Низкое и высокое давление масла.

Автор: технический директор ООО «Старлюб» Сергей Воробьев
Низкое и высокое давление масла.
Ситуация:
Клиент меняет производителя масла, и затем жалуется на низкое давление.
1) Является ли это личным восприятием или реальностью?
2) Что хуже - более низкое, или более высокое давление, как ранее?
Почему клиент не жаловался на высокое давление масла, а только
теперь на более низкое?
Попробуем обсудить давление масла и разобраться в одном из
мифов. Надеюсь, это поможет Вам в объяснении различий в
давлениях масла, если у Клиента есть опасения по этому поводу.
Низкое / Высокое давление масла
Почему же клиенты думают, что низкий уровень давления масла это обязательно плохо?
Наверно потому, что они связывают это с износом двигателя и, следовательно,
преждевременным выходом его из строя.
Сценарий драмы:
- Клиент меняет марку масла
- Возможно, становится более подозрительным
- Обнаруживает снижение давления масла по датчику
- Находит причину: смена марки моторного масла
- Решение: вернуться к исходной марке моторного масла, на котором, по его мнению, давление
было в норме
- Клиент получает «чувство удовлетворения» от того что давление повысилось… а должны ли?
В ходе последующего обсуждения, попробуем разобраться, что:
- Снижение давления масла не обязательно плохо ... на самом деле, это может быть полезно в
разумных пределах.
- Повышенное давление масла не обязательно хорошо ... на самом деле, это причина серьезного
беспокойства.
Как устроена система смазки
1. масляный поддон
2. датчик уровня и температуры
масла
3. масляный насос
4. редукционный клапан
5. масляный радиатор
6. масляный фильтр
7. перепускной клапан
8. обратный клапан
9. датчик давления масла
10. коленчатый вал
11. форсунки
12. распределительный вал
выпускных клапанов
13. распределительный вал
впускных клапанов
14. вакуумный насос
15. турбонагнетатель
16. направление стекание масла
(на примере материалов Volkswagen AG)
В свете нашей проблемы, наибольший интерес представляет масляный насос.
Масло всасывается через сетку фильтра маслоприемника и подается к насосу. Насос, обычно
шестеренчатого типа, прокачивает масло через фильтр и далее по всему двигателю через
масляные каналы, что бы все движущиеся части были обеспечены смазкой.
Блок или датчик давления обычно располагаются на блоке цилиндров, или на корпусе головки
блока, после масляного фильтра.
В связи с этим возможен вариант, когда при смене производителя масла, второе обладает
большей моющей способностью, как следствие приносит большее количество отложений в
фильтр. Фильтр – забивается, скорость масляного потока уменьшается, давление падает.
Внеплановая замена масляного фильтра решает данную проблему.
насос шестеренного типа
насос роторного типа
1. ведомая шестерня
2. всасывающий
канал
3. ведущая шестерня
4. приводной вал
5. нагнетательный
канал
6. ось ведомой
шестерни
1. всасывающая
полость
2. масло
3. внешний ротор
4. нагнетательная
полость
5. приводной вал
6. внутренний ротор
насос:
шестеренный
роторный
Входное отверстие подачи масла: низкое давление
Механически приводимые шестерни нагнетают
скорость масляного потока
Выходное отверстие подачи масла: высокое давление
Насос шестеренного типа
Производительность пропорциональна частоте
вращения коленчатого вала
Регулируемый насос роторного типа
обеспечивает постоянное давление во всем
диапазоне частоты вращения коленчатого
вала
Применение позволяет снизить величину
отбираемой мощности от коленчатого вала
(в среднем на 30%);
Меньшее вспенивание масла
При превышении давления нагнетаемого масла определенной величины срабатывает
редукционный клапан и перепускает часть масла во всасывающую полость или
непосредственно в картер двигателя.
Аксиомы конструкции:
 Напор в системе смазки и циркуляцию масла осуществляется масляным насосом.
 Давление, которое при этом развивается, определяется гидравлическим сопротивлением
масляной магистрали. Проще говоря: чем легче масло будет истекать из системы смазки, тем
меньше будет создаваемое в ней давление и наоборот.
 Динамическая вязкость (еще её называют «абсолютная вязкость») жидкостей уменьшается с
увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.
 Само по себе значение давления может значительно варьироваться в зависимости от части
двигателя, т.к. скорость потока снижается с пройденным расстоянием. Давление масла с
всасывающей стороны насоса (конец масляного цикла, возвращение масла в картер)
стремится к нулю.
