Вентиляция картера

Вентиляция картера предназначена, для удаления картерных газов, образующихся в результате прорыва продуктов сгорания топлива через неплотности поршневых колец и их взаимодействия с парами масла. Отсос картерных газов уменьшает старение масла, а также, создавая разрежение в поддоне, предотвращает возможность утечки масла через уплотнения.

На двигателях колесных и гусеничных машин применяются системы вентиляции двух типов:

открытая — с отводом картерных газов в атмосферу;

закрытая — с отсасыванием газов во впускную систему двигателя.

Открытая вентиляция (рис. 6. а) осуществляется под действием

разрежения, возникающего в вытяжной трубе, вследствие относительного перемещения воздуха при движении автомобиля. В месте забора картерных газов во внутренней полости двигателя выполняют маслоулавливающие устройства. Свежий воздух поступает в1 картер через специальный патрубок 2 (сапун), который обычно используется и для заправки системы маслом. Во избежание попадания пыли внутрь картера сапуны имеют воздушные фильтры. Не достатком открытой вентиляции является ее низкая интенсивность и возможность попадания газов в кабину или кузов в случае работы двигателя на стоянке.

При закрытой системе вентиляции (рис. 6.б) интенсивность отсоса картерных газов значительно повышается, а в поддоне создается разрежение, надёжно предотвращающее утечку масла через уплотнения.

В закрытых системах газы могут отводиться в воздухоочиститель до карбюратора или непосредственно во впускной трубопровод.

Отвод газов в воздухоочиститель не создает интенсивности отсоса на режимах минимальных чисел оборотов и полной нагрузки. Кроме того, проход картерных газов через карбюратор вызывает осмоление его каналов, жиклеров и подвижных деталей, нарушающее нормальную работу системы смесеобразования. Поэтому в ряде моделей карбюраторных двигателей применяется система вентиляции с отсосом газа непосредственно во впускной трубопровод, в котором всегда имеется повышенное разрешение.

Чтобы предотвратить чрезмерный подсос газов и нежелательное разбавление горючей смеси на режимах холостого хода и малых нагрузок, в вентиляционной трубке таких систем устанавливают клапан. Клапан, занимая под действием разрежения различные положения по высоте, перекрывает проходное сечение канала и регулирует отсос газов из картера. При большом разрежении клапан поднимается и, уменьшая проходное сечение, ограничивает вентиляционный поток

Для предотвращения попадания воды в поддон при преодолении брода полость поддона разобщается с впускным трубопроводом с помощью специального крана.

Рис. 6. Схемы вентиляции картера:

а - открытая; б - закрытая; 1 - воздушный фильтр вентиляции картера; 2 - сапун; 3 выпускной патрубок; 4 - маслоотражатель; 5 - клапан вентиляции картера

9. Моторные масла и требования к ним

В ДВС для смазки и охлаждения подвижных деталей, удаления загрязняю­щих частиц, нейтрализации химически активных продуктов сгорания, а также пе­редачи усилий и демпфирования колебаний применяется моторное масло.

В поршневых дви­гателях для смазки деталей используют масла главным образом неф­тяного происхождения. Физико-химические свойства масел обусловле­ны в специальных ГОСТах.

Один из основных показателей моторных масел — вязкость, так как от нее зависят гидродинамиче­ский режим смазки трущихся деталей и механические потери в двига­теле. Вязкостью масла называется его внутреннее сопротивление течению, обусловливаемое внутренним трением. Кинематическая вяз­кость оценивается при температуре 100°С в сантистоксах и является основой классификации и маркировки моторных масел. Вязкость мас­ла влияет на прокачиваемость его через зазоры в узлах трения, а сле­довательно, на отвод теплоты от трущихся поверхностей и охлаждае­мых деталей. Масла с малой вязкостью при прочих равных условиях лучше отводят теплоту и быстрей выносят продукты износа трущихся деталей. Кинематическая вязкость не должна резко изменяться в диа­пазоне температур от 90 до 120°С.

С вязкостью масла связан его расход вследствие выгорания. Из-за насосного действия поршневых колец масло попадает в камеру сго­рания и сгорает там. В камеру сгорания масло может проникнуть также и через зазоры между стержнями клапанов и их направляю­щими. Масла с большей вязкостью выгорают в меньшем количестве.

При граничном трении коэффициент трения зависит не только от вязкости масла, но и от содержания в масле поверхностно-активных веществ, способных адсорбироваться на трущихся поверхностях. Адсорбированная пленка препятствует непосредственному контакту трущихся поверхностей, что уменьшает силу трения и износ. Способ­ность масла обеспечивать смазывающее действие в условиях гранич­ного трения называют маслянистостью. Для форсированных дви­гателей и двигателей, работающих длительное время на неустановив­шихся режимах, желательно применять масла с высокой маслянис­тостью.

