Расширение моторного масла при нагревании

Когда автомобиль заводится, масло в двигателе холодное и вязкое. Холодное масло имеет большее гидродинамическое сопротивление, что может привести к недостатку масла в парах трения и повышенному износу двигателя. При прогреве двигателя масло быстро нагревается и переходит в рабочий режим. Именно поэтому производители не рекомендуют сразу нагружать двигатель (начинать движение без качественного прогрева) в сильный мороз.

Прогрев двигателя и вязкость моторного масла

Точки управления в двигателе	Температура бензина в двигателях легковых автомобилей Волжского автомобильного завода (ВАЗ), °С
2101	2103	2106	2108	2108-03	2107	21129	11183-50
Нижняя часть поршня	340±10	345±8	355±6	343±8	345±12	360±8	355±10	365±8
На канавке верхнего компрессионного кольца	255±8	260±8	275±12	245±10	235±10	255±8	245±10	275±12
На канавке второго компрессионного кольца	235±10	250±12	265±10	235±8	215±12	235±8	225±10	245±10
Внутри поршня, под камерой сгорания	210±7	190±10	195±8	205±7	200±10	190±7	215±7	210±12
Цилиндр в нижней точке поршня в конце такта расширения	185±12	165±8	175±10	185±7	195±10	165±8	175±10	195±12
Шатун при номинальной мощности (среднее значение)	135±9	140±10	145±8	140±10	155±8	140±12	135±10	150±10
Шейка коленчатого вала при максимальном крутящем моменте	115±8	125±10	120±8	125±12	130±10	120±12	115±12	125±8

Рабочая температура масла в двигателе: на что влияет она и на нее

 

Но многие специалисты утверждают, что воспламенение может произойти уже при +150 градусах. Ведь в процессе сжигания масла выделяются пары, что и является причиной преждевременного воспламенения жидкости.

Теплофизические свойства топлива ТС-1 (ГОСТ 7149-54)

В таблице приведены следующие свойства топлива ТС-1 (керосин) при атмосферном давлении в диапазоне температур от 20 до 100ºС:

• плотность, кг/л;
• средняя удельная (массовая) теплоемкость, ккал/(кг град);
• теплопроводность, ккал/(мч град);
• кинематическая вязкость, сСт.

 

Такие теплофизические свойства топлива Т-1 и ТС-1, как плотность, теплопроводность и вязкость, уменьшают свои значения с повышением температуры. Вязкость топлива особенно резко уменьшается при нагреве.

Теплоёмкость топлива увеличивается с повышением температуры.

Расшифровываем технические характеристики моторных масел.

20	2,6
тридцать	2,9
40	2,9 для класса 0W-40, 5W-40, 10W-40
40	3.7 для класса 15w-40, 20w-40, 25w-40 и 40
50	3,7
60	3,7

Теплофизические свойства керосина тракторного (ГОСТ 1842-52)

В таблице приведены следующие свойства тракторного керосина при атмосферном давлении в диапазоне температур от 20 до 100ºС:

• плотность, кг/л;
• теплопроводность, ккал/(мч град);
• кинематическая вязкость, сСт.

 

Теплопроводность бензина НК-140 прямой гонки

В таблице приведены значения теплопроводности в ккал/(мч·град) для бензина НК-140 в зависимости от температуры (в диапазоне от 0 до 200ºС) при давлении 1,5 и 40 атм.

Обозначение моторных масел по стандарту API

Стандарт API (Американский институт нефти) указывает, где следует использовать масло. Состоит из двух латинских букв. Первая буква S означает бензин, C — дизель. Вторая буква – это дата разработки автомобиля.

Бензиновые двигатели:

• SC – автомобили, которые были выпущены до 1964 года;
• SD — автомобили, которые были произведены в 1964-1968 годах;
• SE — экземпляры, которые выпускались в 1969-1972 гг.;
• СФ — автомобили, которые выпускались в период 1973-1988 гг.;
• СГ — автомобили, разработанные в 1989-1994 годах для эксплуатации в тяжелых условиях;
• Ш – автомобили, разработанные в 1995-1996 годах для тяжелых условий эксплуатации;
• SJ – экземпляры, с датой выпуска 1997-2000 гг., с лучшим энергосбережением;
• SL — автомобили, с началом производства в 2001-2003 гг., и с увеличенным сроком службы;
• SM — автомобили выпуска с 2004г.;
• SL + повышенная стойкость к окислению.