Чем вызвано давление масла?
Давление масла связано с вязкостью.
Динамическая («абсолютная») вязкость – сила сопротивления, которое возникает при
перемещении двух слоев жидкости. В нашем случае перемещение реализовано масляным
насосом.
Кинематическая вязкость – это отношение динамической вязкости к плотности.
Как следствие:
1) если двигатель имеет широкие масляные каналы (магистрали), а масло пониженную
динамическую вязкость (см. SAE J300) = скорость масляного потока возрастает, а давление масла
снижается – но, это положительный момент, т.к. износ двигателя при этом минимален.
2) Температура при холодном запуске для любой марки масла одинаковы, а вот динамическая и
кинематическая вязкость – различны. Продукты Texaco, в силу особенностей технологического
процесса имеют качественный запас по динамической вязкости, т.е. более низкие значения (см.
SAE J300 – «прокачиваемость», «проворачиваемость» и предыдущий бюллетень «№8 URSA HD vs
Premium TD»). Этим и обуславливается колебание давлений согласно манометру.
3) и наоборот, при тех же условиях работы насоса в двигателе с узкими масляными каналами (изза особенностей конструкции или закупорке отложениями предыдущих продуктов) и высокой
вязкости масла, скорость циркуляции масла снизится и давление масла возрастет, но
эффективность смазывания - снизится.
SAE J300:
Проворачиваемость (ASTM D 5293) – максимальная
низкотемпературная динамическая вязкость масла
при запуске в холодное время, обеспечивающая
проворачивание коленчатого вала со скоростью
необходимой для нормального запуска двигателя.
Прокачиваемость (ASTM D 4684) – наименьшая
температура масла, при которой вязкость его не
превышает критический параметр (60000 мПа*с) и
масло способно течь создавать необходимое
давление в системе смазки в начальной стадии
работы холодного двигателя.
Таким образом, правильным выбором является то масло, которое имеет вязкостные
характеристики достаточные, не только для создания благоприятных условий смазки
поверхностей, но и скорость его (масла) циркуляции по системе, обеспечивая подачу свежей
порции масла.
В качестве крайнего случая, масло с высокой вязкостью не успеет достичь всех узлов двигателя,
и не обеспечит смазывание, хотя датчик давления в это случае буде показывать выше нормы, что
воспринимается некоторыми водителями как «положительный» эффект.
Интерпретация показаний датчика давления масла
Холодный пуск:
 При запуске двигателя все масло находится в картере и давление масла принимается за ноль.
 Насос не может создать давление в системе, пока не заберет холодное масло через
маслоприемник.
Таким образом, вспомогательным условием для холодного старта является короткая и
большая в диаметре трубка маслоприемника для быстрого забора масла. Масло достигает насоса,
затем через фильтр поступает в систему. Однако, пока масло по-прежнему холодное, а масляные
каналы достаточно узкие, поток движется медленно, и манометр регистрирует повышенное
давление.
Повышенное давление – это не защита от износа!
Если масло не достигло зон трения, само по себе давление – не защитит двигатель от износа.
Когда масло нагреется, оно начнет течь быстрее и, следовательно, давление масла снизится до
нормального уровня. Фактически только в этот момент двигатель начинает смазываться
полностью, а пока стабильное давление масла не достигнуто, износ будет повышенным из-за
недостаточной подачи смазки к трущимся поверхностям.
В условиях пуска при низких температурах, «хорошее масло» - это то масло, которое сохраняет
стабильное давление и максимально быструю скорость циркуляции. Масла Texaco, как для
легкового, так и для грузового транспорта, создаются на основе выскокачественных базовых
масел, что выражается в более низкой динамической вязкости (качественном запасе), что может
выражаться в более низком давлении (в момент холодного запуска) согласно датчику. Но, при
этом более низкие значения динамической вязкости, положительно влияют на показатели
«проворачиваемость» и «прокачиваемость» (см. SAE J300), что в итоге обеспечивает лучшую
защиту от износа при холодном старте.
Рабочий режим:
В идеальных условиях, давление масла должно быть стабильным и любое заметное его
увеличение или уменьшение должно быть тщательным образом расследовано для исключения
возможности повреждений или повышенного износа.