Способность масла вызывать коррозию омываемых им деталей двигателя зависит от количества содержащихся в нем кислот и определяется кислотным числом. Кислотное число представляет собой количество миллиграммов щелочи КОН, необходимой для нейтра­лизации органических кислот в 1 г масла, которое должно быть мини­мальным. Для снижения коррозии деталей техническими условиями на моторные масла предусматривается отсутствие водорастворимых кислот, строго ограничивается кислотное число масла без присадки и регламентируется норма на коррозию свинцовых пластинок.

Моторное масло, попадая в камеру сгорания или соприкасаясь с раскаленными деталями двигателя, окисляется с образованием раз­личных твердых или смолистых веществ, количество которых опре­деляется зольностью и коксуемостью его. Зольность хорошо очищен­ных минеральных масел без присадок составляет тысячные доли про­цента. В моторных маслах в зависимости от количества введенных зольных присадок зольность повышается до 1,65%. Коксуемость яв­ляется суммарным показателем, характеризующим степень окисле­ния масла и количество продуктов неполного сгорания топлива (са­жи). В технических условиях на моторные масла установлены нормы на коксуемость и зольность масел, характеризующие степень их очист­ки. Свойство масла выносить из зазоров между трущимися поверхнос­тями продукты износа и другие твердые частицы называют моющей спо­собностью. Моющие свойства моторных масел оценивают в баллах по ГОСТу, на специальной установке ПЗВ, и должно составлять не более 1,0 балла.

В процессе длительной работы в двигателе масло подвергается воз­действию высоких температур, кислорода воздуха и других агрессив­ных газов, содержащихся в продуктах сгорания, которые прорывают­ся в картер через уплотнения. Способность масла сохранять основные эксплуатационные свойства в течение длительного времени называют стабильностью. Для оценки термоокислительной стабильности масел применяются лабораторные методы, оговоренные соответствующими ГОСТами.

Чистые минеральные масла не обладают всеми предъявляемыми к ним требованиями, поэтому к моторным маслам добавляют вещества, называемые присадками, которые существенно улучшают эксплуата­ционные свойства масел.

Моторные масла должны удовлетворять требованиям фирм-изготовителей, по качеству, наличию необходимых присадок и вязкостно-температурным показа­телям. Маркировка любого масла состоит из обозначения применимости, класса вязкости по SAE и уровня эксплуатационных свойств по API или АСЕА.

По эксплуатационным свойствам присадки подразделяются на масла для ис­кровых, дизельных двигателей и универсальные.

Классификация по API (American Petroleum Institute), принятая в США, разделяет моторные масла на 2 категории: S (сервис-класс) - для бензиновых дви­гателей и C (коммерческий класс) - для дизельных. Масла, которые можно ис­пользовать как в бензиновых, так и в дизельных двигателях, обозначаются дроб­ной маркировкой - они называются универсальными.

В дизельное моторное масло из за высокого содержания серы в топливе по­падает большее количество кислот - требуется большее количество щелочи (ще­лочное число, мг КОН/г - гидроокиси калия на нейтрализацию кислот в 1 г масла). При работе дизельного двигателя образуется сажа - требуется большее количест­во моющих присадок дисперсантов. Разница в маслах - в сульфатной зольности. Она влияет на склонность бензиновых двигателей к нагарообразованию. Чем больше в масле присадок, тем лучше все его свойства, но больше зольность. Бен­зиновая норма по стандарту - не более 1,3%. В легковых дизелях допускается до 1,8%, в грузовых - до 2%.

Перечень присадок:

- вязкостные (до 10% от общего объема присадок). Повышают вязкость при высокой температуре. Высокомолекулярные полимеры - полиизобутилены, по­лиметакрилаты и другие. Механизм их действия основан на изменении формы макромолекул полимеров в зависимости от температуры: в холодном состоянии свернуты в спираль и не влияют на вязкость, при нагреве же они распрямляются, и масло не становится слишком жидким. При большом содержании масла назы­вают загущенными - это зимние и всесезонные сорта;

- депрессорные (до 1%). Снижают температуру застывания на 20˚ C и более. Они предотвращают образование парафиновых кристаллов при низких темпера­турах;

- противоокислительные (до 3%). Делятся на присадки-ингибиторы, рабо­тающие в общем объеме масла, и на термоокислительные присадки, выполняю­щие свои функции на нагретых поверхностях. Используются соединения серы и фосфора, фенолы и амины;

- противокоррозионные - защищают поверхность металлических деталей за счет образования прочной масляной пленки, предохраняющей от контакта с ки­слотами и водой;

