Количество масла, вводимого в цилиндр малооборотного дизеля, должно устанавливаться с учетом как выполнения им смазочных и уплотнительных функций, так и необходимости возможно более полной нейтрализации смазочным маслом коррозионноактивных кислот, конденсирующихся во время работы двигателя на стенках цилиндра.
Если сделать допущение, что вводимые с маслом в цилиндр щелочные присадки будут полностью израсходованы на нейтрализацию растворов серной кислоты, образующихся на поверхностях трения деталей ЦПГ, можно, пользуясь стехиометрическими соотношениями, определить теоретически необходимый удельный расход цилиндрового масла (дозировку) в зависимости от процентного содержания в топливе серы и щелочности применяемого масла.
В действительности такое явление не может иметь места, так как отсутствует какая-либо связь между законами конденсации на деталях цилиндра паров серной кислоты и распределением поступающего в цилиндр смазочного масла. Кроме того, часть масла попадает на нерабочие поверхности, часть уносится с продувочным воздухом и отработавшими газами, не участвуя в процессе нейтрализации кислот, коррозирующих поверхности трения.
На рис. 1 показана зависимость между дозировкой цилиндрового масла со щелочностью 40 мг КОН/г и относительной скоростью износа цилиндровых втулок двигателя Бурмейстер и Вайн 550VTBF110 при его работе на высокосернистых топливах (S = 2,1 -Ь-2,7%). Эта зависимость получена в результате математической обработки результатов экспериментальных исследований, проведенных авторами в эксплуатационных условиях.
Наибольшее снижение износа цилиндровых втулок наблюдается при увеличении дозировки масла с 0,3 до 0,7 г/э. л. с. -ч. Дальнейшее увеличение дозировки не оказывает заметного влияния на снижение износа; это свидетельствует о том, что при дозировке 0,7 г/э. л. с.-ч в цилиндрах происходит почти полная нейтрализация сернокислых продуктов.
Попадающее в цилиндр масло будет много раз перемещаться поршневыми кольцами вверх и вниз по зеркалу цилиндра, прежде чем оно достигнет среднего положения между точками подвода смазки.
Вращение колец в их канавках мало способствует равномерности распределения масла по зеркалу цилиндра, так как кольца вращаются медленно—1—3 мм в течение каждого хода поршня. На протяжении пути от маслоподводящих отверстий к удаленным от них участкам зеркала цилиндра масло будет подвергаться воздействию сернокислых конденсатов и его нейтрализующая способность будет постепенно снижаться.
Проведенные фирмой Шелл исследования, во время которых отбирались пробы масла, стекающего с разных участков цилиндровой втулки, подтвердили неравномерный характер ее износа. Пробы масла, отобранные с участков, расположенных на одной вертикали с местом подвода смазки, имели значительно более высокую щелочность, чем пробы с участков, расположенных между точками подвода масла.
Рис. 1. Влияние дозировки цилиндрового масла щелочностью 40 мгКОН/г на изнашивание цилиндровых втулок дизеля Бурмейстер и Вайн 550VTBE110
Неравномерное распределение щелочных компонентов масла по зеркалу цилиндра малооборотного дизеля вызывает необходимость смазывать цилиндры этих двигателей маслом со значительно более высокими нейтрализующими свойствами, чем это требуется для тронковых двигателей, если последние работают на одинаковом по содержанию серы топливе. В противном случае будет иметь место значительная неравномерность износа втулок цилиндра по окружности. При этом давление поршневых колец будет возрастать на участках поверхности втулки, находящихся
между маслоподводящими отверстиями, что может вызвать микросхватывание. Кроме того, неравномерная выработка втулок по окружности может вызвать поломку колец.
Увеличения количества щелочных „компонентов, вносимых в цилиндр малооборотного дизеля, и, следовательно, уменьшения неравномерности его износа можно достичь не только повышением щелочности масла, но и путем увеличения дозировки. На рис. 58 показаны эпюры изнашивания цилиндровых втулок двигателя 550VTBF110 в поясе максимальных износов при дозировках масла 0,3 и 0,7 г/э. л. с.-ч. Цифрами 1—8 обозначены места замера износов, а стрелками — места подвода масла.
