Моторное масло. Расход масла, измерение уровня масла

1. Смазывание двигателя

Смазывание поршней четырехтактного ДВС всегда осуществляется посредством свободного и центробежного разбрызгивания масла коленчатым валом. Однако щеки кривошипа коленчатого вала, как правило, не погружаются в масляную ванну. Иначе это привело бы к вспениванию масла и потери мощности двигателя. Масло, необходимое для смазывания стенок цилиндров, должно выступать из мест установки коренных и шатунных подшипников. По причине вращения коленчатого вала, это масло в виде капель распределяется по всей кривошипной камере и при этом попадает также на стенку цилиндра, когда поршень находится в его верхней части.

У высоконагруженных двигателей или двигателей, у которых из мест установки подшипников выступает мало масла, надежное смазывание обеспечивается за счет использования шатунов с просверленными отверстиями, благодаря которым стенки цилиндров дополнительно смазываются с нагруженной стороны поршней (Рис. 1). Двигатели, оснащенные системой охлаждения поршней распылением масла с целью улучшения отвода от них тепла, подобных мер не требуют. Благодаря непосредственному охлаждению маслом, от поршня стекает обратно достаточное количество масла, которое на своем пути смазывает также стенку цилиндра.

В зависимости от частоты вращения коленчатого вала, давления масла и конструктивных особенностей, капли масла, имеющиеся на стенке цилиндра, снимаются и распределяются маслосъемными поршневыми кольцами. Чтобы обеспечивалось оптимальное смазывание при минимальном расходе масла, толщина масляной пленки на стенке цилиндра должна составлять всего 1–3 мкм. Масляная пленка меньшей толщины становится причиной полусухого трения и высокого износа деталей. Масляная пленка большей толщины приводит, как правило, к повышенному расхода масла.

Рис. 1. Имеющиеся в шатуне отверстия для разбрызгивания масла обеспечивают надежное смазывание pабочей поверхности цилиндра

2. Моторное масло

Моторное масло является самым важным компонентом двигателя. Если бы компоненты двигателя внутреннего сгорания не смазывались и не охлаждались маслом, использование двигателя, каким мы его знаем сегодня, было бы невозможным. Масло в виде тонкой масляной пленки разделяет сопряженные металлические поверхности скольжения и обеспечивает их смазывание, предотвращая трение между ними и, следовательно, их износ. Помимо этого, моторное масло обеспечивает отвод тепла и загрязнений внутри двигателя.

Основные функции моторного масла

• Смазывание (разделение трущихся металлических поверхностей)
• Охлаждение (отвод тепла)
• Отвод загрязнений
• Устойчивость к действию усилий сдвига (вызываемых, например, острыми кромками поршневых колец)
• Герметизация камеры сгорания относительно картера, а также впускных и выхлопных каналов через направляющие втулки клапанов относительно полости привода клапанов
• Связывание твердых примесей, пыли, продуктов износа и сгорания, например, сажи или золы
• Защита компонентов двигателя от коррозии, вызываемой агрессивными продуктами сгорания, путем образования на металлических поверхностях защитных слоев
• Нейтрализация кислотных компонентов продуктов сгорания путем химической конверсии
• Передача усилий в гидравлических натяжителях цепи и толкателях клапанов
• Очистка компонентов двигателя от остаточных продуктов сгорания и продуктов старения моторного масла с помощью растворенных в нем моющих присадок
• Защита от износа (сопряженных трущихся деталей двигателя)
• Нейтрализация нежелательных продуктов сгорания

Моторное масло состоит из базового масла (основы) и пакета присадок. Присадки добавляются в базовое масло для улучшения его свойств. Доля содержания присадок и их состав зависят от предъявляемых к маслу требований.