Возможные причины низкого давления масла:
Причины
Чрезвычайно низкий
уровень масла
Последствия
Возможен отказ двигателя
масло не поступает через
насос при запуске двигателя
(горит лампа аварийного
давления)
Возможен отказ двигателя
«Зависание». Масляный
насос работает слишком
медленно, чтобы создать
достаточную скорость
потока масла
Уменьшение срока службы
двигателя
Температура слишком
высока, вязкость масла
слишком низкая
Деградация масла / проблемы с
двигателем: износ, большое
количество отложений
Износ масляного насоса
Износ подшипников *
Возможен отказ двигателя
Возможен отказ двигателя
Попадание топлива в
картер снижает вязкость
масла
Высокие потери масла.
Повышенный износ двигателя
Смена масла
Старое масло имело более
высокую вязкость из-за
накопления сажи и продуктов
окисления. Новое масло, еще не
впитало в себя отложения,
поэтому скорость его потока
выше.
Действия
Долейте масло до оптимального уровня,
по возможности определите причину
потерь
Выключите двигатель. Убедитесь в
правильном подборе масла к
температурным условиям эксплуатации
(возможно применение менее вязких
масел 0W-30, 5W-30)
Увеличьте количество оборотов
коленчатого вала в минуту. Проверьте
насос: возможно загрязнена сетка
маслозаборника или сломана
маслозаборная трубка. Проверьте
состояние масла в картере
Проверьте датчик температуры ОЖ и
контроля температуры масла (в случае
наличия такового). Проверьте
правильность выбора вязкости масла.
Замените насос
Скорость масляного потока слишком
велика через увеличенный зазор
изношенных подшипников. Замените
подшипники.
Постарайтесь избежать долгого
пребывания в режиме холостого хода.
Проверьте форсунки (топливную
аппаратуру). Замените масло
Действие не требуется
* - не только «опорные»/«коренные», известные в обиходе «вкладыши» - шатунные и
коленчатого вала, на самом деле являются (гидродинамическими) подшипниками скольжения.
Возможные причины высокого давления масла:
Причины
Давление остается
высоким после
холодного пуска. Масло
поступает через насос, но
не проходит через
масляные магистрали
Масло чрезмерно
загущено частицами
сажи
Последствия
Возможен отказ двигателя
Действия
Выключите двигатель. Замените на
масло с лучшими
низкотемпературными свойствами
(5W-30 или 0W-30)
Высокая вероятность отказа
двигателя
Масло чрезмерно
загущено продуктами
окисления
Вязкость масла слишком
высока. Расход масла
оставляет желать
лучшего
Блокирован масляный
фильтр. Обратный
(редукционный,
«by-pass») клапан
позволяет циркулировать
по двигателю
неотфильтрованному
маслу
Отложения в масляных
магистралях (каналах)
системы приводят к
высокому обратному
давлению
(противодавлению)
Масло остается
холодным слишком
долгое время
Высокая вероятность отказа
двигателя
Замените масло и фильтр. Проверьте
состояние форсунок (топливной
аппаратуры). Постарайтесь избежать
долгого пребывания в режиме
холостого хода.
Замените масло и фильтр
Высокая вероятность отказа
двигателя
Уменьшение срока службы
двигателя
Обратитесь к руководству по
эксплуатации / убедитесь в
правильности выбора класса
вязкости. Замените масло
Замените масляный фильтр и масло.
Расследуйте причину блокировки
(возможен брак фильтра: клапан,
фильтрующая поверхность и диаметр
пор отличается от требований
производителей двигателя)
Уменьшение срока службы
двигателя
Замените масло и фильтр.
Используйте масла более высокого
качества, для предотвращения
загрязнений деталей и узлов
двигателя
Высокая вероятность отказа
двигателя
Проверьте систему охлаждения
двигателя (например: термостат).
Убедитесь в правильности выбора
класса вязкости
Резюме:
Клиент или оператор техники должен внимательно относиться к высокому давлению масла. На
самом деле, любые отклонения от нормы должны быть внимательно расследованы.
Более высокое давление масла означает, что совершается лишняя работа для перекачки масла
по системе и данная потеря эффективности должна быть минимизирована.
Высокое давление масла не следует приравнивать к положительным факторам, а в некоторых
случаях это даже может означать обратное.
Кроме того, пониженное давление масла может означать более быструю его циркуляцию,
которая является очень желательным условием для минимизации износа.
Задайте вопросы механику/водителю:
- Какая именно величина, по его мнению, является «низким»
давлением?
- Давление находится в критической (аварийной) зоне, согласно
требованиям конструкторов двигателя?
