Аннотация
В статье рассматривается влияние трения на работу двигателя внутреннего сгорания и качество моторного масла как фактор обеспечивающий уменьшение износа деталей и снижение потерь энергии на трение.
Трение возникает, когда тела, перемещающиеся относительно друг друга, соприкасаются своими внешними поверхностями или когда элементы структуры тела перемещаются относительно друг друга. Сегодня, когда повышаются нагрузки и скорости в механизмах и узлах, трудно переоценить роль трения. Поэтому приходится устраивать многочисленные мероприятия для преодоления трения. Нам известно, что энергия никуда не исчезает, а переходит из одного вида в другой. Поэтому при внешнем и внутреннем трении всегда происходит преобразование механической энергии в тепловую.
У современного автомобиля 20...25% мощности вырабатываемой двигателем, расходуется на преодоление трения и разрушение материалов. Их уровень во многом определяет эффективность в работе, а также материальные и энергетические затраты.
Двигатель внутреннего сгорания являются сердцем автомобиля, а трение наносит вред на работу двигателя, поэтомунужно найти способы снизить трение, что увеличит эффективность используемого топлива, которое является по большой части продуктом переработки нефти, невосполнимого природного ресурса.
Следовательно, снижение потерь на трение приведет к экономии энергии, а значит к повышению топливной экономичности автомобилей за счет триботехники.
Понятно, что совсем «убрать» трение из двигателя невозможно. Более того, даже значительно снизить его величину оказывается достаточно проблематично. Поэтому, в настоящее время важными проблемами являются создание композитных материалов, ничем не уступающих металлам, и поиск новых видов топлив и смазочных материалов.
Качество моторного масла как фактор обеспечивающий снижение потерь энергии на трение
Величина потерь на трение в парах поршневые кольца и поршень - цилиндры - около 67% общих потерь, подшипники коленчатого вала - коленчатый вал - около 25%, ГРМ - около 8%.
Работа газов в ДВС дают индикаторную мощность в двигателе, а мощность, снимаемая с коленчатого вала дает эффективную мощность, которая движет автомобиль. Эффективная мощность меньше индикаторной мощности на мощность механических потерь. Мощность механических потерь складывается из мощности на трения и мощности привода вспомогательных механизмов (приводы вентилятора, масляного насоса, насоса охлаждения ит.д.). Теперь рассматриваем из чего складывается потеря энергии на трения.
На трение основное влияние оказывают нагрузочный, скоростной, температурный режимы и характер смазки.
Один из важных факторов качество смазочных материалов. Смазочное масло должно обеспечивать уменьшение износа деталей и снижение потерь энергии на трение.
Трение может происходить без смазочного материала, со смазочным материалом и приграничной смазке. Наименьшие затраты на трение и на минимальные износы деталей обеспечиваются при жидкостной смазке. При этом поверхности деталей не вступают в контакт и потери на трение определяются вязкостью масла. [1, с. 4-5]
Вязкость — одно из важнейших свойств масла, имеющее многостороннее эксплуатационное значение. [2, с. 72]
Масло с чрезмерно низкой вязкостью легко выдавливается из зазоров между деталями, что ведет к повышенному износу механизмов и увеличению расхода смазочного материала. При слишком высокой вязкости, с одной стороны, затрудняется подача масла в зазоры, следствием чего также является интенсивный износ механизмов, а с другой стороны, возрастает расход энергии на относительное перемещение смазанных или погруженных в масляную ванну деталей. Поэтому вязкостные свойства моторных масел определяются в стандартах значениями вязкостипри 100 и OoC (а для некоторых масел при —18°С) и индексом вязкости (ИВ), т.е. интенсивностью изменения вязкости с повышением или понижением температуры.
Увеличение вязкости масла с понижением температуры обусловливает значительные трудности при эксплуатации автомобилей, особенно в зимнее время, усложняя пуск двигателей.
Надежный пуск карбюраторных двигателей осуществляется при частоте вращения коленчатого вала 35...50 об/мин (при температуре окружающего воздуха —10... +20 °C), а дизельных двигателей с различным способом смесеобразования — при средней частоте вращения 100...200 об/мин (при температуре до O0C).
Индекс вязкости автомобильных масел должен быть не менее 90.
Для получения масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами в базовые маловязкие масла (с вязкостью при IOOoC менее 5 мм2/с) добавляют 3...4 % вязкостных присадок, например полиизобутилена. Полученные, таким образом, масла называемые загущенными, обладают высоким ИВ (115... 140).
