Смазка двигателей
Смазка двигателейОбщие сведения. В механизмах при перемещении соприкасающихся деталей возникает трение. Трением называют физическое явление, возникающее при относительном перемещении соприкасающихся тел и внешне проявляющееся в противодействии (сопротивлении) их перемещению. Трение при движении твердых тел зависит главным образом от чистоты обработки соприкасающихся поверхностей. Характер трения определяется толщиной и целостностью слоя смазки, введенного между трущимися поверхностями. В зависимости от этого трение подразделяется на жидкостное, полужидкостное, граничное и сухое.
Жидкостное трение -трение, происходящее между слоями смазки, полностью разделяющей трущиеся поверхности тел. Такой вид трения обусловлен введением между трущимися поверхностями сплошного слоя смазки, толщина которого исключает возможность непосредственного соприкосновения поверхностей, а следовательно, и их износ.
Полужидкостное трение — трение, происходящее при нарушенном -слое смазки, когда трущиеся поверхности соприкасаются частично непосредственно или через граничный слой смазки и частично через сохранившийся толстый слой омазки.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Граничное (полусухое) трение – трение, происходящее при тончайшем слое смазки, когда не сохраняются условия жидкостного трения.
Сухое трение -трение, происходящее при непосредственном соприкосновении (контакте) трущихся поверхностей без разделяющего их слоя смазки.
Цилиндро-поршневая группа работает при больших скоростях и высоких температурах, поэтому при недостатке смазки происходит полусухое трение, что вызывает усиленный износ гильз цилиндров, поршней и пальцев, а при обильной смазке закоксо-вываются (покрываются нагаром) камера сгорания и поршневая группа, что также приводит к быстрому износу деталей.
Для автомобильных и тракторных двигателей дана новая классификация и маркировка масел. По качеству установлены три группы масел: А, Б и В. Масла группы А предназначены для применения в автомобильных, тракторных, мотоциклетных, транспортных и авиационных двигателях старых моделей, работающих на малосернистом топливе.
Вязкость масел определяется при строго определенной температуре (обычно при 100 °С) с помощью специального прибора — вискозиметра и выражается в сантистоксах (сст). Сантистокс — единица измерения вязкости, равная вязкости дистиллированной воды при 20,2 °С.
Номинальная вязкость масел установлена с учетом климатических условий страны и требований современных двигателей.
Температурой застывания масла называется температура, при которой масло теряет свою текучесть.
Система смазки дизеля Д-40Р. На, рис. 1 приведена схема смазки двигателя Д-40Р. Масломериая линейка имеет две метки: верхнюю, обозначенную буквой П, до уровня которой наливают масло ори полной заправке картера, и нижнюю -с буквой Н, соответствующую минимально допустимому уровню масла в картере. Во время вращения коленчатого вала двигателя масляный насос забирает масло из маслоприемника и нагнетает его через канал и маслопровод в фильтр. В двигателе Д-40Р производится двойная очистка масла. Фильтры тонкой и грубой очистки масла установлены в общем корпусе, прикрепленном к блоку цилиндров.
Рис. 1. Схема смазки двигателя Д-40Р: 1- картер (поддон), 2 — масляный насос, 3 — главная масляная магистраль, 4 — подшипник распределительного вала, 5- верхняя головка шатуна, 6 -термометр, 7 — манометр, 8 — маслозаливной патрубок, 9 — фильтр тонкой очистки, 10 — фильтр гругой очистки, 11 — масляный радиатор, 12 — датчик термометра, 13 и 14 — маслопровод, 15 — нагнетательный канал, 16 — масломерная линейка, 17 — пробка спускного отверстия, 18 — маслоприемник с сеткой
Часть масла поступает через отверстие оси в ротор центрифуги фильтра, а затем вытекает из ротора по каналам, расположенным по касательной, и попадает в картер.
Вытекающее масло реактивной силой струи приводит ротор во вращение. Благодаря большой скорости вращения тяжелые примеси, находящиеся в масле, под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам ротора и оседают на них, а в картер поступает уже чистое масло.
Другая часть (больший поток) проходит через металлический щелевой фильтр грубой очистки, а затем поступает в масляный радиатор, установленный перед водяным радиатором. После охлаждения масло из радиатора возвращается в корпус фильтра, откуда направляется в главную масляную магистраль 3. При температуре окружающего воздуха ниже 5 °С масляный радиатор при помощи крана, расположенного в корпусе фильтра, отключают и масло после очистки направляется сразу в магистраль. Из магистрали масло под давлением подается по каналам в поперечных стенках картера к коренным подшипникам коленчатого вала, а от них по каналам в щеках вала -к полости в шатунных шейках, где под действием центробежной силы вновь подвергается очистке. Из полости масло по трубке выходит на трущиеся поверхности шейки и смазывает их и поверхность вкладыша.
К верхней головке шатуна и поршневому пальцу масло поступает по каналу в теле шатуна.
По каналам в картере масло под давлением подводится к подшипникам (втулкам) распределительного вала, к промежуточной шестерне в кожухе шестерен и по трубке—к шестерне привода топливного насоса.
К клапанному механизму масло поступает от переднего под шипника распределительного вала по каналам в блоке и головке Цилиндров и подводится к передней стойке валика коромысел; оттуда масло поступает в канал в валике коромысел, а из него через отверстия-на втулки коромысел. Затем по каналам в коротких плечах коромысел масло подводится к шаровым головкам регулировочных болтов и в сферические углубления штанг коромысел. Стекая по штанге, масло смазывает ее нижний конец и тарель. Остальные детали смазываются маслом, которое вытекает из зазоров и разбрызгивается коленчатым валом.