- Или «низким» оно является, потому что он привык к «высокому»?
Например, привык к 6 атмосферам, а сейчас лишь 3.5?
Приложение 1: Интересные факты.
Почему режим работы «прогретого двигателя», близкий к холостым оборотам, может быть
опаснее разового холодного запуска?
Как правило, это относится к насосам шестереночного типа. При уменьшении частоты вращения
коленчатого вала двигателя, снижается производительность насоса = уменьшается скорость
потока масла и повышается давление в системе (за исключение случаев разрушения полимера
загустителя масла, подробности – в учебной презентации «Texaco PVL» или «Texaco CVL»).
Высокое давление само по себе не гарантия надежности жидкостной смазки, которая
возрастает с увеличением скорости оборотов коленчатого вала, поэтому с точки зрения износа:
 малые пробеги = не оптимальные температурные режимы
 низкие скорости = низкие обороты коленчатого вала = низкая скорость потока и циркуляции
масла в системе = повышенная температурная нагрузка на масло
 низкие скорости, обороты близкие к холостому ходу = работа на переобогащенной смеси =
повышенная окислительная нагрузка на масло
Все вместе это – типичные городские условия эксплуатации. Это факторы в итоге оказывают
большее отрицательное влияние чем «холодный запуск» или «пониженное давление» в системе.
Чудодейственные средства?
Применение присадок создающих дополнительные пленки между поверхностями трения
создает иллюзию увеличения давления масла (практический эффект - перестает мигать лампа
давления на панели приборов).
Эффект подается как создание дополнительной защитной пленки. Например, между
изношенными вкладышами и шейкой коленчатого вала.
На деле причина может быть в другом: уменьшении диаметра масляных каналов. Масляный
насос прокачивает то же самое количество масла, но уже по меньшему диаметру. Как следствие
манометр покажет увеличение давления в системе.
Нормальный режим смазки – это когда между шейкой вала и вкладышем (на их примере)
проникает достаточное количество масла для создания масляного клина. Именно благодаря
этому эффекту детали выдерживают большие механические нагрузки с малым для себя ущербом.
В реальности, при неблагоприятном стечении обстоятельств, «целебные средства» могут
привести к масляному голоданию, ввиду подачи масла меньше расчетной величины  как
следствие приблизить капитальный ремонт двигателя.
Может ли повлиять высокое давление на запуск двигателя?
Да. К примеру, из-за гидротолкателей.
Принцип работы прост:
Кулачок распредвала (1) нажимает на стакан (2) гидротолкателя,
шариковый клапан (3) открывается, и масло из канала системы смазки (4)
заполняет полость (5) под плунжером (6), устанавливая зазор в приводе
клапана (7).
При нажатии кулачка на гидротолкатель давление в полости плунжера
резко повышается.
Масло, запертое полости плунжера, делает гидротолкатель жестким
элементом (т.к. по закону физики - жидкости не сжимаемы).
Масло передает усилие с кулачка на клапан:
----------- область низкого давления
----------- область высокого давления
Это вариант нормальной работы системы.
Теперь поднимем давление…
Задумайтесь: если жидкости не сжимаемы, то, что помешает маслу,
поступающему под плунжер, не только установить зазор, но и вообще
отжать клапан от седла («подвесить»)?
Да ничто не помешает, при соблюдении двух условий:
 Неисправности редукционного (сброса давления) клапана
 если противодействие сжатию пружины уже не слишком велико
Чрезмерно высокое давление масла, в гидротолкателе, при неисправном
редукционном клапане системы смазки, отожмет клапаны от седел =
компрессия упадет. Помимо потери мощности, это может даже
заглушить двигатель.
Вспомните базовый принцип: вязкость жидкостей снижается с
увеличением температуры, и наоборот растёт со снижением
температуры.
Пока масло теплое, его вязкость невелика, давление сильно не
возрастает, и система работает нормально.
А если зима и температура низкая?
Густое масло поступит к гидротолкателям не сразу, а только через несколько секунд (или того
хуже). Как только оно поступит, под давлением масла - плунжеры гидротолкателей отодвинут
(отожмут) клапаны, и если неисправен клапан сброса давления (до этого не проявлявший себя в
теплую погоду) - двигатель может не завестись. Возможно, вы даже встречали подобную
ситуацию – «Ничего не делал. Отогрел и завелся».
Вы все еще уверены, что чем выше давление - тем лучше ?