Для дизельных двигателей:

• СВ — автомобили, выпущенные до 1961 года, повышенное содержание серы в топливе;
• СС — автомобили выпуска до 1983 года, работающие в тяжелых условиях;
• CD – автомобили, выпущенные до 1990 года, которым приходилось работать в тяжелых условиях и с большим количеством серы в топливе;
• CE – автомобили, выпущенные до 1990 года и имеющие двигатель с турбиной;
• CF — автомобили выпуска с 1990 года, с турбиной;
• CG-4 — экземпляры выпуска с 1994 года, с турбиной;
• CH-4 — автомобили с 1998 года выпуска, ниже норм токсичности, применяемых в США;
• КИ-4 – турбированные автомобили с клапаном EGR;
• CI-4 plus — аналогичен предыдущему, ниже высоких стандартов токсичности США.

Теплоемкость масел и топлива

В таблице приведены значения массовой удельной теплоемкости масел (размерность кДж/(кг К)) и некоторых видов топлива в зависимости от температуры (в диапазоне от -50 до 1040ºС) при атмосферном давлении.

Приведены значения массовой теплоемкости следующих видов топлива и масла: бензин Б-70 (жидкий и пар), глицерин, керосин Т-1 (жидкий и пар), печное топливо, масло ВМ-4, Масло МС-20, масло трансформаторное, масло растительное, нефть, уголь.

Следует отметить, что бензин и керосин обладают высокой теплоемкостью. Удельная теплоемкость бензина при температуре 423 К составляет 2740 Дж/(кг·К).

 

Теплофизические свойства дизельного топлива ДЛ (ГОСТ 4749-49)

В таблице приведены следующие свойства дизельного топлива при атмосферном давлении в диапазоне температур от 20 до 100ºС:

• плотность, кг/л;
• теплопроводность, ккал/(мч град);
• кинематическая вязкость, сСт.

 

При нагревании дизельного топлива его плотность, теплопроводность и вязкость уменьшаются.

Какая вязкость масла лучше подходит для двигателя вашего автомобиля

Для вашего автомобиля подходит только та вязкость, которая указана в сервисной книжке. Все параметры двигателя тестируются заводом-изготовителем, моторное масло подбирается с учетом всех параметров и режимов работы.

Масляная основа и присадки

Автомобильные масла состоят из масляной основы и присадок. Присадки – это специальные вещества, которые добавляются в масло для улучшения его свойств.

Основа масла это:

• минеральная;
• гидрокрекинг;
• полусинтетика (смесь минералки и синтетики);
• синтетические (направленный синтез).

В современных маслах доля присадок составляет 15-20%.

По назначению добавка делится на:

• моющие и диспергирующие – не дают слипаться мелким остаткам (смолы, битум и т.п.) и при наличии щелочи в составе нейтрализуют кислоты, не дают уплотняться шламовым отложениям;
• противоизносные – создают защитный слой на металлических деталях и снижают износ трущихся поверхностей за счет снижения трения;
• индекс — повышают вязкость масла при высоких температурах, а при низких повышают его текучесть;
• пеногасители – снижают образование пены (воздушно-масляной смеси), ухудшающей теплоотвод и качество смазки;
• модификаторы трения – уменьшают коэффициент трения между металлическими деталями.

Обозначения моторных масел по классификации SAE

Классификация SAE (Американское общество автомобильных инженеров) характеризует вязкость и определяет сезон, в котором масло можно использовать. В паспорте на автомобиль производитель регламентирует подходящие отметки.

Масла по классификации SAE делятся на:

• Зима — в маркировке есть буква — W (зима) 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W;
• Лето — 20, 30, 40, 50, 60;
• Всесезонное — 0W-30, 5W-40 и так далее

Цифра перед буквой W в обозначении моторного масла указывает на его низкотемпературную вязкость, то есть температурный порог, при котором двигатель автомобиля, заправленный этим маслом, может запуститься «на холодную», а масляный насос будет качать масло без угроза сухого трения деталей двигателя.

Например, для масла 10W40 минимальная температура составляет -10 градусов (отнимите 40 от числа перед буквой W), а критическая температура, при которой стартер сможет запустить двигатель, составляет -25 градусов (отнимите 35 от числа перед буквой W). Чем меньше число перед буквой W в обозначении масла, тем ниже температура воздуха, на которую оно рассчитано.

Цифра после буквы W в обозначении моторного масла указывает на его высокотемпературную вязкость, то есть минимальную и максимальную вязкость масла при рабочих температурах (от 100 до 150 градусов). Чем выше число после W, тем выше вязкость моторного масла при рабочих температурах.

Высокотемпературная вязкость моторного масла для двигателя вашего автомобиля известна только производителю, поэтому рекомендуется соблюдать требования автопроизводителя к моторным маслам, которые изложены в руководстве по эксплуатации вашего автомобиля.