Манометр присоединен к главной магистрали в блоке цилиндров, а дистанционный термометр 6 — к корпусу фильтра 10у до места отвода масла в радиатор.
Нормальное давление масла до охлаждения 1,7-2,5 кГ/см2, а температура 90 °С.
Чтобы предотвратить чрезмерное повышение давления масла при пуске холодного двигателя, насос снабжен редукционным клапаном. Клапан регулируют на открытие при давлении масла 6,5-7 кГ/см2. После регулировки клапан пломбируют. Редукционный клапан перепускает масло обратно в поддон.
Для правильной работы реактивной центрифуги требуется давление масла не ниже 6 кГ/см2. Чтобы уменьшить давление до 3 кГ/см2 и избежать повреждения фильтра грубой очистки, масло пропускают через калиброванный канал в корпусе фильтров. Рабочая поверхность фильтра грубой очистки имеет около 39 000 щелей длиной 3,2 мм и шириной 0,04-0,09 мм. Для уменьшения объема фильтра рабочая поверхность разделена на наружную и внутреннюю секции.
В корпусе фильтров размещены два шариковых клапана: предохранительный и сливной. Предохранительный клапан перепускает неочищенное масло непосредственно от масляного насоса в магистраль при значительном засорении фильтра грубой очистки.
Он открывается также при пуске двигателя, когда масло вследствие низкой температуры имеет повышенную вязкость и не успевает проходить через фильтр грубой очистки.
Предохранительный клапан регулируют на заводе так, чтобы он открывался при перепаде давления от 3 до 4,5 кГ/см2 и пропускал все количество масла, направляемого в масляную магистраль.
Сливной клапан поддерживает рабочее давление в масляной магистрали. У нового двигателя клапан пропускает обратно в картер избыточное количество масла, подаваемого масляным насосом, когда утечка масла через ‘зазоры между трущимися поверхностями незначительна. Сливной клапан регулируют непосредственно на двигателе. Для этого ввертывают или вывертывают регулировочный винт так, чтобы у двигателя в прогретом состоянии при,полном числе оборотов коленчатого вала, поддерживаемых регулятором, давление масла в магистрали было 2 — 2,5 кГ/см2, а при пуске, когда масло холодное, — не поднималось выше 4 кГ/см2. После регулировки винт стопорят контргайкой и закрывают глухой гайкой, которую пломбируют.
Масляный радиатор двигателя Д-40Р состоит из 18 стальных трубок наружным диаметром 12 мм и толщиной стенки 1 мм. Снаружи на трубки навита стальная лента, увеличивающая поверхность охлаждения радиатора. Верхние и нижние концы трубок вварены соответственно в верхний и нижний сборники. Масло из фильтра грубой очистки по маслопроводу поступает к одному из концов нижнего сборника радиатора. Нижний сборник разделен глухой перегородкой на две равные части, поэтому поток масла поднимается вверх только по одной половине трубок и, пройдя верхний сборник, опускается по другой половине трубок в другую часть нижнего сборника, а оттуда по второму маслопроводу возвращается в корпус фильтра. Масляный радиатор укреплен впереди водяного радиатора и охлаждается потоком воздуха, засасываемого через оба радиатора вентилятором двигателя. Рабочая поверхность масляного радиатора составляет около 3,25 м2 и обеспечивает понижение температуры масла на 5-6 °С.
Система смазки дизелей Д6 и Д12. Система смазки дизелей циркуляционная, под давлением с сухим картером и охлаждением.
К системе смазки относятся: масляный насос, масляный фильтр, маслопроводы, радиатор, контрольно-измерительные приборы. Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники, подшипники распределительных валов и механизмов передач. Гильзы, поршни, поршневые пальцы и кольца, зубья шестерен передач смазываются разбрызгиванием.
На всех дизелях, используемых в качестве первичных двигателей передвижных электростанций, устанавливают масляные насосы шестеренчатого типа. Эти насосы надежны в работе, просты в обслуживании и обеспечивают равномерную подачу масла.
Масляный насос дизелей Д6 и Д12 состоит из трех секций: двух откачивающих (всасывающих) и одной нагнетающей. В каждой секции расположены две цилиндрические шестерни, заключенные в отдельный корпус.
Две откачивающие секции обеспечивают надежную откачку масла при продольных наклонах дизеля. Корпуса и крышка отлиты из алюминиевого сплава и стянуты друг с другом четырьмя болтами. Между поверхностями разъема корпусов установлены бумажные уплотняющие прокладки.
Боковое отверстие в корпусе верхней откачивающей секции, закрываемое сеткой, служит для соединения всасывающей камеры с передним маслоотстойником передней части картера.
Валик масляного насоса изготовлен заодно с цилиндрической шестерней. На валике имеются три лыски под шпонки. На шпонках закреплены ведущие шестерни. Ведомые шестерни свободно вращаются вокруг общей неподвижной оси; эта ось закреплена в корпусе болтом. Внутри ведомых шестерен запрессованы бронзовые втулки, для смазки которых масло поступает через отверстия, просверленные между зубьями шестерен.
Крышка 8 имеет два отверстия: в одно из них входит нижний конец оси ведомых шестерен, а в другое-нижний конец валика ведущих шестерен. Каналы в крышке, служащие для перепуска части масла из нагнетающей камеры во всасывающую через редукционный клапан, предотвращают недопустимое повышение давления масла. Отверстия иод ось и валик шестерен закрыты пробками, законтренными проволокой. Под пробки ставят мед-но-асбестовые уплотняющие кольца.
