Смазочные масла для ДВС

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В качестве базовых масел при производстве смазочных материалов используют минеральные (нефтяные) или синтетические масла-компоненты, для специальных целей применяют также растительные масла. Синтетические масла обычно получают из нефтяного сырья.

Минеральные масла

 

    Высококачественное минеральное базовое масло является надежной предпосылкой для получения современных смазочных материалов. Такие базовые масла-компоненты обладают стабильными свойствами, в частности высокой приемистостью к присадкам, обеспечивая эффективность их действия, а также хорошими смазочными свойствами, обеспечивая гидродинамический режим смазывания в обычных эксплуатационных условиях в широком диапазоне рабочих температур при условии выбора подходящей вязкости. Однако на базе минерального масла трудно, а иногда и невозможно разработать смазочный материал, обладающий отличными свойствами при низких температурах и в то же время сохраняющий достаточно высокие смазочные свойства и при высоких эксплуатационных температурах.

Гидрокрекинговые (гидрокрекинг минерального масла)

Частично синтетические (полусинтетические) масла

 

    Свойства минеральных масел можно улучшать заменой части минерального масла на синтетические компоненты. Таким образом можно производить обладающие хорошими свойствами при низких температурах, круглогодичные масла SAE 5W-XX, которые трудно производить на базе одного только минерального масла.

Синтетические масла

 

    С помощью синтетических базовых масел можно улучшить свойства смазочных материалов. Однако само по себе применение синтетического базового масла не всегда гарантирует высокие эксплуатационные свойства товарного продукта. Для достижения этой цели требуется тщательный подбор компонентов и оптимизация рецептуры продукта. Поэтому возможна весьма большая разница в стоимости "однотипных" синтетических масел.  
    Синтетические масла позволяют достичь следующих свойств:  
- Отличные свойства при низких температурах, в т. ч. легкий запуск двигателя и надежное смазывание в холодных условиях;  
- Отличные функциональные свойства при высоких температурах, в частности, стабильность против окисления, низкая летучесть и расход масла;

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МАСЕЛ

Смазочные масла получают из той части нефти, которая остается после отгонки топливных фракций. Эта часть нефти называется мазутом.  
    Если нагревать мазут при атмосферном давлении, то многие индивидуальные углеводороды начинают разлагаться при более низкой температуре, чем их температура кипения. При понижении давления понижается температура кипения, что позволяет выделить нужные фракции. Процесс этот называется вакуумной разгонкой. Для его реализации сооружаются специальные установки, позволяющие из мазута получать различные по вязкости масла. Особенно четко удается произвести разгонку в установках с двукратным испарением, применяемым в современных нефтеперерабатывающих комплексах. Эти масла называют дистиллятными маслами. Их получение предусматривает перегонку или испарение с последующей конденсацией отдельных фракций жидкостей или их смесей (в данном случае нефти или отдельных ее фракций).  
    В результате вакуумной перегонки получают базовые дистиллятные масла, а оставшиеся продукты (полугудрон и гудрон) используют для получения остаточных масел. Характерной особенностью дистиллятных масел являются их хорошие вязкостно-температурные свойства и высокая термоокислительная стабильность. Но в этих маслах мало соединений, обладающих высокой маслянистостью, т. е. прочностью масляной пленки.  
    Остаточные масла, наоборот, обладают высокой естественной маслянистостью, но плохими низкотемпературными и вязкостно-температурными свойствами. Высокая маслянистость остаточных масел связана с находящимися в них продуктами окислительной полимеризации (нефтяными смолами).  
    Существуют две схемы переработки мазута - топливная и масляная. При топливной получают только одну фракцию (350-500°С), используемую обычно как базовый продукт для каталитического крекинга или гидрокрекинга. При масляной переработке - три фракции: легкие дистиллятные масла (выкипающие при 300-400°С), средние дистиллятные масла (выкипающие при 400-450°С) и тяжелые дистиллятные масла (выкипающие при 450-500°С).  
    Для получения товарных марок масла подвергают сложным технологическим операциям. Для удаления нежелательных примесей масло очищают. Из него удаляют продукты окислительной полимеризации, органические кислоты, нестабильные углеводороды, серу и ее соединения. Для улучшения низкотемпературных свойств масла подвергают депарафинизации и деасфальтизации. Очищенные продукты при необходимости смешивают для получения нужного уровня вязкости. Дистиллятные масла используют для приготовления масел, от которых не требуется особо высокой естественной прочности масляной пленки. Остаточные - для масел, высокая маслянистость которых имеет особое значение. Например, для дизельных масел обычно смешивают дистиллятные и остаточные масла в необходимой пропорции.  
    Масла, используемые в качестве основных моторных масел, называют базовыми маслами. Например, для зимних и летних моторных масел выпускают следующие базовые масла:  
М-6 - дистиллятное;  
М-8 - дистиллятное с добавлением не менее 14 % остаточного компонента;  
М-11 - смесь дистиллятного и не менее 30 % остаточного компонента;  
М-14 - смесь дистиллятного и не менее 40 % остаточного компонента;  
М-16 - смесь дистиллятного и не менее 50 % остаточного масла;  
М-20 - состоит только из остаточных масел.  
    Для получения всесезонных масел или масел для северных и арктических районов используют в качестве базовых масел глубоко депарафинизированные дистиллятные масла малой вязкости (веретенное АУ, АС-5 и др.).