Подробнее узнать о моторных маслах, их функциях, видах моторных масел, присадках, входящих в их состав, обозначениях моторных масел, посмотреть список лучших моторных масел по соотношению цена-качество можно в нашей статье Моторное масло

Масла с разной степенью вязкости рекомендуются для использования в разных температурных режимах:

SAE 0W-30 — от -30° до +20°C;

SAE 0W-40 — от -30° до +35°C;

SAE 5W-30 — от -25° до +20°C;

SAE 5W-40 — от -25° до +35°C;

SAE 10W-30 — от -20° до +30°C;

SAE 10W-40 — от -20° до +35°C;

SAE 15W-40 — от -15° до +45°C;

SAE 20W-40 — от -10° до +45°C.

Теплофизические свойства жидких топлив при 20ºС

В таблице приведены следующие свойства жидкого топлива при 20ºС и атмосферном давлении:

• состав горючей смеси, масса;
• зольность, %;
• содержание влаги, %;
• низшая теплотворная способность, кДж/кг;
• плотность, кг/м3;
• массовая теплоемкость, кДж/(кг град);
• кинематическая вязкость, м2/с;
• теплопроводность, Вт/(м·град);
• температура вспышки, К;
• температура кипения, К.

Характеристики приведены для следующих жидких топлив: бензин высшего сорта, бензин марки 3, керосин высшего сорта, керосин технический, дизельное моторное топливо, солярка, малосернистый мазут.

 

Примечание: мазут содержится в нефтяных фракциях, перегоняемых при температурах 473-643К; его химический состав и удельный вес варьируются в зависимости от типа масла. Химические свойства и состав горючей массы бензина различаются в зависимости от способа производства и качества масла.

Как правило, бензин состоит из насыщенных алифатических соединений от C5H12 до C12H26; в среднем состав соответствует C8H18 (октан).

Следует отметить, что коэффициент объемного расширения нефтепродуктов примерно равен 955·10-6 1/град при температуре 120ºС.

Теплофизические свойства топлива Т-1 (ГОСТ 4138-49)

В таблице приведены следующие свойства топлива Т-1 при атмосферном давлении в диапазоне температур от 20 до 100ºС:

• плотность, кг/л;
• средняя удельная (массовая) теплоемкость, ккал/(кг град);
• теплопроводность, ккал/(мч град);
• кинематическая вязкость, сСт.

 

Что происходит, когда вязкость масла выше нормы

Если вязкость выше нормы, вязкость масла не упадет до значения, рассчитанного инженером, даже при уже прогретом двигателе. В условиях нормальной нагрузки температура двигателя будет повышаться до тех пор, пока вязкость не вернется к норме. Из этого следует вывод – рабочая температура при эксплуатации плохо подобранного моторного масла будет постоянно повышаться, что увеличивает износ деталей и агрегатов двигателя.

При большой нагрузке – при экстренном разгоне или на затяжном крутом подъеме температура двигателя поднимется еще выше и может превысить температуру, при которой масло сохраняет свои рабочие характеристики. Он будет окисляться, и в нем будет образовываться нагар, копоть, кислоты.

Еще одним недостатком слишком вязкого масла является то, что часть мощности двигателя будет теряться из-за больших сил прокачки в системе.

Что такое HTHS и на что он влияет

Что может произойти, если двигатель прогрелся до рабочих температур, но вязкость смазки не снизилась до нужного уровня? Ничего страшного не произойдет под нагрузкой. Температурные показатели двигателя несколько увеличатся, а вязкость уменьшится до нормы увеличение силы трения и разрушение поверхности деталей или полный выход из строя;.

Теплофизические свойства нефтяных масел. Температура вспышки и застывания масел

В таблице приведены следующие свойства нефтяных масел Бакинского НПЗ при атмосферном давлении и температуре 20ºС (по Мустафаеву):

• плотность, кг/л;
• средняя удельная (массовая) теплоемкость, ккал/(кг град);
• теплопроводность, ккал/(мч град);
• кинематическая вязкость, сСт при 50ºС;
• температура вспышки, ºС;
• температура застывания, ºС;
• зольность, %.

Приведены теплофизические свойства масел: трансформатор, турбина Л, Соляр Р.69, турбина УТ, шпиндель УТ, шпиндель 3, двигатель СУ, двигатель Т, цилиндр 2, двигатель С.

 

По таблице видно, что наибольшей теплопроводностью обладают трансформаторные и дизельные масла, также трансформаторное масло имеет очень низкую температуру застывания (минус 55ºС), что позволяет использовать его для охлаждения трансформаторов в северных районах страны.