- моющие (до 15-20%). Они представляют собой сульфонаты, феноляты и фосфонаты различных металлов. Моющие присадки нужны для предотвращения образования лаковых и сажевых отложений на деталях двигателя. Состоят из де- тергирующих компонентов - вымывают продукты окисления масла и износа де­талей, и диспергирующих - способствуют дроблению крупных частиц нагара на мелкие, удерживают грязь в мелкодисперсном состоянии, не дают ей слипнуться в большие комки и пригореть к металлу;

- противоизносные и противозадирные (до 2%), содержащие хлор, фосфор и серу, призваны сохранять устойчивость масляной пленки между трущимися дета­лями двигателя;

- противопенные (обычно это силиконы или полилоксаны) не растворяются в моторных маслах, а присутствуют в виде мельчайших капелек. Их действие осно­вано на разрушении пузырьков воздуха. Присутствие не должно превышать ты­сячных долей процента - при термическом разложении силикона образуется ок­сид кремния, который является сильным абразивом.

- модификаторы трения - плакирующие присадки, содержащие в своем соста­ве мелкодисперсные частицы специального вещества или соединения: дисульфи­да молибдена (MoS2), тефлона (политетрафторэтилена - ПТФЭ) и другие. Образу­ет на поверхности трения устойчивое лакообразное соединение, уменьшающее трение.

Моторное масло состоит из основы (базового масла) и присадок, которые призваны разнообразить его качество и свойства. По роду исходного сырья осно­вы могут быть либо нефтяными (минеральными), либо синтетическими.

Минеральные.

Представляют сложную смесь углеводородов. Химический состав минераль­ных основ зависит от качества нефти, пределов выкипания отбираемых масляных фракций, а также методов и степени их очистки. При прямой перегонке мазута из него выделяются масляные фракции с низкой вязкостью - такие минеральные ос­новы называются дистиллятными. Основы же повышенной вязкости получают из того, что остается после перегонки - гудрона и полугудрона, эти масла так и на­зываются остаточными. Для получения базового масла с заданным уровнем вяз­кости дистиллятные и остаточные основы смешивают в определенных пропорци­ях.

Синтетические

Масла на синтетической основе - диэфирные, полиалкиленгликолевые, фторуглеродные, силиконовые и др. получаемые в процессе химических реакций имеют однородный состав с преобладанием предельных углеводородов. Исход­ным сырьем служат природные ископаемые и растительные углеводороды.

Пре­имущества:

- обладают отличными вязкостно-температурными характеристиками. Во- первых, гораздо более низкая, чем у минеральных, температура застывания (-50˚... -60˚ C) и очень высокий индекс вязкости, то есть относительно небольшое из­менение вязкости в зависимости от изменений температуры, что облегчает запуск двигателя при низких температурах. Во-вторых, они имеют более высокую вязкость при рабочих температурах свыше 100˚ C - благодаря этому масляная плен­ка, разделяющая поверхности трения, не разрушается в экстремальных тепловых режимах;

- лучшая стойкость к окислению;

- имеют высокую термоокислительную стабильность, то есть малую склонность к образованию нагаров и лаков (лаками называют откладывающиеся на горячих поверхностях прозрачные, очень прочные, практически ничем не растворимые пленки, состоящие из продуктов окисления);

- меньшая испаряемость и расход на угар;

- больший ресурс, так как имеют минимальное количество загущающих приса­док (особо высококлассные сорта масла не требуют таких присадок вообще), а разрушаются в процессе эксплуатации именно присадки. Их ресурс превышает ресурс минеральных в 5 раз - (некоторые сорта необходимо менять через 50 тыс. км пробега);

- способствуют снижению общих механических потерь в двигателе и уменьше­нию износа деталей.

Недостатки:

- неблагоприятное воздействие на резиновые материалы;

- повышенная коррозионная активность;

- ограниченная растворимость присадок;

- чувствительны к попаданию воды.

Полусинтетические

Фактором, ограничивающим применение синтетических масел, является их высокая стоимость. Они в 3-5 раз дороже минеральных. В связи с этим многие фирмы производят полусинтетические масла - в минеральное масло вводят 25­50% синтетики. Компромисс этот весьма удачный: по качеству и по цене полу- синтетика находится между синтетикой и минеральными маслами.

Вязкостно-температурные свойства масла (изменение вязкости в зависимости от температуры) должны обеспечивать:

- при низкой температуре прокручивание двигателя стартером и прокачивае- мость по смазочным каналам;

- при высокой температуре надежное создание масляной пленки между трущи­мися поверхностями и поддержание необходимого давления в смазочной системе.

