки, которые позволяют им работать именно так как надо – пленка масла не слишком толстая на старте и не слишком тонкая при рабочей температуре. Вот почему правильный выбор масла для двигателя, с учётом окружающей среды, важен для работы двигателя и срока его службы. Этот выбор всегда должен быть сделан с учетом требований производителей оборудования.
Как ранее упоминалось, вязкость масла будет падать с ростом температуры. Стандартное всесезонное моторное масло 15W40, чаще всего используемое в Южной Африке, имеет начальную вязкость при 40°C примерно 110 мм 2 /с (сантистокс) и рабочую вязкость при 100°C примерно 14,5 мм 2 /с (см. рис. 3).
Рис. 3.
Другое важное правило, которое может быть применимо к рабочей вязкости моторного масла: если рабочая вязкость масла падает ниже 10 мм 2 /c, то масляная плёнка слишком тонкая для того чтобы качественно смазывать все детали двигателя (см. рис. 4).
Рис. 4.
В двигателе есть два главных режима смазывания, это гидродинамическое смазывание (смазка коленчатого вала под давлением) и граничное смазывание (смазывание вокруг поршней без давления). В обоих случаях толщина масляной плёнки важна, но в первую очередь она важна для гидродинамического трения.
Принимая во внимание тот факт, что в результате нагрева двигателя, его детали расширяются, двигатель сконструирован таким образом, что при оптимальной рабочей температуре, детали расширяются до «нужных» размеров. Если оптимальная температура не достигается, то расширение будет или чрезмерным или недостаточным и может послужить причиной снижения эффективности работы двигателя.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СМАЗЫВАНИЕ
Гидродинамическое смазывание происходит следующим образом: масло качается масляным насосом через теплообменник и затем через фильтрационную систему к коленчатому валу под давлением. При рабочей температуре этот процесс происходит почти сразу (см. рис. 5).
Рис. 5: Снабжение маслом от масляного насоса.
Когда начинается вращение, давление масла, которое создается между подшипниками скольжения (вкладышами) и шейками коленчатого вала, создает масляный клин (см. рис. 6).
Рис. 6.
ГРАНИЧНОЕ СМАЗЫВАНИЕ
Граничное смазывание происходит у всех деталей двигателя, которые смазываются не под давлением. Детали попадающие в эту категорию: поршни, поршневые кольца, кулачки распредвала, толкатели, рокеры (коромысла), клапаны, цепь ГРМ и проч. (см. рис. 7).
Рис. 7.
Для эффективной работы при граничном смазывании происходит постоянное возобновление смазки, также моторные масла содержат в себе противоизносные присадки, понижающие трение и износ даже когда полная гидродинамическая пленка масла отсутствует. Постоянное возобновление смазки достигается распылением через форсунки или разбрызгиванием. Все двигатели нового поколения оснащены поршневыми охлаждающими форсунками, чтобы обеспечить должное охлаждение поршня и смазку юбки поршня. Это масло покрывает детали во время движения с целью снизить трение, и в это же время, смазка постоянно уносится от деталей, но постоянно возобновляется свежей порцией масла, разбрызгиванием или распылением в рабочую зону (см. Рис. 7.1 и 7.2).
Рис. 7.1: Масло распыляется в поршень посредством форсунки.
Рис. 7.2.
НИЗКАЯ РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Надо помнить, если оптимальная рабочая температура масла не достигнута, двигатель будет работать и смазываться неэффективно.
Если рабочая температура в картере ниже 90°С, когда водная система охлаждения имеет оптимальную температуру, тогда будет иметь место дополнительное охлаждение масла, охлаждающего детали двигателя, такие как юбка поршня или коленвал. Это мешает температурному расширению и увеличению размеров, а соответственно и установлению нужного зазора между деталями. Для примера, гильза цилиндра расширяется из-за теплоты сгорания, но поршень будет чрезмерно охлаждаться из-за низкой температуры масла. Зазор между поршневыми кольцами, юбкой поршня и гильзой цилиндра не будет оптимальным, как результат неэффективный процесс сгорания, который, в свою очередь, усилит процесс разбавления масла с топливом, образование сажи и ухудшит эффективность расхода топлива.
Дополнительная проблема, которая не так заметна, это образование кислот в масле. В холодном двигателе конденсируется влага, содержащаяся в атмосферном воздухе, и вода является нормальным продуктом сгорания. Когда топливо сгорает, продукты сгорания попадают в масло и, в присутствии воды, они образуют разрушительные кислоты. Если температура масла слишком низка, это создает идеальную среду для такого процесса. При нормальных рабочих температурах, большая часть воды испаряется, и кислота не может уже так легко образовываться. При низкой температуре масла они образовываются, и могут стать причиной химической кислотной атаки на лёгкие металлы, что может снизить ожидаемый срок службы двигателя.