Примеры свойств и факторов, на которые присадки оказывают влияние:

• Вязкость и текучесть
• Поверхностно-активные свойства
• Нейтрализующая способность
• Нейтральные свойства в отношении уплотнительных материалов
• Низкая склонность к вспениванию
• Длительный срок службы, увеличенные интервалы замены масла
• Низкий расход масла
• Низкий расход топлива
• Совместимость с топливом
• Экологичность

Моторное масло утрачивает свои свойства в результате старения и загрязнения. Содержащиеся в масле присадки расходуются, а агрессивные продукты сгорания и частицы загрязнений приводят к загрязнению масла. Старение масла отчасти происходит под действием высоких температур.

Моторное масло состоит из длинных цепочек молекул углеводородов. Вязкость масла определяется длиной молекулярных цепочек. Вязкость длинных цепочек молекул выше, чем коротких. Во время работы двигателя, под действием усилий сдвига длинные цепочки молекул разделяются на более короткие. Это отрицательно сказывается на вязкости и смазочных свойствах масла. При этом в экстремальных условиях снижается устойчивость масла, и его необходимые смазочные свойства утрачиваются.

Нецелесообразно подвергать моторное масло тонкой фильтрации путем установки вне двигателя специальных фильтров, чтобы таким образом удалить из него как можно больше частиц загрязнений. Масло теряет свои свойства само по себе, а не в результате загрязнения. Примечание: в некоторых странах масло фильтруют через ткань и после этого снова продают.

В процессе сгорания образуются кислоты и другие вредные вещества, под действием которых масло постепенно разлагается. Кроме того, высокие температуры вызывают испарение некоторых компонентов масла, имеющих низкую температуру кипения, что также приводит к изменению состава масла. Поэтому установка так называемых фильтров предельно тонкой очистки, которые сулят возможность использования масла в течение неограниченного срока без необходимости его замены, вызывает сомнения. Естественный расход масла в любом двигателе вызывает необходимость его регулярной доливки и добавления в него дорогостоящих присадок, иначе спустя какое-то время масла в двигателе совсем бы не осталось. По этой причине установка таких дополнительных систем едва ли выгодна для владельца автомобиля.

Как базовое масло, так и присадки со временем расходуются и теряют свои свойства, поэтому масло необходимо регулярно заменять. Благодаря смене масла и фильтра из двигателя удаляются и нейтрализуются вредные продукты сгорания. Свежее масло лучше смазывает и очищает, а также имеет большие резервы для защиты от воздействия вредных факторов.

3. Общая информация о расходе масла

Под расходом масла специалисты понимают то количество моторного масла, которое попадает в камеру сгорания и там сгорает. При этом не принимается в расчет масло, которое просачивается через уплотнения и вытекает из двигателя наружу. В таких случаях речь идет не о расходе масла, а о его утечке.

Основные причины расхода масла:

• Неисправности турбонагнетателя (поврежденные подшипники, засоренные магистрали слива масла)
• Неисправности механических топливных насосов высокого давления (изношенные компоненты)
• Изношенные сальники стержней клапанов и направляющие втулки клапанов
• Неисправности уплотнительной системы поршень-поршневое кольцо-отверстие цилиндра (см. далее)

4. Расход масла в системе поршень-поршневое кольцо-отверстие цилиндра

4.1. Нормальный или обусловленный конструкцией расход масла

Масло, поступающее через систему поршень-поршневое кольцо-отверстие цилиндра из картера в камеру сгорания, сгорает в ней, что в результате приводит к расходу масла. Ввиду особенностей конструкции двигателя внутреннего сгорания и уплотнительной системы поршень-поршневое кольцо-отверстие цилиндра, во время работы двигателя естественным образом возникает «обычный» расход масла.

Масло в виде тонкой масляной пленки (толщиной примерно 1–3 мкм) находится на стенке цилиндра и при движении поршня вниз во время такта рабочего хода подвергается сгоранию при высокой температуре. Каждый раз, во время такта рабочего хода, небольшое количество масла под действием горячих отработанных газов испаряется и даже сгорает, что в итоге и формирует естественный расход масла, заметный при продолжительном периоде эксплуатации. Помимо этого, в результате изменения направления движения поршня в верхней мертвой точке и возникновения при этом сил инерции, с поршневых колец стряхивается определенное количество масла, которое также сгорает во время последующего такта рабочего хода.