Увеличение количества вводимого в цилиндр масла, кроме того, благоприятно сказывается на выполнении им смазочных и уплотняющих функций и снижении абразивного износа. Чем больше масла будет подаваться в цилиндр, тем легче будут смываться с поверхностей трения частички нагара и продукты износа и уноситься стекающим со стенок цилиндра маслом в подпоршневую полость.
Однако малую щелочность цилиндрового масла при работе двигателя на высокосернистом, топливе нельзя полностью компенсировать увеличением дозировки, так как при слишком большой подаче в цилиндр смазочного масла могут возникнуть явления помпажа газотурбонагнетателей вследствие забивания предохранительных решеток газовых турбин масляными отложениями и ростом отложений на их лопатках. Кроме того, с повышением дозировки масла увеличивается загрязнение газораспределительных окон. Многолетний опыт применения высокощелочных масел для смазки цилиндров судовых малооборотных дизелей, работающих на высокосернистых топливах, показывает, что оптимальный уровень щелочности этих масел составляет 60—70 мг КОН/г. Такой уровень щелочности имеют большинство зарубежных цилиндровых масел и масло отечественного производства М-16Е-60.
Рис. 2. Эпюры изнашивания цилиндровых втулок дизеля Бурмейстер и Вайн 550VTBF110 при дозировках масла 0,3 и 0,7 г/э. л. с. -ч
Большое влияние на конденсацию водных растворов серной кислоты на деталях цилиндра оказывает температура воды, охлаждающей двигатель. Если на выходе из цилиндров она менее 50—55°С, то температура стенок цилиндра может упасть ниже температуры точки росы смеси паров воды и серной кислоты, что вызовет очень сильную коррозию деталей цилиндра. Эта коррозия не может быть предотвращена ни увеличением дозировки масла, ни применением цилиндрового масла с высокой щелочностью.
На дозировку масла оказывает значительное влияние высота расположения маслоподводящих каналов цилиндровой втулки. Исследование неравномерности износа цилиндровых втулок показывает, что эффективная нейтрализующая присадка распределяется по зеркалу цилиндра в виде конуса с вершиной у масло-подводящего канала и основанием у верхней кромки рабочей поверхности втулки [10]. Поэтому, чем ниже расположены масло-подводящие каналы, тем равномернее покрывается свежим маслом верхняя часть цилиндровой втулки, где пленка масла работает в наиболее трудных условиях и где необходимость равномерного распределения масла по периметру втулки приобретает еще большее значение. Например, в двигателях Бурмейстер и Вайн, где масло подводится в нижнюю часть цилиндровой втулки, фирма рекомендует дозировку масла порядка0,3—0,4г/э. л.с.-ч. Для дизелей Сторк 75/16QHOTL0, имеющих такую же, как у двигателей Бурмейстр и Вайн, прямоточно-клапанную продувку, но верхнее расположение маслоподводящих каналов, дозировка масла рекомендуется 0,6—0,8 г/э. л. с.-ч, т. е. в 2 раза больше.
Значительное влияние на величину дозировки цилиндрового масла, помимо высоты расположения маслоподводящих каналов, оказывают тип продувки двигателя, геометрические размеры его цилиндров и цилиндровая мощность.
По сравнению с малооборотными дизелями с прямоточно-кла-панной продувкой, у которых во время работы втулка цилиндра деформируется в поперечном направлении незначительно, в дизелях с контурной продувкой повышение степени наддува и увеличение геометрических размеров цилиндров вызывают рост абсолютной величины зазоров между рабочей поверхностью втулки и поршневыми кольцами вследствие повышенных деформаций этих деталей. Если зазоры между ними не уплотняются смазочным маслом, горячие газы, прорывающиеся с большой скоростью через поршневые кольца, сдувают с зеркала цилиндра масляную пленку или вызывают ее быстрое окисление.
На равных дозировках цилиндрового масла его количество, приходящееся в единицу времени на единицу смазываемой поверхности втулки, будет выше у двигателей с большими диаметрами цилиндра и более высоким средним эффективным (индикаторным) давлением. Поэтому с увеличением форсировки малооборотных дизелей и диаметра их цилиндров удельный расход цилиндрового масла снижается. Так, в рекомендациях фирмы Бурмейстер и Вайн по дозировкам цилиндрового масла для двигателей K98GF, имеющих среднее индикаторное давление 12×98066 Па и диаметр цилиндра 980 мм, дозировка масла устанавливается 0,33 г/з. л. с.-ч, а для двигателей 50VTBF110 с Pi = 8,0×98066 Па и диаметром цилиндра 500 мчи рекомендуется дозировка масла 0,43 г/э. л. с.-ч, т. е. на 30% больше.