Эта проблема может усугубиться, если при низкой температуре масло будет слишком густым, для того чтобы быть эффективно отфильтрованным, сработает байпассный клапан, и почти непрерывно через масляную магистраль будет идти какая-то часть не отфильтрованного масла. Это может быстро привести к ускоренному износу. Из-за переохлаждения, эффективность уплотнений может быть недостаточной, возможно возникновение утечек масла и/или рост загрязнений. Все эти факторы могут привести к уменьшению срока службы двигателя. Безопасная температура масла и вязкость показана на рис. 8.
Рис. 8.
ВЫСОКАЯ РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Высокая рабочая температура может быть гораздо более вредной для нормальной работы двигателя. И хотя общеизвестно, что более высокая температура предполагает более эффективную работу двигателя, всё же есть оптимальный диапазон рабочих температур и их ограничения, превышение которых может закончиться катастрофическим износом. Высокая температура угрожает деталям смазываемым в режиме гидродинамической смазки больше, чем деталям смазываемым в режиме граничного смазывания.
Когда рабочая температура масла вырастает, вязкость падает, и давление масла тоже падает. При нормальной рабочей температуре масло способно более чем хорошо выполнять свою смазывающую функцию, но когда рабочая температура вырастает выше нормального диапазона, масло становится слишком жидким для того чтобы хорошо смазывать детали двигателя, особенно когда приложена дополнительная нагрузка, например, как в случае с нижней головкой шатуна и его крышкой. Когда температура вырастает, металлические детали расширяются и зазор, между ними, уменьшается.
Масло теряет вязкость, позволяя происходить контакту между шатунными подшипниками скольжения и шейкой коленчатого вала, особенно в процессе такта сжатия и сгорания (см. рис. 9).
Рис. 9
Такая ситуация может привести к интенсивному износу подшипника в зоне контакта. Если работа при таких условиях продолжится, это приведёт, в конечном счёте, к катастрофическому износу и поломке двигателя, как это показано на фотографиях ниже:
 |  |
Проблема высокой температуры масла усугубляется и далее, постоянный контакт шейки вала и подшипника увеличивает трение и, следовательно, генерирует дополнительное тепло. Температура масла идет вверх, масло начинает окисляться, что можно определить посредством анализа масла. Как только температура масла поднимается выше 125°C, масло становиться настолько жидким, что оно начинает обходить поршневые кольца и гореть в процессе сгорания топлива. Масло, по сравнению с топливом, находится в очень низкой концентрации, и, в основном, его не видно при выхлопе. В такой ситуации, возрастает расход масла, и частые доливки должны поддерживать необходимый уровень масла. Во время доливки вы освежаете масло, освежаете пакет присадок, и разбавляете загрязнения и продукты деградации масла. Это обстоятельство, когда продукты окисления старого масла разбавляются, часто становится причиной затрудняющей их определение во время анализа масла. Та же проблема происходит, когда частицы износа, появившиеся в результате повышенного уровня износа, разбавляются свежим маслом, и уменьшается их концентрация. Рисунок 10 иллюстрирует, как попадание загрязнений влияет на показатели износа, показывает, как повышенный уровень износа начинает выглядеть нормально, как только начинает расти расход (доливки) масла.
Рис. 10: Попадание загрязнений, повышенный износ и зависимость расхода масла от показатели износа.
Эта проблема часто остаётся не замеченной до серьёзной поломки. Очень часто проблема не определяется сразу, и отказы списываются на счёт недостаточного смазывания, т.к. эти виды неисправностей очень похожи. Шатуны перегреваются до синего каления, шатунные вкладыши заедают и начинают вращаться в крышке, приводя в негодность и сами подшипники и корпус. И это всё происходит при исправном масляном насосе и пригодном масле в картере.
Показателем такой поломки, которая отличает её от неисправности происходящей из-за плохого смазывания, является состояние масляного насоса и юбки поршня. Если произошёл отказ из-за масляного голодания, когда в картере нет масла, в большинстве случаев масляный насос будет сломан или шестерни насоса будут уже синими, а юбка поршня будет иметь следы задиров. В случае перегрева, масляный насос может быть бесцветным, но не синим, и точно не быть сломанным. Юбки поршня, обычно, не повреждены.