Классификация по вязкости SAE (Society of Automotive Engineers), принятая в США и Западной Европе, делит масла на 11 классов: 5 летних (20, 30, 40, 50, 60) и 6 зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Всесезонные масла обозначаются двойным или дробным индексом - это означает, что при минусовых температурах масло удовлетворяет требованиям, предъявляемым к зимним классам, а при плю­совых - к летним.

При выборе масла для зимней эксплуатации из 35 вычесть индекс класса вяз­кости зимнего масла, получится величина, называемая предельной температурой прокачиваемости - по ней можно судить, при какой температуре масло еще со­храняет текучесть. Например, SAE 15W/40. В этом примере: 35 - 15(W) = 20. Значит, маслом можно пользоваться при температурах до -20 C.

В процессе эксплуатации масло теряет свои свойства.

В любом масле при его старении протекают два параллельных процесса: окисление масляной основы, приводящее к увеличению вязкости, и одновремен­ное разрушение загущающих присадок, ведущее к снижению вязкости. В базовом масле два этих процесса уравновешивают друг друга и его вязкость почти не из­меняется.

Кроме того, масло постепенно насыщается продуктами износа деталей дви­гателя и коррозии металлов, водой, газами, топливом, которые не только ухуд­шают качество самого масла, окисляя его, но и, попадая на горячие поверхности, способствуют образованию на них различных отложений. В высокотемператур­ных зонах, например, в камере сгорания, куда масло неизбежно проникает, появ­ляются твердые, плохо удаляемые нагары. В среднетемпературных зонах (стенки поршней и цилиндров, поршневые кольца и пальцы) - лаки. Нагары и лаки увели­чивают термонапряженность деталей, их износ, могут вызвать детонацию, зади­ры, прогорание поршневых колец и так далее. Низкотемпературные отложения - мазеобразные шламы, образующиеся на всех деталях двигателя, кроме особо го­рячих - забивают каналы системы смазки, что существенно затрудняет подачу масла к трущимся частям. Кроме того, шламы могут вызвать срабатывание пере­пускного клапана масляного фильтра, в результате чего масло начнет циркулиро­вать в системе, не очищаясь. Скорость накопления отложений зависит от многих факторов: некачественное топливо с высоким содержанием серы, изношенный двигатель, частая езда с непрогретым мотором и на малых оборотах, неисправная система зажигания.

Если историю расхода масла исправным двигателем изобразить в виде графи­ка, то он будет выглядеть как классический график из теории надежности, со­стоящий из трех частей. В принципе, любая техника проходит три стадии функ­ционирования.

Первая стадия работы - приработка, при которой расход масла, поначалу большой, постепенно снижается. Для двигателя длительность обкатки составляет обычно от 5 до 10 тыс. км. Например, BMW определяет время обкатки своих дви­гателей в 7,5 тыс. км. В начале работы количество отказов велико, что связано с ошибками сборки, регулировки или просто с приработкой агрегатов. Приработка (она же - обкатка) может сильно повлиять на дальнейший ресурс двигателя. В дальнейшем имеет очень большое значение, как был обкатан двигатель.

Вторая стадия - основная работа двигателя, при этом расход масла невелик и стабилен. Этот участок графика - основной ресурс двигателя, на который он рас­считан производителем. Кто планирует 200, кто 300 тыс. км. Реально он может оказаться и 150, а может еще меньше - все зависит от условий эксплуатации.

Третья стадия - старение двигателя, при котором расход масла лавинообразно возрастает. Третий участок кривой - это постепенное разрушение техники, сопро­вождающееся растущим числом отказов и поломок. По сути, вся теория надежно­сти машин и механизмов укладывается в этот график.

Хотя расход масла, на первый взгляд, не имеет прямого отношения к обкатке и ресурсу двигателя, он все же определяется общим техническим состоянием дви­гателя - в моторе все взаимосвязано.

По российским нормативам, расход масла приводится по отношению к расхо­ду горючего, а не к пробегу. Так, например, средний расход масла автомобилями ВАЗ всех модификаций - 0,6 л на 100 л общего расхода топлива. А средний рас­ход масла автобусами IKARUS от 180-й до 280-й модели - 4,5 л на 100 л общего расхода топлива. Вообще-то, принято считать, что потребление двигателем масла находится в рамках нормального, если его расход удерживается в пределах от 0,2 до 0,8 % от расхода топлива.

Обычные причины повышенного расхода масла - износного характера, из-за большого пробега автомашины. Кроме того, износ могут ускорить несвоевремен­ное обслуживание или применение некачественного или поддельного масла. Часто бывает, что условия эксплуатации автомобиля слишком тяжелые, что тоже приводит к ускоренному износу двигателя.