4.2. Повышенный и чрезмерный расход масла

Чрезмерный расход масла, вызванный исключительно уплотнительной системой поршень-поршневое кольцоотверстие цилиндра, всегда обусловлен причинами, которые первоначально не имеют прямого отношения к поршневым кольцам. Поршневые кольца хотя и участвуют в этом процессе, но не являются непосредственной причиной.

Причины чрезмерного расхода масла, вызванного нарушением уплотняющей функции поршневых колец:

• Износ колец (уменьшение значений радиальной и осевой толщины)
• Неправильно выполненное хонингование
• Абразивный износ под действием загрязнений
• Овальные и/или некруглые цилиндры
• Износ поршней (кольцевых канавок) из-за попадания загрязнений и длительной эксплуатации
• Износ цилиндров (некруглости, шлифованные поверхности, деформации)
• Перекос поршней в результате изгиба шатунов
• Масло неверной спецификации
• Масло с большим сроком эксплуатации
• Полусухое трение, возникшее в результате избытка топлива в камере сгорания
• Вибрация поршневых колец
• Появление царапин на уплотнительных поверхностях (нижние поверхности поршневых канавок) в результате их неквалифицированной очистки
• Блокировка колец в кольцевых канавках в результате попадания загрязнений, появления масляного нагара или деформации колец (из-за неправильной установки)
• Отсутствие зазора до дна канавки из-за использования неподходящего кольца или образования нагара (масло неверной спецификации)
• Ошибочная комплектация колец, неправильная высота колец, неправильная радиальная толщина, неправильная форма (кольцо прямоугольного сечения в канавке трапециевидной формы и наоборот)
• Неверный монтаж маслосъемных поршневых колец (неправильная установка пружины-расширителя)

5. Определение расхода масла

Количество расходуемого масла определяется разными способами. Во время тестирования двигателя на испытательном стенде расход масла указывается в граммах на киловатт-час. Находящаяся в хорошем состоянии уплотнительная система обеспечивает расход масла в пределах от 0,5 до 1 г/кВт·ч. Данный вид показаний не подходит для практического применения, так как невозможно измерить ни расход масла с точностью до грамма, ни развиваемую двигателем мощность в процессе его эксплуатации.

По этой причине расход масла часто указывается в литрах на 1000 км или в процентах от расхода топлива. Последняя величина применяется чаще, так как она точнее значения в литрах на 1000 км. Причина этого состоит в том, что двигатели используются также и в стационарном варианте, а двигатели автомобилей часто долго работают вхолостую (пробки, ожидание на светофорах, погрузочные процессы, работа системы кондиционирования воздуха). К этому добавляются ситуации, когда двигатель должен продолжать работать с целью эксплуатации вспомогательных агрегатов, таких как краны-погрузчики или насосы, а сам автомобиль не проходит и километра.

6. Когда имеет место повышенный расход масла?

Мнения по поводу того, когда имеет место повышенный расход масла, в разных странах сильно расходятся. Широко распространено предположение, что двигатель не расходует или не должен расходовать масла, однако по приведенным выше причинам оно принципиально неверно. Каждый производитель двигателей указывает ориентировочные или предельные значения расхода масла для каждого типа выпускаемых им двигателей. Если обнаруживается повышенный расход масла, необходимо запросить у соответствующего производителя двигателя ориентировочное или предельное значение расхода масла.

В большинстве случаев информация о расходе масла приводится также в справочной документации и руководствах по эксплуатации. Если производитель двигателя не предоставляет точных данных, то можно исходить из того, что расход масла у грузовых автомобилей составляет 0,25–0,5 % от действительного расхода топлива. У двигателей легковых автомобилей с меньшим рабочим объемом этот показатель может быть несколько ниже. В этом случае расход масла составляет 0,1–0,5 % от расхода топлива.