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ МАСЕЛ

 

    Технология очистки базовых масел влияет на их свойства. Применяют следующие методы очистки масел.  
    1. Выщелачивание. Это самый простой способ. Масло обрабатывают раствором щелочи (NaОН), которая нейтрализует органические кислоты. Продукты окислительной полимеризации (нефтяные смолы и другие вредные примеси) при щелочной очистке не удаляются, поэтому этот способ для моторных масел не применяют.  
    2. Кислотно-щелочная и кислотно-контактная очистка. При этом методе очистки основным реагентом, входящим в соединения с нежелательными примесями, является серная кислота, которую добавляют в дистиллятное масло до 6%, а в остаточное - до 10%.  
    Серная кислота разрушает смолисто-асфальтовые и ненасыщенные соединения, которые вместе с непрореагировавшей кислотой выпадают в осадок, образуя кислый гудрон. Наиболее ценные для масел циклановые углеводороды серной кислотой не затрагиваются и после отделения кислого гудрона промываются водным раствором щелочи, которая нейтрализует остатки серной кислоты и кислого гудрона. Очистка заканчивается промывкой масла водой и просушиванием перегретым паром или горячим воздухом.  
    Для предотвращения возможности образования стойких водомасляных эмульсий обработку щелочью заменяют контактным фильтрованием с использованием отбеливающих глин, обладающих большой адсорбционной способностью поглощать полярно-активные вещества, к которым относятся продукты взаимодействия с серной кислотой.  
    Кислотную очистку с контактным фильтрованием через отбеливающие земли называют кислотно-контактной очисткой.  
    Применение для очистки моторных масел серной кислоты имеет существенные недостатки: при современных масштабах производства моторных масел это приводит к огромным безвозвратным расходам серной кислоты - ценного продукта, широко используемого во многих химических производствах.  
    Кислый гудрон, который является отходом при этом способе очистки, очень токсичный и вредный продукт; дальнейшее использование его по ряду причин нерентабельно, и его огромные скопления являются источником очень вредного воздействия на окружающую природу.  
    3. Очистка масел селективными растворителями. Это современный и эффективный способ очистки масел.  
    Особенностью этого метода является возможность в процессе очистки многократного использования селективных растворителей. В качестве селективных растворителей применяют фурфурол, фенол и ряд других веществ.  
    Принцип селективной очистки заключается в следующем. Подбирают растворитель, который при определенной температуре и количественном соотношении с очищаемым маслом выборочно (селективно) растворяет в себе все вредные примеси и плохо или совсем не растворяет очищаемый продукт, в данном случае - масло.  
    При смешивании очищаемого масла с селективным растворителем основная часть вредных примесей растворяется и переходит в растворитель, который, не смешиваясь с маслом, легко с ним разделяется при отстаивании. Получается слой очищенного масла (рафинадный слой) и слой растворителя с вредными, удаленными из масла примесями. Этот слой называют экстрактом. Слои разделяют. Слой очищенного масла доочищают отбеливающими глинами, а экстракт подвергают регенерации, при которой селективный растворитель отделяется от вредных продуктов и опять вводится в процесс очистки.  
    Очень важно правильно выбрать как соотношение масла и растворителя, так и температуру, при которой осуществляют процесс очистки. Например, при использовании в качестве селективного растворителя фенола температуру следует поддерживать в диапазоне 50-300°С, а соотношение масла и растворителя 1:1 или 1:2.  
    При применении фурфурола соотношение очищаемого продукта варьируют в зависимости от желаемой глубины очистки очищаемого масла от 1:1,5 до 1:4.  
    Для получения качественной очистки высоковязких остаточных масел используют метод парных растворителей. Причем один из них должен выборочно растворять вредные примеси, а другой - очищаемое масло. Происходит как бы разделение полезного и вредного продукта. При растворении примесей применяют креозол с 30-50% фенола, а при растворении рафината - пропан. С целью поддержания пропана в жидком состоянии очистку производят под давлением до 2 Мпа.  
    В последнее время все шире применяют гидрогенизацию, которая является наиболее совершенным способом очистки масел. Процесс аналогичен гидроочистке топлив. Проводят его под давлением до 2 Мпа в присутствии водорода при температуре 380-400°С.  
    Для улучшения низкотемпературных свойств масел (что имеет особое значение при эксплуатации двигателей зимой, находящихся на открытой стоянке автомобилей и тракторов) подвергают деасфальтизации и депарафинизации. Удаление из масла этих соединений, обладающих высокой температурой застывания, повышает низкотемпературные свойства масел.  
    Деасфальтизацию проводят с помощью жидкого пропана, который под давлением 2-4 Мпа смешивают с очищенным маслом в пропорции до 10:1. Процесс протекает в специальных колоннах. Очищаемое масло поступает в среднюю часть колонны, пропан - в нижнюю. Выводится битум из самого нижнего уровня колонны. Раствор очищенного от асфальта масла выводится из верхней части колонны, после чего очищенное масло отделяется от растворителя.  
    Депарафинизацию масла, т. е. Выделение из него парафина и церезина, производят путем его глубокого охлаждения. Перед охлаждением в масло добавляют растворители и смесь нагревают на 15-20° выше температуры полного растворения парафина и церезина. Затем смесь подвергают охлаждению и фильтрации или центрифугированию. Застывший парафин и церезин остаются на фильтрах. Освобожденное от парафина и церезина масло при его охлаждении в условиях реальной эксплуатации обладает повышенной текучестью, что значительно облегчает пуск двигателя при низких температурах.  
    В последнее время появляются методы очистки масел, основанные на его фильтрации через специальные мембраны, фильтрующие на молекулярном уровне, которые, например, пропускают молекулу углеводородов и задерживают молекулу продуктов окислительной полимеризации и другие нежелательные примеси. Этот метод еще не получил широкого применения при очистке моторных масел.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ

Плотность и удельный вес

 

    Плотность вещества - это  соотношение его массы к объему (кг/м3), а удельный вес - соотношение массы определенного объема вещества к массе соответствующего объема воды при 20°С. Плотность и удельный вес зависят от температуры.

 

Вязкость

 

Вязкость - это одна из важнейших характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить гидродинамический (жидкостной) режим смазывания. Вязкость зависит от температуры, в диапазоне рабочих температур (обычно от минус 30°С до 150°С) вязкость минеральных масел изменяется в тысячи раз.

    Различают кинематическую  и динамическую (абсолютную) вязкость. Первая, характерная для простых  масел при положительных температурах, определяется в капиллярных вискозиметрах, а вторая - для загущенных (всесезонных) масел и масел при отрицательных  температурах, определяется в ротационных  вискозиметрах, ее величина зависит  не только от температуры, но  и от градиента скорости сдвига.

    Кинематическую вязкость  в технической системе единиц  измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт), а в системе СИ в м2/с или в мм2/с.

    Динамическая вязкость  представляет собой произведение  кинематической вязкости на плотность  жидкости, в технической системе  ее измеряют в сантипуазах (сП), а в системе СИ - в миллиПаскаль-секундах (мПас), где 1 сП= 1 мПа-с.

    Моторные масла, как и  большинство смазочных материалов, изменяют вязкость в зависимости  от своей температуры. Чем ниже  температура, тем больше вязкость  и наоборот.

    Всесезонное масло работает  в диапазоне температур от -35 (холодный  пуск зимой) до 150-180ºС (работа двигателя летом под полной нагрузкой), что соответственно вызывает многократное изменение его вязкости.

    Чтобы обеспечить холодный  пуск двигателя (проворачивание  коленвала стартером и прокачивание масла по системе смазки) при низких температурах, вязкость не должна быть очень большой.

    При высоких температурах  масло не должно иметь очень  малую вязкость, чтобы создавать  прочную масляную пленку между  трущимися деталями и необходимое  давление в системе.

    Для обеспечения необходимой  вязкости во всем диапазоне  рабочих температур всесезонные  моторные масла изготавливают  из маловязкой основы и полимерных  загущающих присадок (модификаторов  вязкости). Основа, имеющая небольшую  вязкость, обеспечивает нужные низкотемпературные  характеристики. Молекулы загущающих  присадок представляют собой  “клубки” полимеров (веществ, молекулы  которых состоят из большого  числа повторяющихся звеньев), “набухающие”  при нагревании, что сохраняет  достаточную вязкость при высокой  температуре.

    Вязкость загущенного  всесезонного масла зависит также  и от скорости перемещения  его слоев относительно друг  друга. С ее увеличением вязкость  временно снижается, поскольку “клубок”  полимерной присадки “растягивается”  и оказывает меньшее сопротивление  перемещению слоев.