Это проблема чаще случается на новых или недавно прошедших капремонт двигателях, т.к. зазоры с новыми деталями намного меньше, чем со старыми. Из-за меньшего зазора, меньше возможное тепловое расширение и, следовательно, такие неисправности случаются чаще. Эти неисправности будут чаще происходить на шейке вала с наименьшим зазором.
В заключение, хотелось бы сказать, что перед отправкой дорогих машин в работу, особенно с тяжелыми условиями окружающей среды, необходимо выполнить следующее:
При какой температуре замерзает дизельное топливо: что делать при застывании
Дизельное топливо имеет более высокую температуру замерзания, нежели у бензина. При похолодании оно склонно к кристаллообразованию. Образующиеся кристаллы блокируют возможность топлива проходить через фильтры. Этим объясняется выпуск разных марок дизеля, предназначенных для разных сезонов. Они различаются свойствами, среди которых и температура замерзания.
Как застывает дизельное топливо
Причина застывания дизельного топлива заключается в содержании парафина. Его количество зависит от места, где добывалась нефть. Вне зависимости от количества при положительной температуре парафин не доставляет проблем. С наступлением холодов он начинает густеть, образуя кристаллы. Этим объясняется деление дизельного топлива на виды по сезону. Чтобы не дать дизелю замерзнуть, его подвергают дополнительной очистке от парафина. Так получается межсезонные, зимние и арктические марки.
Под температурой замерзания дизельного топлива понимают температуру, когда оно полностью застывает. Этому предшествуют:
Застывшее дизельное топливо
Самая высокая из всех температура помутнения, затем идет значение предела фильтруемости, а уже за ним – застывания. Пример:
Температура замерзания дизельного топлива
При какой температуре замерзает дизельное топливо разных марок:
Конкретная температура застывания топлива зависит от производителя и характеристик нефти, использованной при производстве. В реальности температура, рекомендованная для применения каждой марки, чуть ниже:
Конкретное значение температуры застывания зависит от производителя и характеристик нефти, использованной в качестве сырья. Точные параметры дизеля приводятся в паспорте, и нужно отталкиваться именно от них. Во избежание застывания в зимнее топливо может добавляться антигель, предотвращающий повышение густоты даже при использовании некачественного продукта.
С добавлением антигеля свойства дизельного топлива меняются
Разница между зимними и летними марками заключается в более низкой плотности и цетановом числе. Это негативно сказывается на динамике автомобиля, увеличивает расход. Еще ввиду добавления присадок стоимость зимнего дизеля выше, чем летнего. От марки и типа добавок зависит то, при какой температуре оттаивает дизельное топливо:
Особенно внимательными необходимо быть в переходный период. Зимнее дизтопливо на АЗС заливают в тот же резервуар, где до этого было межсезонное или летнее. Кроме того, в большинстве случаев оно производится с погрешностью, т. е. не удовлетворяет требованиям ГОСТ, и даже заправка зимним дизелем не гарантирует отсутствие проблем. Если только это не высококачественное топливо, которое, соответственно, имеет более высокую стоимость.
Поэтому даже при использовании зимней марки дизтоплива специалисты рекомендуют пользоваться антигелем. Его стоит использовать, если вы не уверены в АЗС и качестве предлагаемого ею товара. Главное – соблюдать правила использования антигеля, иначе он не подействует, и понимать разницу между ним и специальным размораживающим средством.
Добавление антигеля в дизельное топливо
Для некоторых автомобилей не так важно, при какой температуре густеет дизельное топливо. К примеру, большегрузы (фуры), оборудованные топливной системой с подогревом. Пока автомобиль заведен, дизтопливо не застынет. Это позволяет экономить, поскольку межсезонное дизтопливо дешевле зимнего. Такие ситуации актуальны для регионов с холодным климатом, где даже при постоянно низких температурах окружающей среды на АЗС все равно можно встретить не только зимние и арктические марки топлива.
В заключение
Теперь вам известно, при какой температуре застывает дизельное топливо. Это необходимо учитывать, поскольку для нормальной эксплуатации автомобиля важно использовать тот дизель, который не замерзнет в соответствующих условиях. В противном случае есть риск поломок топливной системы двигателя. Чтобы их избежать, можно использовать антигели, которые предотвращают застывание, что актуально, если нет уверенности в качестве заправляемого дизеля. Даже при его замерзании есть способы вернуть текучесть, поместив автомобиль в теплый гараж или использовав тепловую пушку. Главное – приобретать дизельное топливо, соответствующее температурным стандартам.
