Теория двигателя: Масло

(Эта статья первоначально появилась в апрельском выпуске журнала Kitplanesmagazine за 2016 год. Ред.) В этом месяце наше продолжающееся знакомство с технологией двигателей начинается с изучения системы смазки с рассмотрения того, что она перекачивает: масла. Смазка является основной заботой среднего пилота, но она необходима, потому что без нее износ металла по металлу вскоре превращает любой двигатель в бесполезную массу расплавленных подшипников и уродливой металлической стружки. На практике поддержание правильной температуры масла является прямой проблемой для большинства строителей и пилотов экспериментальных самолетов.

Масло — основа жизни двигателей внутреннего сгорания — в наших авиационных силовых установках с воздушным охлаждением во многом ведет двойное существование. Это очевидная рабочая жидкость в системе смазки и в то же время важный, хотя и часто упускаемый из виду, игрок в системе охлаждения. Иногда она даже подрабатывает заменой гидравлической жидкости в системах винтов регулируемого шага.

В качестве смазочного материала масло в основном отвечает за уменьшение трения между движущимися частями двигателя, но оно также удаляет загрязнения, обеспечивает защиту от коррозии не покрытого и не окрашенного металла двигателя и способствует уплотнению поршневых колец в цилиндре.

В качестве охлаждающей жидкости масло передает тепло сгорания от уязвимых, чертовски горячих поршня и поршневого пальца к масляному радиатору, где оно выбрасывается в атмосферу. Это также основной источник охлаждения всей нижней части двигателя, то есть коленчатого вала, шатунов и, в первую очередь, коренных, шатунных и упорных подшипников, а также основной охлаждающей жидкости для клапанного механизма, где особенно нуждаются в этом клапанные пружины. Фактически, хотя типичные авиационные двигатели имеют маркировку с воздушным охлаждением, единственными деталями, имеющими преимущественно воздушное охлаждение, являются головки цилиндров. Правильнее было бы, хотя и утомительно, сказать, что это двигатели с воздушным и масляным охлаждением. То же самое справедливо и для двигателей с водяным охлаждением, хотя более высокая плотность воды обычно удерживает больший процент отходящего тепла двигателя.

Для наших целей отметим, что минеральное масло (традиционное вещество) получают из сырой нефти, а синтетическое масло — это тот же продукт, но более высокоочищенный, или совершенно другой материал, синтезированный из несырой нефти. Синтетическое масло более однородно по своей молекулярной структуре и содержит гораздо меньше посторонних веществ, присутствующих в минеральном масле (воски и тому подобное), не имеющих никакого отношения к смазке двигателей. Синтетическое масло обладает рядом желательных качеств, компенсирующих его более высокую стоимость, в первую очередь оно остается стабильным (не распадается на смолистые остатки) при высоких температурах. Минеральное масло начинает заметно разрушаться при температуре 240F, тогда как синтетическое масло часто выдерживает температуры на сотни градусов выше. На самом деле, высокие температуры масла представляют собой в первую очередь угрозу для минерального масла, а вот для некоторых синтетики первое, что нужно изменить, — это материал подшипников в двигателе.

Одним из недостатков синтетического масла, которое впервые продавалось авиаторам, была его минимальная способность удерживать в растворе посторонний свинец из бензина 100LL. Говорят, что проблема связана с присадками, образование осадка было проблемой для 100% синтетики, а синтетическое масло теперь предлагается в основном в виде смеси 30% синтетического и 70% минерального масла для получения полусинтетического масла. Никаких проблем с образованием осадка не возникает.

Масло также классифицируется по вязкости, которая представляет собой толщину жидкости, измеряемую ее сопротивлением разливу при заданной температуре. Вязкость важна, поскольку она обеспечивает «тело», смягчающее контакт металла с металлом. В автомобилях вязкость масла называется «весовой», например «30 весовой», и устанавливается в соответствии со стандартами, установленными Обществом инженеров автомобильной промышленности (SAE). В авиации это свойство формально известно как «класс», и его значения примерно вдвое превышают вес по SAE. Например, 100-й класс соответствует 50-му весу. Естественно, в наши дни в аэропорту чаще слышно «вес», чем «оценка».

Вес или сорт масла в основном соответствуют диапазону рабочих температур масла, хотя внутренние зазоры двигателя (между шейками коленчатого вала и их подшипниками или между поршневыми кольцами и стенками цилиндров) также играют важную роль. Таким образом, малый рабочий цикл автомобильных двигателей означает относительно низкую температуру масла, плюс эти компактные двигатели имеют небольшие масляные зазоры, поэтому в них используется максимум 20–30 масел. Наши авиационные двигатели с масляным/воздушным охлаждением работают долго, интенсивно и выделяют большое количество тепла в масло, настолько густое, что типично вес 50, а некоторые устаревшие радиальные двигатели имеют вес 60 благодаря своим кавернозным масляным зазорам.