Загущенные масла имеют значительно лучшие низкотемпературные свойства, что особенно важно при пуске двигателей в холодное время и для снижения пусковых износов. Использование для автомобильных двигателей загущенных внесезонных масел, обеспечивающих надежную ихработу, дает
существенный технико-экономический эффект: на 3...7 % повышается мощность двигателя, а также снижаются механические потери на трение. [2, с. 72-73]
Условия работы моторных масел в ДВС предъявляет ряд требований к ним:
- Масло должно обладать достаточной вязкостью для образования масляного клина, обеспечивающего жидкостное трение в парах трения, а также иметь демпфирующие свойства.
- При повышении температуры масла вязкость не должна уменьшаться.
- Масло должно создавать на поверхности деталей двигателя адсорбированную пленку, способную противостоять действующим в ДВС нагрузкам без разрушения и противодействующую отложениям кокса и смол.
- В составе масла должны быть присадки, предотвращающие возникновение на поверхностях трущихся деталей процессов повреждаемости. Моторные масла должны в минимальной степени испаряться, окисляться, разлагаться, полимеризоваться под действием высоких температур и каталитического действия металлов в ДВС.
- Масла и образующиеся при его работе продукты не должны вызывать коррозию деталей.
- В процессе работы масло не должно вступать в реакцию с продуктами сгорания, пениться, эмульгироваться с водой, а также образовывать в своем составе шламы.
- Масла должны предотвращать отложение и быть способными растворять и смывать с поверхности деталей смолистые и углистые отложения, продукты износа и лаки.
- Масла не должны содержать в своем составе механических примесей и воды.
- Моторное масло и продукты его разложения и окисления в ДВС не должны быть токсичными и наносить ущерб окружающей среде.
- Изменение характеристик моторных масел в процессе эксплуатации должно быть минимальным, а срок службы в двигателе по возможности максимальным.
Этим требованиям отвечают нефтяные масла, получаемые при переработке нефти. Автомобильные двигатели отличаются друг от друга степенью сжатия, частотой вращения коленчатого вала и другими параметрами, для их смазки должны применяться и соответствующие масла, удовлетворяющие определенным требованиям. Сегодня нефтеперерабатывающая промышленность выпускает масла для малофорсированных двигателей с относительно небольшой частотой вращения коленчатого вала и небольшой мощностью, приходящейся на единицу массы, такое масло обозначается индексом Б (группа Б); среднефорсированных двигателей - индексом В (группа В); высокофорсированных двигателей, у которых высокая частота вращения коленчатого вала (больше 2000 об/мин) и большая мощность, приходящаяся на единицу массы, - индексом Г (группа Г). В каждой группе предусмотрен выпуск масел двух типов: для карбюраторных двигателей с индексом 1 и дизельных - с индексом 2. Масла, не имеющие цифрового индекса, являются универсальными и могут использоваться как в карбюраторных, так и в дизельных двигателях.
Разнообразие конструкций, рабочих процессов, условий эксплуатации предъявляют высокие требования к моторным маслам. Современные моторные масла в большинстве удовлетворяют эти требования. Это достигается высоким качеством основы масел и введением в них разнообразных присадок. Присадки в виде гелей, порошков и текучих жидкостей в небольшом количестве добавляются в смазки с различными целями, подразумевающими уменьшение трения. Присадки лишь помогают уменьшить трение, то есть главной их функцией не снижение трения, а устранение проблем, которые вызывают его увеличение.
Масло с течением времени при работе двигателя подвергается усиленному термическому и атмосферному разложению, приводящему к ухудшению его смазочных свойств. Оно загрязняется металлическими продуктами износа, нагаром, лаковыми отложениями, окалиной, абразивными частицами, в него попадают топливо и вода. Конечно, в процессе эксплуатации двигателя масло подвергается очистке с помощью масляных фильтров, что способствует продлению срока его службы, но периодически его следует менять.
Литература:
- 1. Григорьев М.А., Первушин А.Н., Коган Б.М. Снижение трения и износа в агрегатах автомобилей за счет достижений триботехники. ЦНИИТЭИ автопром, 1987. - С. 4-5.
- 2. Кириченко Н.Б.Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб, пособие для сред, проф. образованиям.: Издательский центр «Академия». 2012. - С. 72-73.