Проведенные на стенде испытания дизеля БМЗ Бурмейстер и Вайн 5ДКРН74/160 при его работе на топливах, содержавших 1,6—2,2% серы, и смазке маслом Мобилгард 593, показали, что с увеличением дозировки масла с 0,15 до 0,4 г/э. л. с.-ч износ цилиндровых втулок и поршневых колец резко уменьшается, а в интервале от 0,4 до 0,85 изменяется незначительно. На двигателе с меньшими размерами цилиндров (дизель 550VTBF110), с аналогичной форсировкой, при его работе на топливах, содержащих 2,1—2,7% серы, и смазке цилиндров таким же маслом значительное снижение износа цилиндровых втулок и поршневых колец наблюдалось при увеличении дозировки масла с 0,3 до 0,7 г/э. л. с. • ч. Дальнейшее увеличение дозировки к снижению износа не приводило.
Изложенное выше показывает, что на дозировку цилиндрового масла оказывает влияние множество факторов: содержание серы в топливе, на котором работает двигатель, щелочность применяемого для смазки цилиндров масла, конструктивные особенности двигателя, главные из которых — тип продувки цилиндров и высота расположения точек подвода смазки, геометрические размеры цилиндров, форсировка двигателя.
Кроме указанных факторов, на дозировку масла влияет степень изношенности цилиндровых втулок и поршневых колец, наличие и эффективность действия маслоразносящего поршневого кольца, режим работы двигателя и ряд других причин. Учесть их совокупное действие при выборе необходимой дозировки цилиндрового масла чисто теоретическим путем не представляется возможным. Для каждого типа двигателя оптимальная дозировка цилиндрового масла должна устанавливаться опытным путем. При этом под оптимальной дозировкой следует понимать такую подачу в цилиндр масла, при которой обеспечивается не только низкий уровень износа деталей цилиндро-поршневой группы двигателя и нагарообразований в цилиндре и выпускном тракте, но также и наименьшие расходы по эксплуатации двигателя в целом. Иными словами, нужно установить оптимальное соотношение между стоимостью расходуемого на смазку цилиндров масла и тем про-тивоизносным и антииагарным эффектом, который достигается увеличением дозировки цилиндрового масла. Последний должен определяться с учетом стоимости сменно-запасных частей, работ, связанных с заменой деталей, возможным выводом судна для этой цели из эксплуатации и пр.
Контроль за правильностью выбранной величины дозировки цилиндрового масла с точки зрения минимального износа деталей можно производить по щелочности отработавшего масла, стекающего со стенок цилиндра в подпоршневую полость. При соответствии нейтрализующих свойств масла содержанию в топливе серы в масле не должны находиться водорастворимые минеральные кислоты, а пробы масла, отобранные из подпоршневых полостей цилиндров, должны иметь определенный запас нейтрализующих свойств. При работе малооборотных дизелей на топливах, содержащих более 2,0% серы, щелочность упомянутых проб масла должна быть не менее 10 мг КОН/г. Такое значение нижнего предела щелочности вызвано медленным перемещением поступающего в цилиндр масла по периметру втулки. Пока свежее масло дойдет от маслоподводящих каналов до участков зеркала цилиндра, расположенных между точками подвода масла, оно может почти полностью потерять свои нейтрализующие свойства. Поэтому среднее значение щелочности пробы масла, взятой из подпорш-невой полости, должно быть достаточно высоким. Наряду с этим не должны наблюдаться повышенные нагарообразования в цилиндре и выпускном тракте и должна обеспечиваться полная подвижность поршневых колец.
Оценка влияния дозировки масла на образование углеродистых отложений в цилиндре должна регулярно производиться при очередных моточистках двигателя, а во время эксплуатации — на стоянках судна, путем осмотра цилиндров со стороны продувочного ресивера, через смотровые лючки или через цилиндровую крышку при вынутых форсунке или клапане.