Пружина редукционного клапана отрегулирована на давление 8,5 кГ/см2. Если давление в нагнетающей камере достигает этой величины, клапан отходит от седла и часть масла перетекает из нагнетающей камеры во всасывающую, в результате чего давление в нагнетающей камере понижается.
Рис. 2. Масляный насос дизелей Д6 и Д12: 1 — ведущая шестерня валика масляного насоса, 2- ведущая шестерня верхней откачивающей секции, 3 — ведущая шестерня нижней откачивающей секции, 4 — пробка, 5 — редукционный клапан, 6 — пружина, 7 — стержень редукционного клапана, 3 — крышка корпуса нагнетающей секции, 9 — корпус нагнетающей секции, 10-корпус нижней откачивающей секции, 11 — ведомая шестерня верхней откачивающей секции, 12 — корпус верхней откачивающей секции, 13 — сетка, 14 — стяжной болт
При вращении валика шестерни верхней откачивающей секции засасывают масло из переднего маслоотстойника через отверстие, закрываемое сеткой, и прокачивают его в нагнетающую камеру. Шестерни нижней откачивающей секции по трубке, проложенной на дне нижней части картера, засасывают через канал корпуса масло из заднего маслоотстойника и перекачивают его в нагнетающую камеру.
Из нагнетающей камеры масло по трубке подается в холодильник или радиатор и из него — в масляный бак. Масляный насос центрируется в расточке нижней части картера пояском, имеющимся на корпусе, фиксируется цилиндрическим штифтом, запрессованным во фланец картера, и крепится к нему шестью шпильками. Для уплотнения стыка между фланцем картера и насосом ставят паранитовую прокладку.
поиск идеального масла для вашего парка техники
техническая экспертиза
16.апр.2021
Внедорожные работы в тяжелых условиях весьма разнообразны, поэтому для их выполнения требуется самая различная техника.
Самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой, экскаваторы, тягачи — вся эта уникальная техника отличается по своей конструкции и изо дня в день сталкивается с различными условиями эксплуатации.
Для владельцев парков техники крайне важно увеличить время бесперебойной работы машин с целью повысить окупаемость этих многофункциональных агрегатов. Достигнуть этой цели вам помогут смазочные материалы.
Этот цикл статей будет посвящен весьма обширной теме смазки двигателей для тяжелых условий эксплуатации. В своей первой статье мы расскажем о трех критически важных свойствах масел, необходимых для эффективной смазки мощных двигателей. Каждое из этих свойств направлено на выполнение той или иной функции конкретных компонентов двигателя, что напрямую повышает эффективность вашего бизнеса изо дня в день.
1. Контроль трения
Мощная техника приводится в движение за счет потребления большого количества топлива, поэтому крайне важно по возможности сократить расход топлива. Большое количество движущихся компонентов в двигателе потенциально создает много трения, а это значит, что эффективная смазка двигателя критически важна для современных машин.
Клапанный механизм состоит из распределительного вала, коромысел и клапанов. Все эти подвижные компоненты при ненадлежащей смазке потенциально создают много трения. Масло низкой вязкости со сбалансированным содержанием снижающих трение присадок позволяет всем поверхностям скользить с минимальным трением — даже в условиях пограничной смазки.
Пограничная смазка: две поверхности движутся близко относительно друг друга, а между ними предусмотрен слой чрезвычайно тонкой жидкой пленки. Периодически эти две поверхности могут соприкасаться.
2. Контроль износа
Изношенные компоненты двигателя быстрее ломаются и работают не так эффективно, как их аналоги, не подвергшиеся износу. Моторные масла содержат присадки, выдерживающие экстремальные нагрузки и обеспечивающие защиту всех компонентов двигателя от износа. Но будьте осторожны! Такие присадки несут в себе риск повышенного окисления смазки, поэтому используйте моторные масла только от сертифицированных и опытных производителей.
Присадки представляют собой отличный способ уменьшить трение, но для полного контроля износа не менее важна подходящая вязкость. Слишком жидкие смазки не способны защитить металлические поверхности от износа при трении друг о друга, в то время как слишком густое масло увеличит расход топлива и не сможет достигнуть критических точек смазки достаточно быстро после запуска двигателя. Массивные подшипники двигателей для тяжелых условий эксплуатации — отличный пример важности соблюдения этого баланса вязкости.
Машины, оснащенные такими усиленными подшипниками, нуждаются в масле с правильной предельной нагрузкой, защищающем вращающиеся элементы от износа и задиров. Моторное масло низкой текучести с усовершенствованными присадками защищает все компоненты от износа и при этом сводит трение внутри подшипника к минимуму.
3. Контроль осадков и отложений
Грязь, пыль и прочий мусор, как образующиеся внутри двигателя, так и поступающие извне, все время находят способ скопиться в каком-нибудь укромном местечке.
Поток воздуха или масла переносит эти частицы грязи, пока они не начнут формировать отложения в тех или иных компонентах системы.
Частицы различных типов образуют отложения при различных условиях. Возьмем для примера поршень:
• Головка поршня: сверху на головке поршня могут наблюдаться твердые отложения, которые способны доставить множество проблем, ведь они улавливают и запирают тепло из камеры сгорания.
• Юбка поршня: нагар препятствует охлаждению поршня, тем самым напрямую увеличивая трение и износ.
Моторное масло со сбалансированным содержанием моющих присадок и диспергаторов не допустит образования новых отложений, а также активно удалит уже существующие, что непосредственно увеличивает срок службы двигателя. А эти дополнительные часы работы машины из вашего парка техники означают еще большую прибыль от ваших инвестиций в оборудование.
