3. Вязкостно-температурные свойства смазочных масел. Расчет предельной вязкости масла при запуске двигателя от стартера, определение минимальной температуры, при которой возможен запуск двигателя

Вязкостью называют свойство жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению ее слоев под действием внешней силы. Это сопротивление возникает вследствие сил когезии между молекулами жидкости.

При количественной интерпретации под вязкостью понимают силу внутреннего трения (F), равную по величине и обратную по направлению силе, приложенной извне, эта сила пропорциональна площади слоя жидкости, к которому она приложена, (S) и градиенту скорости между слоями:

F = µ∙S∙dv/dx,

где µ - коэффициент пропорциональности, называемый динамической вязкостью.

За единицу динамической вязкости µ в системе СИ принят Па·с, соответствующий сопротивлению силой 1Н взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1м²,находящихся на расстоянии 1м и перемещающихся со скоростью 1м/с. В инженерной практике чаще используют кинематическую вязкость.

Кинематическая вязкость ν связана с динамической через плотность жидкости ρ

ν = η/ρ

Кинематическая вязкость измеряется в м²/с или, обычно, в производных единицах: см²/с, мм²/с. Также получили широкое распространение единицы кинематической вязкости с системе СГС - "стокс" (1Ст = 1см²/с) и "сантистокс" (1сСт=1мм²/с).

Вязкость масел заметно меняется с температурой. С понижением температуры вязкость масла существенно возрастает. Высокая вязкость масла затрудняет пуск двигателя и отражается на надежности работы его узлов.

При выборе масла, как правило, стремятся к тому, чтобы изменение его вязкости в заданном диапазоне температур было бы незначительным - пологая вязкостно-температурная кривая. Это облегчает эксплуатацию техники при низких температурах и обеспечивает надежную смазку узла трения при высоких рабочих температурах.

Для получения некоторого представления о характере вязкостно-температурной зависимости масел используют различные полуэмпирические уравнения, например, уравнение Вальтера:

lg lg(ν_т+0.8)=А-В lgТ,

где А и В –постоянные для данного сорта масла.

"Пологость" вязкостно-температурной кривой характеризуется безразмерной величиной - индексом вязкости (ИВ). Чем выше ИВ, тем положе вязкостно-температурная кривая.

Так минеральные масла, полученные по обычной технологии, имеют индекс вязкости до 70-80, использование гидрокрекинга в технологических процессах позволяет получить масла с индексом вязкости более 100. Загущение маловязких минеральных масел полимерными присадками позволяет довести индекс вязкости до 110 и более, это так называемые "загущенные" высокоиндексные масла.

Используя вышеприведенное уравнение Вальтера, зная вязкость масла при температуре 373К (100 ºС) и индекс вязкости, можно по номограмме найти вязкость масла при температуре 323К (50 ºС) и, решив систему уравнений, найти постоянные А и В для данного масла. Далее можно найти ν_т при любой температуре Т.

Можно практически измерить вязкость при двух температурах и далее, определив постоянные А и В, построить вязкостно-температурную кривую для данного масла, позволяющую находить вязкость при любых температурах.

Вязкость моторного масла является одним из основных факторов, от которого зависит необходимое для пуска число оборотов коленчатого вала. Предельное значение вязкости масла, при которой можно обеспечить запуск двигателя, находится в широких пределах (4000-15000 сСт), обусловленных различием конструкций двигателей и мощностью пусковой системы.

Единым критерием для определения предельной вязкости масла, обеспечивающей необходимое число оборотов коленчатого вала, может служить соотношение:

М_сопр=М_{кр.макс} ,

где М_{кр. макс} – крутящий момент стартера, обеспечивающий пусковые обороты коленчатого вала (n):

для двигателей с искровым зажиганием n=40-60 мин^-1

для дизелей n=100мин^-1.

Величину предельной вязкости масла для низкотемпературного пуска двигателя без подогрева с достаточной степенью точности можно определить по формуле Давтяна:

М_сопр= 0.0023∙А∙ν^0.33∙n^0.25

А - коэффициент, зависящий от размеров трущихся пар:

А = F_пор·2R⁄π + F_ш·d_ш /2 + F_к∙d_k/2 + 0.1F_пор(d_ш+d_k)/2

F_пор –площадь днища поршня, см²

F_ш, F_k –площади поверхности трения шатунных и коренных подшипников, см.

R –радиус кривошипа, см

d_ш, d_k –диаметры шатунных и коренных шеек , см.

,сСт

М_{кр.макс}=3·10⁴·N/π·n·u, Н·м,

где

N-мощность стартера, КВт;

n –пусковое число оборотов коленвала, об/мин;

u –передаточное число (8-10).

Вычислив предельную вязкость масла, можно найти область температур, в которой обеспечивается запуск, и подобрать масло с требуемой вязкостно-температурной характеристикой.