    Способность снижать  вязкость в зависимости от  скорости уменьшает потери на  внутреннее трение в масле  и, соответственно, потери мощности  двигателя. Например, при движении поршня от верхней или нижней мертвой точки его скорость возрастает и в определенный момент возникает гидродинамический режим смазки (масло полностью разделяет поверхности деталей). Полимерная загущающая присадка в это время понижает вязкость масла, тем самым снижая потери мощности, развиваемой двигателем.

 

Индекс вязкости

 

    Индекс вязкости (сокращенно VI, от английского Viscosity Index) безрамерный показатель характеризует зависимость вязкости масла от изменения температуры. Чем больше индекс вязкости, тем меньше вязкость масла изменяется при колебании температуры. Он зависит от углеводородного состава масла, наличия вязкостных (загущающих) присадок, глубины очистки масляных фракций. Для минеральных масел без вязкостных присадок индекс вязкости составляет 85-100, масла с вязкостными присадками и синтетические масла-компоненты могут иметь индекс вязкости 120-150. У маловязких глубокоочищенных масел индекс вязкости может достигать 200.

 

Температура вспышки

 

    При повышении температуры  из масла выделяются пары, которые  при поднесении открытого огня  вспыхивают. Эта температура называется  температурой вспышки, которую можно  измерять либо в открытом (Cleveland), либо закрытом тигле (Pensky-Martens). Показатель характеризует наличие в масле легкокипящих фракций, он связан с испаряемостью масла в процессе эксплуатации.

 

Температура застывания

 

    Температура застывания - это самая низкая температура, при которой масло еще полностью  не потеряло текучесть при  наклонении пробирки, в которой  его охладили. Температура застывания  характеризует момент резкого  увеличения вязкости при снижении  температуры, или кристаллизации  парафина вместе с повышением  вязкости в такой степени, что  масло становится твердым.

 

Щелочное число (TBN) и кислотное число (TAN)

 

    В процессе эксплуатации  в смазочных маслах накапливаются  кислые и/или щелочные продукты, которые образуются в результате  окисления, разрушения молекул базового  масла и присадок, загрязнения масел, в том числе, накопления в них продуктов неполного сгорания топлива, сажи. Общее щелочное число (TBN) и общее кислотное число (TAN) анализируются в лабораторных условиях. TBN выражается через количество гидроокиси калия в миллиграммах, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г). TAN выражается через количество гидроокиси калия в мг, необходимое для нейтрализации кислых продуктов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г).

КЛАССИФИКАЦИЯ МАСЕЛ » ГОСТ

 

 

Классификация моторных масел согласно ГОСТ 17479.1-85 подразделяет их на классы по вязкости и группы по значению и уровням эксплуатационных свойств. Ниже приведено описание отечественной классификации моторных масел с учетом Изменения №3 к ГОСТ 17479.1-85, которым увеличено число классов вязкости и изменены их границы, введены новые группы по назначению и уровням эксплуатационных свойств, а также некоторые наименования. Например, по всему тексту стандарта масла для карбюраторных двигателей называются более точным термином - маслами для бензиновых двигателей.  
    ГОСТ 17479.1-85 предусмотрено обозначение моторных масел, сообщающее потребителю основную информацию об их свойствах и области применения. Стандартная марка включает следующие знаки:  
- букву М (моторное), цифру или дробь, указывающую класс или классы вязкости (последнее для всесезонных масел), одну или две из первых шести букв алфавита, обозначающих уровень эксплуатационных свойств и область применения данного масла.  
    Универсальные масла обозначают буквой без индекса или двумя разными буквами с разными индексами:  
- Индекс 1 - присваивают маслам для бензиновых двигателей.  
- Индекс 2 - дизельным маслам.

Классы вязкости моторных масел

Класс вязкости

Кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре

100°С

-18°С, не более

33

3,8

12500

43

4.1

2600

53

5.6

6000

63

5.6

10400

6

св.5,6 до 7.0 включ.

10400

8

-7,0 до 9.3 -

10400

10

- 9,3 до 11.5 -

10400

12

- 11,5 до 12.5 -

10400

14

-12,5 до 14.5 -

10400

16

-14,5 до 16.3 -

10400

20

-16,3 до 21.9 -

10400

24

-21,9 до 26.1 -

10400

33/8

-7,0 до 9.3 -

1250

43/6

-5,6 до 7.0 -

2600

43/8

-7,0 до 9.3 -

2600

43/10

-9,3 до 11.5 -

2600

53/10

-9,3 до 11.5 -

6000

53/12

-11,5 до 12.5 -

6000

53/14

-12,5 до 14.5 -

6000

63/10

-9,3 до 11.5 -

10400

63/14

-12,5 до 14.5 -

10400

63/16

-14.5 до 16.3 -

10400


Группы моторных масел по назначению

Группа масла по эксплуатационным свойствам

Рекомендуемая область применения

А

-

Нефорсированные бензиновые двигатели и дизели

Б

Б1

Малофорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, которые способствуют образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников

Б2

Малофорсированные дизели

В

В1

Среднефорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, которые способствуют окислению масла и образованию отложений всех видов

В2

Среднефорсированные дизели, предъявляющие повышенные требования к антикоррозионным, противоизносным свойствам масел и способности предотвращать образование высокотемпературных отложений

Г

Г1

Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масла, образованию отложений всех видов и коррозии

Г2

Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в эксплуатационных условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений

Д

Д1

Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых, чем для масел группы Г1

Д2

Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений

Е

Е1

Высокофорсированные бензиновые двигатели и дизели, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых, чем для масел групп Д1 и Д2

Е2

Отличаются повышенной диспергирующей способностью, лучшими противоизносными свойствами


    

Так, марка М-6з/10В указывает, что это моторное масло всесезонное, универсальное для среднефорсированных дизелей и бензиновых двигателей (группа В): 
- М-4з/8-В2Г1 - моторное масло всесезонное, универсальное для среднефорсированных дизелей (группа В2) и высокофорсированных бензиновых двигателей (группа Г1); 
- М-14Г2 (цс) - моторное масло класса вязкости 14, предназначено для высокофорсированных дизелей без наддува или с умеренным наддувом. В данном случае после основного обозначения в скобках указана дополнительная характеристика области применения ("цс" означает циркуляционное судовое); 
- М-14Д (цл20) - моторное масло для высокофорсированных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях, (цл20) - применимое в циркуляционных и лубрикаторных смазочных системах и имеющее щелочное число 20 мг КОН/г.


ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА

Трансмиссионные масла применяют в коробках передач, мостах, в раздаточных коробках, механизмах рулевого управления - везде, где вращающий момент передается либо зубчатыми парами (тогда масло выполняет только функции смазки), либо посредством самого масла, как, например, в гидромеханических передачах (в них является рабочим телом). Сразу оговоримся: есть очень много марок автомобилей, в коробки передач которых заливают то же масло, что и в двигатели. Как правило, зубчатые передачи и находящиеся внутри агрегатов подшипники смазываются погружением в масло и разбрызгиванием. Однако есть конструкции, где такой смазки недостаточно - тяжелонагруженные или особо сложные механизмы с труднодоступными для капель и масляного тумана сопряжениями требуют принудительного подвода масла. К ним смазку подают под давлением.

    Для обеспечения работоспособности  механизмов трансмиссионные масла  должны выполнять следующие функции:

 

    предотвращать износ  поверхностей трения за счет  образования стойкой масляной  пленки между ними;

    снижать потери на  трение в зубчатых зацеплениях;

    отводить тепло от  поверхностей трения;

    удалять продукты износа  из зон трения;

    защищать детали от  коррозии;

    снижать ударные нагрузки  на шестерни, вибрации и шум, уплотняя  зазоры между поверхностями трения;

 

    Доля трансмиссионных  масел в общем объеме смазочных  материалов, потребляемых автомобилем  за весь срок эксплуатации, всего  лишь 0,3-0,5%. Меняют их не часто: или через 45-50 тыс. км, или, если автомобиль  эксплуатируется нерегулярно, через  каждые 3-5 лет независимо от пробега.

    Несмотря на то, что  трансмиссионные масла работают  в условиях, безусловно, более легких, чем моторные, они испытывают  высокие нагрузки. Давление в  зонах контакта цилиндрических, конических и червячных передач  может составлять от 500 до 2000 МПа, а гипоидных - до 4000 МПа. Скорость  скольжения зубьев друг относительно  друга на входе в зацепление  изменяется в диапазоне 1,5-12м/с  в конических и цилиндрических  передачах; 20-25 м/с - в червячных; в гипоидных она может превышать 15 м/с. Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссий изменяется от температуры окружающего воздуха до 200°С, однако в точках контакта зубьев часто возникает кратковременный местный перегрев - до 300°С, а иногда и выше. В результате - износ, задиры, питтинг (точечное выкрашивание зубьев шестерен) и многое другое.

    К трансмиссионным маслам  предъявляют самые разнообразные  эксплуатационные требования, подчас  довольно противоречивые. Масла  должны, с одной стороны, сохранять  высокую вязкость при рабочих  температурах, чтобы не разрушалась пленка и нормально уплотнялись зазоры, с другой - не становиться слишком вязкими при низких температурах окружающей среды, чтобы в начале работы агрегата холодное масло не препятствовало свободному вращению шестерен.