Окупите свои затраты на масла с умом
Гарантия полной защиты двигателя и его оптимальной производительности крайне важны, но не стоит недооценивать важность сохранения первоначального состава моторного масла между его заменами.
Устойчивость масла к окислению определяет, как долго смазочный материал будет сохранять свои свойства. Тщательно сбалансированные ингибиторы окисления могут значительно снизить скорость окисления смазки. Окисленное моторное масло теряет свои смазочные свойства, а это означает, что вам придется регулярно менять масло, чтобы гарантировать надлежащую полную смазку вашей техники для тяжелых условий эксплуатации.
Второй фактор, влияющий на скорость выработки моторного масла, — это его устойчивость к деградации.
Более длинные молекулы, влияющие на вязкость масла (например, содержащиеся в присадках-регуляторах вязкости), распадаются на меньшие молекулы под воздействием высокого давления, в результате чего вязкость смазочного материала снижается. Если вы хотите узнать больше об этих инновационных молекулах, обязательно прочитайте нашу статью, посвященную регуляторам вязкости последнего поколения с повышенной устойчивостью к деградации.
Жидкость с высоким уровнем устойчивости к окислению и деградации позволит вам увеличить интервал между заменами моторного масла.
Категории моторного масла для тяжелых условий внедорожной эксплуатации содержат нормативы по интервалам замены масла, что позволяет вам легко определить рекомендованные интервалы замены любого моторного масла для тяжелых условий эксплуатации. Двигатели для тяжелых условий эксплуатации могут содержать до 150 литров масла, поэтому, следя за надлежащим состоянием моторного масла, вы непосредственно влияете на прибыльность вашего парка техники.
В последующих статьях этого цикла, посвященного смазке двигателей для тяжелых условий эксплуатации, мы расскажем вам об официальных спецификациях и нормативах в отношении моторных масел для тяжелых условий эксплуатации, а также о последних тенденциях в этой отрасли. Читайте наши статьи или нашу новостную рассылку, чтобы оставаться в курсе новостей о смазке двигателей для тяжелых условий эксплуатации!
Подводя итоги:
• Двигатели для тяжелых условий эксплуатации необходимо поддерживать в оптимальном состоянии с помощью подходящих смазочных материалов.
• Эффективное снижение трения позволяет уменьшить расход топлива.
• Контроль износа компонентов двигателя помогает увеличить время бесперебойной работы парка техники.
• Контроль осадков и отложений за счет улучшенного состава смазки продлевает срок службы двигателя.
• Состав масла может быть подобран специально для поддержания его свойств.
• Читайте наши статьи, чтобы узнать больше о спецификациях масел для тяжелых условий эксплуатации и последних тенденциях в этой отрасли.
Почему важна смазка двигателя
Автомобильные смазочные материалы играют решающую роль в эксплуатации автомобиля, и поддержание автомобиля на дороге всегда должно быть одним из главных приоритетов его владельца. Вот почему мы так прилагаем все усилия, чтобы наши автомобили были в наилучшем состоянии, насколько это возможно. «Смазочные материалы очень важны, и их использование в двигателях невозможно», — говорит Анна Мария Вицидомини из Fulgoil.
Fulgoil — торговая марка Columbia Motor Oil, более 80 лет выпускающая качественные смазочные материалы для всех типов двигателей.
Columbia s.r.l., лидер в производстве смазочных материалов, находится в Генуе, Италия.
Существует множество различных типов автомобильных смазочных материалов, используемых в автомобиле, включая моторное масло, трансмиссионное масло, трансмиссионное масло, консистентные смазки и различные жидкости. Хотя каждый из них имеет определенную цель в целом, они должны уменьшить трение между движущимися частями. Поэтому использование автомобильных смазочных материалов высочайшего качества важно по ряду причин.
Одним из наиболее важных элементов смазки является поддержание двигателя в рабочем состоянии и правильной работы, тем более что замена или ремонт двигателя иногда может быть дороже, чем просто покупка нового автомобиля.
Игорь Брандт, Rektol GmbH & Co. KG Менеджер по глобальным продажам говорит: «Смазка — это вещество, которое уменьшает трение, нагревание и износ при введении в виде пленки между твердыми поверхностями. Использование подходящего смазочного материала помогает максимально продлить срок службы ваших двигателей, коробок передач и оборудования, тем самым экономя деньги, время и рабочую силу, что делает операции более эффективными и надежными».
Rektol GmbH & Co. KG производит и разрабатывает высокоэффективные смазочные материалы для автомобильного и промышленного сектора, а также классические масла для старых, старинных и классических автомобилей.
Итак, как обеспечить безопасность двигателя, не затрачивая массу времени и усилий? Ответ прост. Смазка двигателя — одна из лучших вещей, которые можно сделать, чтобы двигатель оставался громким и мощным в течение длительного времени.
Annalene Coetzee, Afriq Lube Менеджер по работе с ключевыми клиентами и маркетингу советует потенциальным покупателям, что для обеспечения безопасности и работы вашего двигателя вам необходимо правильное масло для него. «Без масла хорошего качества, а также подходящего масла ваша машина будет повреждена или даже сломается».
Afriq Lube and Services являются поставщиками и производителями автомобильных масел, сельскохозяйственных масел, промышленных смазочных материалов, консистентных смазок, антифризов, средств для предотвращения ржавчины и чистящих химикатов как для торговли, так и для населения.