Дизельные двигатели расходуют больше моторного масла, чем бензиновые, что связано с принципом их работы. Двигателям с турбонагнетателем по причине необходимости смазывания турбонагнетателя требуется больше масла, чем двигателям без турбонагнетателя.

Очевидно, что после окончания периода обкатки двигатель имеет самый низкий показатель расхода масла, который постепенно увеличивается в процессе дальнейшей эксплуатации. Поэтому минимальные значения относятся скорее к новым двигателям, а максимальные – к тем двигателям, срок службы которых уже превысил 2/3 от ожидаемого. Невозможно ожидать, что после ремонта двигателей, у которых были заменены, например, только поршни или только поршневые кольца, показатель их расхода масла станет ниже максимального значения. Довольно часто наблюдается как раз обратное. Все детали двигателя изнашиваются в равной степени. Если заменить только 10 % деталей двигателя, то ожидаемое от частичной замены снижение расхода масла будет составлять в идеальном случае также только 10 %.

7. Определение расхода масла и порядок действий

При оценке расхода масла необходимо различать следующие ситуации:

Нормальный расход масла

Показатель расхода масла находится в пределах значений, указанных производителем или в предыдущей главе. Дефект или основание для рекламации отсутствует.

 Повышенный расход масла

Расход масла грузового автомобиля превышает нормальный показатель, например, в два или три раза. У двигателей легковых автомобилей он составляет примерно 0,5–1 литр на 1000 км. Двигатель работает нормально, наличие признаков синего дыма из выхлопного тракта необязательно.

Случаи проявления

Автомобили с двигателями, срок службы которых уже превысил 2/3 от ожидаемого. Также новые и отремонтированные двигатели, которые находятся на стадии обкатки. Двигатели, работающие в неблагоприятных условиях (высокая температурa окружающей среды, частые поездки на короткие расстояния, продолжительная работа на режиме холостого хода, эксплуатация автомобиля с прицепом и т. д.).

Меры по устранению

Необходимо регулярно проверять уровень и добавлять масло, чтобы не допускать снижения его уровня ниже минимальной отметки во время эксплуатации. Если необходимо, следует выяснить причину повышенного расхода масла. Причиной может являться не только сам двигатель, но и такие компоненты, как турбонагнетатель, механический топливный насос высокого давления и вакуумный насос, причем как по отдельности, так и все вместе. В некоторых случаях повышенный расход масла можно устранить путем проведения соответствующих ремонтных работ. Повреждение одного из компонентов, который вносит существенный вклад в расход масла, как правило, приводит к скачкообразному повышению расхода масла.

Подобные скачки расхода масла не происходят, однако, в результате обычного износа деталей. Нарушения процессов приготовления смеси или впрыска топлива, на которые указывает выхлоп черного цвета из выхлопного тракта, также вызывают повышенный расход масла в результате значительного повышения износа поршней и цилиндров, поэтому их необходимо обязательно устранять.

  Чрезмерный расход масла

В этом случае расход масла у легковых автомобилей составляет более 1,5 литров на 1000 км, а у большегрузных грузовых автомобилей – более 5 литров на 1000 км. Помимо заметного снижения уровня масла на щупе, наблюдается также выхлоп синего цвета (особенно после работы на режиме принудительного холостого хода).

Постоянный долив масла приводит к существенным дополнительным расходам, что делает необходимым проведение тщательной инспекции и последующего ремонта.

Случаи проявления

Полностью изношенные двигатели и двигатели, отремонтированные некачественно или частично. Такие повреждения двигателя, как задиры на поршнях, разрушение поршней, повреждения головки блока цилиндров, а также повреждения турбонагнетателя или выход из строя других смазываемых маслом компонентов.

8. Правильная проверка и определение уровня и расхода масла

8.1. Измерение уровня масла

Часто уровень масла определяется неправильно, что приводит к неверному расчету действительного расхода масла. Для определения уровня масла автомобиль должен стоять на ровной поверхности, и после выключения двигателя необходимо подождать пять минут, чтобы масло полностью стекло обратно в масляный поддон. Щуп для контроля уровня масла необходимо вынуть и держать его наконечником вниз, чтобы не допустить обратного стока масла по щупу и искажения результата измерения.

