В авиационных двигателях масло выполняет те же функции, что и в других двигателях внутреннего сгорания, но к маслам для авиационных поршневых двигателей предъявляются повышенные требования, так как основные узлы трения этих двигателей работают в самых напряженных условиях по сравнению со всеми другими типами двигателей внутреннего сгорания.
Давление в системе смазки равно 4—10 кг/см2. Через авиационный двигатель прокачивается от 1100 до 3800 л/ч масла в зависимости от типа двигателя и режима его работы. Интенсивность циркуляции масла через двигатель весьма высока вследствие сравнительно небольшой емкости масляных баков (40—100 л). Из всех быстроходных двигателей современные авиационные поршневые двигатели являются наиболее форсированными; скорости вращающихся деталей достигают 2600 об/мин (вал) и даже 25 000 об/мин (отдельные детали), удельные нагрузки на трущиеся поверхности — до 850—900 кГ/см2. В двигателе масло попадает в различные температурные условия. Например, температура в камере сгорания составляет 1500—2500° С, температура поршня (днище) 220—270° С, подшипника — в пределах 80—140° С и на выходе из двигателя до 115—125° С.
В авиационных двигателях применяется преимущественно циркуляционная комбинированная смазка по принципу «сухого» картера.
На рис. 9 приведена схема смазки одного из авиационных двигателей. Масло из бака 1 насосом 16 через пластинчатый масляный фильтр (на рис. 9 не показан) по маслопроводу 6 подается в двигатель, где под давлением смазываются все трущиеся поверхности деталей. После смазки всех деталей двигателя масло самотеком поступает в маслосборник 15 и маслоотстойник 17, откуда откачивается насосом 19 через фильтр тонкой очистки 20 и радиатор 21 обратно в масляный бак.
Рис. 9. Система смазки авиационного двигателя:
1 — бак; 2 — аэротермометры; 3, 9, 10— манометры; 4 — дренажный трубопровод; 5, 14 — штуцера; 6, 7, 11—13 — маслопроводы; 8 — регулятор числа оборотов винта; 15 — маслосборник; 16 — масляный насос; 17— маслоотстойник; 18 — спускная пробка; 19 — насос; 20 — фильтр: 21 — масляный радиатор; 22 — трехходовой кран.
Для смазки авиационных поршневых двигателей используют остаточные масла МС-14, МС-20 (ГОСТ 1013—49), МК-22 и МС-20С (ГОСТ 9320—60). Масла МС-20 и МК-22 при работе в двигателях практически равноценны и взаимозаменяемы. Поэтому при дозаправках самолетов их можно смешивать в любых соотношениях. Эти масла применяются как летом, так и зимой. Температура застывания авиационных масел сравнительно высокая. В связи с этим для облегчения запуска зимой практикуется разжижение масел бензином (до 10% от емкости масляного бака). В результате разжижения температура застывания масла понижается примерно на 10° С, запуск оказывается возможным при температуре минус 25—30° С. После запуска двигателя бензин из масла испаряется и вязкость практически восстанавливается.
При работе двигателя под действием повышенной температуры и каталитического влияния металлов и сплавов в присутствии кислорода воздуха в масле протекают процессы термоокислительной полимеризации некоторых углеводородов с образованием кислых продуктов и асфальто-смолистых веществ. Кроме того, в работающем масле накапливаются неорганические примеси (продукты износа, механические примеси, попавшие извне), а также продукты коррозии и углисто-сажистые частицы (в результате неполного сгорания топлива и масла). Данные об изменении свойств масла МС-20 приведены в табл. 10.
Таблица 10 Изменение свойств отработанного авиационного масла МС-20 после 100 ч работы
Показатели | Масло МС-20 | |
свежее | отработанное | |
Вязкость, сст |
|
|
V50 | 153,2 | 155,1 |
V100 | 20,0 | 20,9 |
Температура вспышки (в открытом тигле), °С | 250 | 220 |
Кислотное число, мг КОН/г | 0,05 | 0,10 |
Зольность, % | 0,03 | 0,21 |
Коксуемость, % | 0,3 | 1,5 |
Содержание, % |
|
|
силикагелевых смол | 1,8 | 4,8 |
механических примесей | Отсутствие | 0,98 |
Степень старения авиационного масла в процессе работы зависит не только от его качества, но и от продолжительности работы, типа и мощности авиационного двигателя.
Рис. 10. Стабильность авиационных масел в зависимости от метода очистки:
1 — масло кислотной очистки; 2 — масло селективной очистки.
Рис. 11. Изменение коксуемости масла в зависимости от мощности двигателя (цифры на кривых — мощность двигателя).
Из рис. 10 видно, что авиационное масло селективной очистки (кривая 2) обладает большей химической стабильностью и дает меньше осадка, чем масло кислотной очистки (кривая 1).
С повышением мощности двигателя в масле образуется больше асфальто-смолистых веществ, карбенов, карбоидов и увеличивается его коксуемость (рис. 11). Наиболее интенсивно показатели качества изменяются в первые 10—30 ч работы масла (рис. 12), затем они стабилизируются. Основной составной частью (до 75%) осадков, снятых с деталей двигателя и масляных фильтров, являются карбены и карбоиды — продукты глубокого окисления масла в тонком слое.
Рис. 12. Изменение свойств масла при работе авиационного поршневого двигателя:
а —содержание смол; б —содержание асфальтенов; в — содержание карбенов и карбоидов;
г — кислотное число.
В авиационных поршневых двигателях масло обычно сменяют через каждые 100 ч работы. При неблагоприятных условиях эксплуатации этот срок сокращается.