Важность смазки
Что делает смазкаФизика смазки делает ее столь важной. Как правило, двигатель состоит из большого количества скользящих частей, которые вместе создают жизнь транспортному средству. Однако высокие скорости, с которыми эти части движутся и скользят друг относительно друга, создают невероятное трение, которое может привести к сильному нагреву. Эти температуры могут на самом деле дойти до того, что металлические части двигателя начнут формироваться и сплавляться вместе, что разрушит весь двигатель, если его оставить без присмотра. Смазка способна полностью предотвратить это, так как устраняет трение между движущимися частями.
Вот несколько причин, почему смазка двигателя так важна…Продлевает срок службы двигателя
Движущиеся части со временем изнашиваются с разной скоростью. Чтобы обеспечить наименьшую степень деградации деталей и, таким образом, продлить срок их службы, следует использовать качественные автомобильные смазочные материалы.
Обеспечение того, чтобы все движущиеся части работающего двигателя могли двигаться без сбоев или сильного нагрева, сохранит каждую часть исправной и может иметь большое значение для критических компонентов автомобиля, таких как двигатель и трансмиссия. Автомобиль, который обслуживался с использованием высококачественных автомобильных смазочных материалов, может проехать от нескольких тысяч до 100 000 миль дополнительного срока службы.
Проблема с двигателем без смазки заключается в том, что, как только одна деталь начинает работать неправильно, это вызывает систематические проблемы во всем остальном двигателе. Это потому, что двигатель подобен единому организму, и каждый основной орган внутри него должен функционировать, чтобы он оставался живым. Смазка двигателя предотвратит усталость и износ.
Экономит деньги
Правильная смазка двигателя не только продлит срок службы вашего автомобиля, но и станет щедрым подарком для вашего кошелька. Уход за автомобилем с использованием качественных автомобильных смазочных материалов позволит сэкономить деньги в долгосрочной перспективе.
Это связано с тем, что за ухоженным автомобилем требуется меньше ремонтов. Использование низкокачественных автомобильных смазочных материалов может даже дорого вам обойтись, если потребуется замена двигателя или трансмиссии.
Однако наличие исправного двигателя означает, что вы сможете получить намного больше денег от продажи автомобиля, который у вас есть. И, как мы уже говорили, лучший и самый простой способ обеспечить это — регулярно следить за тем, чтобы ваш двигатель был должным образом смазан.
Производительность
Использование качественных автомобильных смазочных материалов также позволяет автомобилю работать с максимальной эффективностью и производительностью. Это может означать более низкие затраты на топливо и большую мощность.
Охлаждение
Смазочное масло отводит тепло от смазываемого компонента. Масло возвращается в масляный поддон. Некоторые двигатели оснащены внешними маслоохладителями для облегчения охлаждения масла в масляном поддоне.
Необходимо поддерживать температуру масла ниже температуры вспышки масла. Моторное масло также должно иметь высокую термостойкость, чтобы свести к минимуму образование нагара из-за поломки.
Моющее или моющее действие
Моторное масло обладает способностью очищать все детали двигателя, которые с ним соприкасаются. Присадки в моторном масле помогают маслу выполнять свои очищающие функции. Нагар с поршней и колец очищается моторным маслом. Кроме того, очищаются и другие компоненты двигателя, такие как штоки клапанов, толкатели клапанов, коромысла и распределительные валы.
Уплотнение
Моторное масло помогает поршневым кольцам образовывать плотное уплотнение между кольцами и стенками цилиндра. Микроскопические неровности поршневых колец или стенок цилиндров заполняются масляной пленкой, препятствующей выходу газов из камеры сгорания. Моторное масло прилипает к металлическим поверхностям и противодействует стремлению газов из камеры сгорания «выдуть» поршневые кольца.
Масляная пленка также обеспечивает смазку между кольцами и канавками поршневых колец, что позволяет кольцам свободно двигаться и, следовательно, иметь постоянный контакт между кольцами и стенками цилиндра. Масло, находящееся между частями двигателя, защищает детали от удара, поскольку заряд сгорания толкает поршень вниз.
Особенность
Авиационные масла должны соответствовать более горячим двигателям и новейшим гибридным технологиям. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ• Разработчики смазочных материалов для реактивных двигателей соблюдают строгие и длительные стандарты в виде технических испытаний для обеспечения безопасности и качества.
• Для запуска новых моторных смазочных материалов часто требуется десятилетие или больше, главным образом потому, что новые масла должны подвергаться специальным испытаниям OEM.
• Началась электрификация авиационной промышленности, при этом гибридная технология сначала используется в демонстрационных образцах.
Поскольку гибридным самолетам по-прежнему будет требоваться смазка двигателя, масла должны будут сохранять свои функции смазки реактивных двигателей, а также приспосабливаться к возможностям охлаждения электродвигателей, открывая двери для инноваций.Если бы вы взломали капот любого самолета во время Второй мировой войны, скорее всего, вы нашли бы минеральное масло, смазывающее двигатель. В 1940-х и 1950-х годах ситуация начала меняться. Авиационная промышленность начала переходить на использование синтетических смазочных материалов для двигателей, главным образом потому, что минеральное масло не могло выдержать повышения температуры новых моделей двигателей, и эта тенденция сохраняется и по сей день.
На протяжении многих лет производители двигателей продолжали стремиться к созданию более совершенных и эффективных двигателей. Это увеличивает выделение тепла, что, в свою очередь, увеличивает количество тепла, которое смазка должна отводить от двигателя.
Хотя двигатели продолжают нагреваться, смазочные материалы для реактивных двигателей сохранили химический состав базовых масел.