    Способность масла соответствовать  этим требованиям отражает индекс  вязкости. Чем он выше, тем меньше  изменяется вязкость масла в  зависимости от изменения температуры. Кроме того, масла должны обладать  высокими антикоррозионными, антиокислительными, противопенными и другими «противо» свойствами, а также иметь высокую термоокислительную стабильность (длительная стабильность характеристик в рабочих условиях и при хранении) и не быть агрессивными по отношению к резиновым уплотнениям и цветным металлам.

    К жидкостям, работающим  в автоматических коробках передач, предъявляются гораздо более  высокие требования по вязкости, антифрикционным, противоизносным  и антиокислительным свойствам, чем к применяемым в других агрегатах. Поскольку автоматические коробки включают в себя несколько совершенно разнородных узлов - гидротрансформатор, шестеренчатую коробку передач, сложную систему управления, - спектр функций жидкости весьма широк. Она и смазывает, и охлаждает, и передает вращающий момент. Динамические нагрузки в таких передачах меньше, чем в обычных коробках передач из-за отсутствия жесткой связи между двигателем и трансмиссией. Средняя рабочая температура масла в картере автоматической коробки составляет 80-95°С, в жаркую же погоду при городском цикле движения она Может подниматься до 150°С.

    Конструкция автоматической  коробки такова, что если с  двигателя снимается мощность  большая, чем нужно для преодоления  дорожного сопротивления, ее избыток  расходуется на внутреннее трение  жидкости, оно еще больше нагревается. Высокие скорости движения потоков  масла в гидротрансформаторе  и температура вызывают интенсивную  аэрацию, приводящую к вспениванию, что создает благоприятные условия, во-первых, для окисления самого  масла, во-вторых, для коррозии металлов. Разнообразие материалов в парах  трения автоматической коробки (сталь-сталь, сталь-металлокерамика, сталь-бронза) затрудняет подбор антифрикционных  присадок к маслам. К тому же  разнородные по материалам детали, работая во вспененном и постепенно  насыщающемся кислородом и водой  масле, образуют электрохимические  пары, акти зирующие коррозионный износ. В таких условиях должно не только сохранять свои эксплуатационные свой ства и защищать поверхности трения, но и, как передаю щая вращающий момент среда, обеспечивать высокий КПД трансмиссии. И вот тут требования к вязке пря мо противоположны тем, что предъявляются, когда речь идет только о смазке. Для смазки шестерен нужна высо кая вязкость. Для нормальной работы гидротрансформа тора - низкая (4-9 сСт при 100°С).

    В основном трансмиссионные  масла имеют минеральную (нефтяную) основу. Однако в последнее время появляется все большее количество масел на синтетической и полусинтетической основах. Для придания маслам функциональных и специфических свойств в основу вводят различные присадки: противозадирные, загущаюшие, противокоррозионные и др.

    Некоторые специалисты по трансмиссионным маслам считают, что минеральные базовые масла во многом лучше синтетических, так как у них изначально выше смазывающие качества. Пьезовязкостные свойства, то есть способность образовывать прочную смазывающую пленку под высоким давлением, у них развиты больше, нежели у часто используемых в качестве синтетической основы поли-альфаолефинов (ПАО). Да и эффективность присадок в минеральной и синтетической основах неодинакова - в минеральной основе они растворяются лучше, и для достижения высоких антифрикционных качеств лучше подходят минеральные основы.

    Другое дело, что добиться  высоких интервалов между заменами  масла можно только при использовании  «синтетики». И конечно, полностью  синтетические масла необходимо  использовать там, где предполагаются  высокие обороты и интенсивные  нагрузки, - в высокофорсированных  двигателях.

 