Если масла действительно недостаточно, его медленно доливают небольшими порциями (по 0,1 литра). Если масло залить быстро и в большом количестве, то его уровень окажется слишком высоким. Это приведет к погружению коленчатого вала в масляную ванну и разбрызгиванию большого количества вспененного масла, которое в виде капель выносится в систему вентиляции картера двигателя. Поскольку система вентиляции картера подсоединена к впускному тракту, масло попадает в камеру сгорания и там сгорает.

При замене масла, его заливают в двигатель не сразу полностью в указанном количестве, а только до минимальной отметки. Затем двигатель запускают, чтобы давление масла достигло необходимого значения. После выключения двигателя следует подождать несколько минут, чтобы масло стекло обратно в масляный поддон. Только после этого уровень масла измеряют еще раз, а затем доливают его до максимальной отметки.

8.2. Измерение расхода масла в движении

• Правильно измерьте уровень масла и долейте его до максимальной отметки.
• Проехав примерно 1000 км, зафиксируйте расход топлива.
• Вновь измерьте уровень масла и долейте его до максимальной отметки. Добавленное количество и является показателем расхода масла на 1000 км.
• В качестве альтернативы используется также более точный метод: добавленное количество масла соотносят с количеством израсходованного топлива и сравнивают с приведенными выше контрольными значениями.
• Метод измерения путем слива масла и определения его объема до и после контрольной поездки не получил широкого распространения на практике. Поскольку искажения результатов, вызванные потерями масла из-за его скопления в различных полостях и каналах, не позволяют выполнить точное измерение.

8.3. Количество доливаемого масла

Данные о количестве заливаемого при замене масла, указанные в справочной документации или руководстве по эксплуатации, следует рассматривать критически. Поскольку часто не делается различия между количеством масла, заливаемого при первом заполнении (в сухой, не содержащий масла двигатель) и количеством масла, требуемого при его замене (с заменой/без замены масляного фильтра).

Фактом является то, что при замене масла, определенное его количество остается в двигателе (маслопроводах, каналах, масляном теплообменнике, масляном насосе, вспомогательных механизмах и на поверхностях деталей). Если при замене масла залить количество, указанное для первого заполнения, уровень масла окажется слишком высоким. Однако может иметь место и обратный случай, когда указывают слишком малое для замены количество масла. В этом случае уровень масла после запуска двигателя окажется недостаточным. Если заливается неверное количество масла, а контроль его уровня не производится, очень часто это приводит к неверному выводу о якобы имеющемся расходе масла. В любом случае необходимо использовать масло надлежащей вязкости. Маловязкое (жидкое) масло расходуется быстрее, чем масло высокой вязкости. Используйте только предписанное масло, допущенное к применению производителем двигателя.

9. Рекламации в связи с расходом масла и меры по устранению

Рекламации по расходу масла должны приниматься только в том случае, если проводилось регулярное техническое обслуживание автомобиля и если всегда соблюдалась периодичность такого обслуживания. Кроме того, должны использоваться запасные части соответствующего качества и предписанное моторное масло. Увеличение расхода масла не происходит внезапно. Даже при повышенном расходе масла двигатель может продолжать безупречно работать. Пренебрежение периодичностью технического обслуживания и связанный с этим повышенный износ часто встречаются только у автомобилей более старых моделей.

Средства, сэкономленные на техническом обслуживании двигателя, приходится затем тратить на ремонт, вызванный повышенным расходом масла.

Успех ремонтных работ по устранению чрезмерного расхода масла в значительной степени зависит от затрат времени и материалов. Тем самым сам владелец автомобиля или ремонтное предприятие определяет, насколько ремонт будет успешным. Однако очевидно одно: путем установки новых поршневых колец можно на некоторое время продлить срок эксплуатации изношенного двигателя, но невозможно добиться снижения расхода масла.