Теперь производители двигателей создают и проектируют двигатели для работы с существующими смазочными материалами, а новые смазочные материалы должны быть одобрены для работы в существующих двигателях. Несмотря на то, что это обеспечивает безопасность, этот предел в инновациях затрудняет удовлетворение постоянной потребности в управлении повышением температуры двигателя, которая стала более интенсивной за последние несколько десятилетий и, как ожидается, сохранится.
Что влияет на состав моторной смазки?
Реактивные турбинные двигатели представляют собой машины с чрезвычайно высокой плотностью мощности, а это означает, что они выделяют значительное количество тепла. Чтобы выдерживать это тепло, двигатели состоят из сплавов на основе никеля, способных работать при самых высоких температурах, настолько, что самые горячие лопасти фактически работают при температуре выше их точки плавления.
Вдобавок к этому, газотурбинные двигатели постоянно выделяют тепло из-за непрерывного процесса сгорания, в отличие от циклического процесса в автомобиле, тепловая мощность которого колеблется во времени.
Из-за этих высоких рабочих температур смазочные материалы для газотурбинных двигателей не работают. Майкл Дуглас, старший научный сотрудник ExxonMobil, говорит: «Основная задача смазки для реактивных двигателей — отводить тепло от двигателя». Он объясняет, что масло выполняет эту задачу, отводя тепло от определенных участков двигателя и в конечном итоге выделяя его вместе со сгоревшим топливом. Этот процесс предотвращает повышение температуры до неприемлемого уровня в подшипниках и других местах и помогает поддерживать общий тепловой цикл двигателя.
Помимо способности выдерживать и отводить тепло, смазочные материалы для газотурбинных двигателей должны служить долго, потому что, в отличие от автомобилей, в которых масло заменяют регулярно, авиационный двигатель получает только доливки масла.
После каждого полета в двигатель добавляется небольшое количество масла, которое со временем медленно расходует его. И хотя самолет может нести тысячи галлонов топлива, в нем всего несколько галлонов масла.
Чтобы удовлетворить растущие потребности, особенно повышение температуры двигателя, разработчики смазочных материалов обратились к синтетическим основам в 1950-е годы. Хотя типы присадок могут различаться, базовые масла в современных коммерческих и военных смазочных материалах для реактивных турбинных двигателей в основном представляют собой сложные эфиры полиолов, поэтому все они имеют схожие характеристики теплопередачи. Рон Юнгк, старший технический сотрудник Eastman Chemical, говорит: «Мы хотели бы иметь возможность проектировать с лучшей теплопроводностью и теплоемкостью, чтобы лучше работать в качестве теплоносителя, но мы довольно хорошо ограничены определенным классом теплоносителей. химические вещества в соответствии со спецификациями, и в конечном итоге это технология полиэфирных эфиров».
Ограничение введено по уважительной причине: оно обеспечивает согласованность масел для газотурбинных двигателей и, следовательно, их совместимость друг с другом, а значит, не произойдет смешивания несовместимых смазочных материалов, что может привести к выходу масла из строя.
Для некоторых новых, более горячих газотурбинных двигателей компании-производители смазочных материалов разработали масла с высокими эксплуатационными характеристиками, поскольку стандартные масла не могут выдерживать температуры двигателя. Хотя химический состав базовых масел остается схожим, эти высокоэффективные масла должны соответствовать повышенным требованиям к термической и окислительной стабильности, одновременно противодействуя масляным отложениям. Производители оригинального оборудования (OEM) также хотят увеличить интервалы технического обслуживания двигателей или диапазон температурных расчетов для других производителей оборудования.
Из-за ограничений, налагаемых на смазочные материалы для реактивных двигателей, и экстремальных условий, в которых они должны выдерживать, разработчики рецептур должны соответствовать строгим стандартам, прежде чем масло будет одобрено для использования, чтобы избежать реальных последствий.
Yungk сравнивает отказ смазки с сердечным приступом. «Если у вас слишком много отложений, которые мешают потоку масла попасть в подшипник, вы можете лишить этот подшипник необходимой смазки, и тогда подшипник выйдет из строя, и весь реактивный двигатель выйдет из строя». Несмотря на то, что процесс утверждения занимает много времени и несколько замедляет внедрение инноваций, строгие стандарты позволяют избежать подобных ошибок.
Текущие потребности в смазочных материалах отдают приоритет безопасности
Если у автомобиля проблемы с двигателем, водитель обычно может остановиться. Поскольку самолет не может, смазочные материалы должны пройти самые высокие испытания качества перед коммерческим или военным использованием. Для обеспечения безопасности две основные спецификации определяют стандарты, которым должны соответствовать смазочные материалы класса 5 сСт: MILPRF-23699, разработанный военными США более 50 лет назад, и SAE AS5780, разработанный профессионалами отрасли и опубликованный SAE International.
Кроме того, за последние 20 лет, когда возросла потребность в масле с более высокой термической стабильностью, OEM-производители стали играть более важную роль в определении того, что должны включать отраслевые спецификации, а также в установлении собственных процессов утверждения на основе испытаний двигателей. Сегодня у производителей масел есть длинный список тестов, которые они проводят, чтобы показать, что их смазочный материал безопасен и эффективен для использования в коммерческих и военных самолетах.
Хотя примерно 95 % любого смазочного материала для газотурбинных двигателей представляет собой базовое масло на основе эфира полиола, присадки, входящие в состав остальной части масла, направлены на повышение термической и окислительной стабильности, предотвращение трения и отложений, а также ингибирование коррозии, пенообразования и износа. . Например, некоторые смазочные материалы содержат присадку для предотвращения задира — сварки, которая возникает между зубьями шестерен или между подшипниками и их дорожками качения из-за скачков тепла, вызванных трением.