Условия работы смазочных масел в ДВС

Процессы преобразования энергии в ДВС сопровождаются перемещением деталей с огромными скоростями, трением, значительными механическими и термическими нагрузками.  
    Эффективное функционирование ДВС (с высоким коэффициентом полезного действия, заданным уровнем безотказности и долговечности) невозможно без использования смазочных материалов.  
    Смазочные масла выполняют в двигателях множество функций, в число которых входит снижение коэффициента трения и износа деталей, отвод продуктов износа и теплоты от них, повышение герметичности рабочих полостей двигателей, защита поверхностей деталей от агрессивных в химическом отношений продуктов сгорания и др.  
    В данном разделе уделено внимание условиям работы смазочных масел в автомобильных ДВС и требования, предъявляемые к ним.  
    Наиболее важной функцией моторного масла является снижение коэффициента трения в парах трения ДВС.  
    На преодоление сил трения расходуется более 20% полезной работы, получаемой в цилиндрах двигателя. Основными парами трения в ДВС являются: поршневое кольцо - цилиндр; поршень - цилиндр; поршень - поршневой палец (или поршневой палец - подшипник верхней головки шатуна); шатунный подшипник - шатунная шейка коленчатого вала, коренная шейка коленчатого вала, кулачок ГРМ - толкатель (или рычаг) клапана, клапан ГРМ - втулка клапана, вал - подшипники компрессора и газовой турбины. Величина потерь на трение в этих парах распределяется следующим образом: поршневые кольца и поршень - цилиндры - около 67% общих потерь, подшипники коленчатого вала - коленчатый вал - около 25%, ГРМ - около 8%.  
    Наибольшие потери на трение возникают в деталях цилиндро-поршневой группы (ЦПГ). Они обусловлены особенностями их конструкции и функционирования в ДВС.  
    В ЦПГ входят поршневые кольца, поршни, цилиндры. Поршневые кольца выполняют функцию уплотнения надпоршневого пространства, (предотвращают прорыв свежей смеси и продуктов сгорания в картер двигателя), снимают избыток смазочного масла с поверхности цилиндра, а также обеспечивают охлаждение поршня путем отвода от него теплоты в стенки цилиндра. Первую функцию выполняют преимущественно компрессионные кольца, вторую - маслосъемные, третью - оба типа колец. Для плотного отжатия к стенкам цилиндров кольца выполняют упругими, а в некоторых устанавливают пружинные расширители.  
    В автомобильных бензиновых двигателях в каждом поршне устанавливают 2-3 компрессионных кольца, 1-2 - маслосъемных, в дизелях - 2-4 - компрессионных, 1-2 - маслосъемных. Давление колец на гильзу цилиндра достигает 0,8 МПа.  
    При вращении коленчатого вала поршневые кольца вместе с поршнями совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах. В в.м.т. и н.м.т. скорость поршня равна 0. Максимальная скорость достигается примерно в средние хода поршня и может быть рассчитана по зависимости.

 
где: п - частота вращения коленчатого вала (мин~1); 
R - радиус кривошипа (м); 
? - R/l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (?= 0,25...0,35).  
 
 
Рис. 1.16. Конструкция маслосъемных поршневых колец: 
а - цельное прямоугольное с одним рядом дренажных отверстий в поршне; 
б - то же, с двумя рядами дренажных отверстий; 
в - скребковое составное; 
г и д - стальные составные; 
1 - радиальный расширитель; 
2 - осевой расширитель; 
3 - кольца; 
4 - тангенциальные расширители.

 
    Например, при частоте вращения коленчатого вала 12000 мин1 (двигатель спортивного автомобиля), ? = 0,3 и радиусе кривошипа 0,04 м, максимальная скорость поршня достигает 52 м/с. Для двигателя серийного автомобиля (максимальная частота вращения -7000 мин1) максимальная скорость поршня при тех же ?, n и R достигает 30 м/с.  
    Перемещение поршня сопровождается силовыми воздействиями его на стенки цилиндра (боковыми силами), обусловленными особенностями динамики кривошипно-шатунного механизма. Кроме того вблизи в.м.т. и н.м.т. возникает "перекладка" поршня от одной стенки цилиндра к другой, сопровождающая выбором зазоров и ударом.  
    Введение смазки между трущимися деталями ЦПГ заменяют сухое трение трением со смазкой, коэффициент трения которого намного ниже.  
    В предельном случае наличие масла обеспечивает создание при движении поршня и колец "масляного клина", обеспечивающего их "всплывание" (жидкостное трение). При этом масляный клин воспринимает нагрузку и предотвращает непосредственный контакт материалов поршня, колец и цилиндра. Конфигурацию деталей ЦПГ выполняют такой, чтобы она способствовала созданию масляного клина и скольжению деталей по нему. К сожалению, скорость поршня не остается постоянной, а в в.м.т. и н.м.т. становится равной нулю. В этих условиях трение деталей ЦПГ переходит в режим полужидкостного, а вблизи в.м.т. даже полусухого трения. По данным имеющимся в литературе, толщина масляной пленки по поверхности цилиндра колеблется в пределах 5-30 микрон.  
    Введение смазки на поверхности деталей ЦПГ приводит к возникновению сил жидкостного трения, величина которых пропорциональна вязкости масла и квадрату скорости взаимного перемещения трущихся поверхностей.  
    Особенно ощутимо действие этого фактора при низких температурах, при которых вязкость масла возрастает. Силы сдвига холодного масла могут быть настолько большими, что становится невозможным прокручивание вала двигателя стартером.  
    Дополнительным фактором, осложняющим минимизацию потерь на трение и ужесточающим требования к смазочным маслам, является высокая температура деталей ЦПГ, достигающая величин, при которых ухудшаются смазочные свойства масла, возникает его испарение, крекинг, полимеризация и окисление. На рис. 1.17 показано распределение температур по поверхности поршня автомобильного ДВС. Как видно из рисунка, температура в зоне верхнего поршневого кольца превышает 300°С. Особенно высокой тепловой напряженностью характеризуются детали ЦПГ в двигателях при высоком наддуве, форсированных по частоте вращения и при воздушном охлаждении.  
    Как показывают исследования, действие высоких температур и давление колец приводит к разрыву и выжиманию масляной пленки в месте контакта с цилиндром. Наибольший износ цилиндров двигателя происходит вблизи в.м.т., когда скорость поршня минимальна. Неблагоприятные условия смазки усугубляются воздействием на детали ЦПГ продуктов сгорания (оксидов серы, азота, соединений ванадия) и твердых частиц, попадающих с воздухом, топливом и накапливающихся в смазке.