Если трение превысит пороговое значение, присадка распадется на твердый материал, создав дополнительную смазочную пленку в качестве последней линии защиты.
Чтобы определить, будут ли смазочные материалы работать во время полета самолета, нефтяные компании проводят исчерпывающий список тестов.
Окисление
Любое коммерческое масло должно противостоять окислению при высоких температурах. Стойкость к окислению измеряется путем нагревания масла до 204 °C в течение трех дней при пропускании через него воздуха, а затем оценивается, насколько масло сохранилось, как изменились вязкость и кислотное число, а также подверглись ли металлы коррозии. По словам Дугласа, тест хорошо помогает предсказать, как масло будет вести себя в горячих авиационных двигателях в окислительном смысле. «Это одна из причин, по которой тест существует уже 50 лет».
Коксование
Работа более горячих двигателей также увеличивает риск закоксовывания, происходящего, когда высокие температуры запускают цепную реакцию разрушения и полимеризации базового компонента в материал с более высокой молекулярной массой, который в конечном итоге выпадает в осадок из жидкой фазы.
Эти осадки могут образовывать лаки, которые превращаются в более тяжелый и толстый твердый материал ( см. рис. 1 ). Как бы ни было важно предотвратить закоксовывание, тестирование не так просто, как другие тесты.
Рис. 1. Скопление частиц кокса привело к закупорке масляной струи к переднему подшипнику вала силовой турбины Eurocopter AS350-BA. Закупорка препятствовала поступлению масла к подшипнику, что приводило к отказу двигателя. Рисунок предоставлен Австралийским бюро безопасности на транспорте.
«Существует ряд тестов, которые должны измерять устойчивость масла к закоксовыванию, но нет ни одного теста, который может это сделать, потому что двигатель состоит из множества разных частей», — говорит Юнг. Вместо этого стандарты указывают на несколько тестов, которые в совокупности служат разумным предсказателем того, насколько сильно смазка может вызвать коксование в двигателе. Например, симулятор процесса с горячей жидкостью (HLPS) имитирует процесс осаждения чистого горячего масла, протекающего через еще более горячую трубу на пути к распылению на подшипник.
Испытание на высокотемпературное осаждение (HTDT) измеряет количество и тип отложений, образующихся, когда горячее масло энергично барботируется воздухом и проходит через более горячую трубу. Это имитирует откачку или «удаление» основной массы масла из отсеков подшипника. Устройство для коксования в паровой фазе (VPC) измеряет, насколько хорошо масло сопротивляется осаждению, когда подшипники превращают его в пар и туман, поскольку эти переносимые по воздуху продукты удаляются из подшипниковых отсеков. «Все три показателя вместе взятые, хотя и не коррелируют друг с другом, начинают давать вам представление о том, как это масло будет вести себя в различных частях двигателя в отношении сопротивления отложению отложений», — говорит Юнгк.
Прочие тесты
Наряду с многочасовыми испытаниями, чтобы исключить неприемлемые уровни окисления и закоксовывания, разработчики смазочных материалов должны провести множество испытаний на совместимость и стабильность, чтобы доказать, что их масла будут работать в течение тысяч летных часов, не мешая другим частям двигателя, таким как O- кольца и различные металлические детали.
Например, Дуглас говорит, что существует ряд многотысячечасовых испытаний на совместимость эластомеров, проводимых при различных температурах с различными эластомерами, чтобы убедиться, что масло не вызывает деградации. «Поскольку существуют различные типы эластомеров, тесты не обязательно подходят для всех, но если ваше масло проявляет агрессивность по отношению к фторуглеродным эластомерам в лабораторных испытаниях, оно будет агрессивным по отношению к фторуглеродным эластомерам в реальных условиях». Он добавляет, что даже несмотря на то, что испытание может длиться всего 3000 часов, в то время как эластомер может оставаться в двигателе в течение многих лет, испытания являются разумным показателем совместимости, поскольку они пытаются ускорить разрушение при повышенных температурах.
Кроме того, как SAE AS5780, так и MIL-PRF-23699 требуют, чтобы перед коммерческим использованием смазочные материалы прошли определенные физические испытания, которые оценивают изменение масла с течением времени.
Эти тесты измеряют такие свойства, как вязкость при различных температурах, а также испарение смазки.
Одним из серьезных ограничений, наложенных на составителей смазочных материалов для турбинных двигателей, от которых автомобильная промышленность свободна, является запрет на использование металлов. В качестве меры предосторожности запрещается использовать металлы в масле для реактивных двигателей, чтобы предотвратить выброс твердых частиц из выхлопных труб, которые не имеют фильтров, таких как автомобили, и создать опасность для людей на земле, а также предотвратить реакцию металлов в двигателе при повышенных температурах. Хотя это разумно, это ограничивает состав смазки. Металлы могут повысить стабильность масла и улучшить несущую способность. Например, диалкилдитиофосфат цинка (ZDDP), излюбленная противоизносная присадка в смазочной промышленности, не допускается в авиационных моторных маслах, поскольку он содержит цинк. Вместо этого Дуглас говорит, что в авиационных маслах для реактивных двигателей используются беззольные противоизносные присадки, которые вряд ли изменятся в будущем из-за отмеченных соображений безопасности, а также потому, что большинство металлосодержащих присадок не выдерживают высоких температур авиационных двигателей и разлагаются.
и стать осадком, если они присутствовали.
Учитывая такой высокий приоритет безопасности, неудивительно, что новые авиационные смазочные материалы редко выпускаются на рынок. Но разработчики рецептур также должны знать, что их продукт будет коммерчески жизнеспособным после того, как он появится в продаже. По этой причине большинство нефтяных компаний не начнут разработку нового смазочного материала, если OEM-производители не проявят интерес к новому продукту. В совокупности новая формула может занять более 10 лет от концепции до выпуска, что короче, чем время, необходимое для разработки нового двигателя.
Будущее жаркое и электрическое
Тенденция к более горячим двигателям не исчезнет в ближайшее время, даже с учетом перспективы электрификации авиации, поэтому потребность в более термически стабильных смазочных материалах также сохранится. Однако эти типы смазочных материалов, как правило, обладают неоптимальной несущей способностью, что противоречит потребностям в смазке другой современной технологии: турбовентиляторов с редуктором.
Турбовентиляторы с редуктором повышают КПД двигателя за счет снижения высоких оборотов турбины с помощью редуктора ( см. рис. 2 ). Поскольку редуктор установлен внутри двигателя, он использует ту же систему смазки, но создает значительную нагрузку. «Это указывает на необходимость убедиться, что смазка обладает дополнительной способностью выдерживать более высокие нагрузки», — говорит Юнгк, что противоречит возможностям термически стабильных масел. В ответ на эту дихотомию ВВС и ВМС США поощряют разработку термически стабильных масел, которые также обладают повышенной несущей способностью, называемых смазочными материалами класса Enhanced Ester или EE. Юнг говорит: «Внедрение масел класса EE поможет обеспечить конструкции двигателей как с термической эффективностью, так и с эффективностью движения, поскольку отрасль стремится к своим целям устойчивого развития с низким уровнем выбросов углерода».
Рис. 2. Турбореактивный двигатель с редуктором, установленный на самолете.
Рисунок предоставлен Pratt & Whitney.
Одним из способов устранения необходимости в разработке смазочного материала, который является одновременно термически стабильным и способным выдерживать большие нагрузки, является замена двигателя электродвигателем, который не требует смазки в традиционном понимании, а просто охлаждающей жидкости. это. Но хотя некоторые компании продемонстрировали успехи в проверке концепции, отрасль все еще далека от полного перехода к электрификации.
Эндрю Доббинс, глобальный OEM-менеджер и отраслевой менеджер Shell Aviation, говорит: «Замена газовых турбин электрическими двигателями уже присутствует в демонстрационных самолетах; однако ограничивающим фактором является технология аккумуляторов и плотность энергии, необходимые для типичных рейсов коммерческих авиакомпаний».
В настоящее время количество батарей, которые самолету необходимо нести для обеспечения полета, весит намного больше, чем количество стандартного реактивного топлива, которое ему требуется, говорит Дуглас.
«Сейчас эффективность батарей просто недоступна для больших самолетов». Он считает, что электрификация небольших личных самолетов станет возможной в течение следующего десятилетия, «но для самолета, который собирается летать через океан, пройдет много времени, прежде чем у вас появится электрический самолет».
Доббинс, Дуглас и Юнг согласны с тем, что гибридная система, скорее всего, предшествовала полностью электрическому коммерческому самолету. «Гибридные системы, в которых газовая турбина доступна для обеспечения электроэнергии в полете аналогично существующим вспомогательным силовым установкам, могут стать возможным шагом в технологической дорожной карте, где безопасность авиации имеет первостепенное значение», — говорит Доббинс. «В этих решениях сохранится потребность в турбинных маслах с потенциалом для специальных жидкостей для электродвигателей и управления электропитанием».
Производители авиационных двигателей все чаще изучают гибридные технологии.
Испытательный стенд НАСА для электрических самолетов (NEAT) был построен специально для использования в качестве испытательного стенда для электрических систем питания самолетов ( см.
рис. 3 ).
Рис. 3. Испытательный стенд НАСА для электрических самолетов (NEAT) был построен для разработки и тестирования электрических систем питания самолетов различных размеров. Рисунок предоставлен НАСА.
Yungk предлагает пример: «У вас может быть традиционный газотурбинный двигатель, питающий группу батарей, которые затем, в свою очередь, приводят в движение пропеллеры с электрическим приводом. Скажем, вы спускаетесь и действительно требуете движения вперед. Вы можете позволить этим пропеллерам вращаться и генерировать электроэнергию, как это делал бы Prius, и подпитывать аккумуляторы электрическим зарядом».
В идеале для гибридной системы требуется только одна жидкость, которая выполняет несколько функций. «Это будет включать в себя часть теплопередачи, необходимой для всей батареи кондиционера, а также будет совместимо с охлаждением очень мощного мотор-генератора, расположенного на крыле», — говорит Юнг.
Перспектива гибридной жидкости открывает захватывающую возможность. С проектированием совершенно нового типа самолета появляется возможность разработки совершенно новой жидкости, которая, по словам Юнга, освободит производителей смазочных материалов от необходимости делать масла обратно совместимыми с использованием ограниченных технологий. «Что нам нужно больше всего, так это действительно хорошее сотрудничество между разработчиками смазочных материалов и системными интеграторами, чтобы мы знали, сколько различных задач будет выполнять эта жидкость/смазка». Он считает, что мы сможем увидеть коммерческие гибридные самолеты где-то в 2030-х годах.
За исключением новой конструкции самолета, разработка новых смазочных материалов для реактивных двигателей, скорее всего, будет продолжаться медленно. Мало того, что одобрение занимает годы, а также покупка со стороны нескольких OEM-производителей, но и меньше нефтяных компаний разрабатывают смазочные материалы, говорит Юнгк. Одним из вариантов снижения барьера в разработке смазочных материалов для OEM-производителей является прекращение зарядки производителей масел для испытаний масла, которые начались в 2000-х годах.