 
 
Рис. 1.17. Распределение температур в поршнях: 
I - бензинового двигателя; 
II - дизеля при жидкостном охлаждении; 
1 - чугунный поршень; 
2 - поршень из алюминиевого сплава.

 
 
    Для сохранения жидкостного трения в ЦПГ масло должно иметь достаточную вязкость в условиях высоких температур, а также обладать способностью создавать на поверхностях деталей адсорбированную пленку, способную выдерживать действующие давления.  
    Под действием высоких температур на поршне кольцах и в канавках колец образуются отложения смол, кокса и лака, приводящие к залеганию колец, потере их подвижности и уплотняющей способности.  
    По имеющимся в литературе данным этот процесс протекает как нестационарный, включающий четыре основных фразы:

  1. Нормальная работа поршневого кольца.
  2. Образование и рост нагаролакоотложе-ний в зоне "кольцо-масло-канавка" (КМК).
  3. Образование перемычек и прихваты кольца в канавке.
  4. Закоксовывание кольца, потеря подвижности.
    

В первой фазе при нормальной циркуляции масла в зоне КМК и нормальном теплоотводе на ее поверхностях образуется пограничный адсорбированный слой заряженных молекул смол и активных компонентов присадки с до-норным и акцепторным действием. В зоне КМК идут процессы адсорбции тепло- и маслообмена. При эффективном антиокислительном и моющем действии масла на металлических поверхностях зоны КМК возникает заряженный слой, который препятствует образованию отложений. Одновременно в этой зоне проходит солюбилизация (переход в коллоидный раствор) и диспергирование углистых и других частиц, которые поступают в эту зону извне или образуются в ней. В масло из зоны камеры сгорания поступают кислород, твердый углерод (сажа), активные продукты сгорания.  
    Вторая фаза - рост лаковых отложений на наиболее горячих поверхностях кольца и канавки. Лако- и смолообразование сопровождается местным повышением вязкости, уменьшением зазора по высоте между кольцом и канавкой поршня, возрастанием гидравлического сопротивление движению масла и уменьшением скорости его циркуляции, что ведет к перегреву масла в зоне КМК. С уменьшением притока масла и повышением его температуры оно достигает критической температуры нагаро-лакообразования. При нормальной работе двигателя на протяжении всего срока службы имеют место только две первые фазы.  
    Третья фаза - образование перемычек и прихват кольца, связанные с интенсивным образованием продуктов термического распада углеводородов масла (крекинг-процесс). По имеющимся представлениям разрушение молекул углеводородов масла может идти в двух направлениях:  
- Термокрекинг, когда углеводороды разлагаются без заметного окисления из-за недостатка воздуха.  
- Химические реакции - как результат соприкосновения углеводородов масла с активной средой (пламенем). Пламя (комплекс активных радикалов), прорываясь между стенкой цилиндра и поршнем, соприкасается с углеводородами масла.  
    Радикалы обладают большой кинетической энергией и химической активностью. Совокупность имеющихся сведений приводит к представлению о комплексе взаимно связанных радикальноцепных процессов крекинга, полимеризации и конденсации углеводородов.  
    Механизм образования масляного кокса к зоне поршневых колец можно представить следующим образом. Сначала в результате воздействия высокой температуры и радикалов в жидкой фазе нагреваются смолы и ас-фальтены, которые претерпевают "фазовый переход", что приводит к образованию кристаллитов твердого кокса. Очевидно, что при насыщении зоны поршневых колец асфальте-нами образуются молекулярные комплексы (агрегаты), которые при плохой растворяющей способности смазочного масла в высокотемпературной зоне могут подвергаться реакциям уплотнения с образованием чистого углерода. Температура полного перехода нефтяных масел в молекулярно-дисперсное состояние достигает 25СГС. Эта температура характерна для форсированных двигателей в зоне верхнего поршневого кольца.  
    Третья фаза характеризуется, прежде всего, тем, что здесь активно идет процесс образования масляного кокса. Ввиду неравномерного распределения температур по канавке кокс образуется на наиболее горячих поверхностях. Образовавшиеся нарушения тепло- и маслообмена в канавке способствуют расширению зон образования асфальтенов, переходящих в масляный кокс. Зазор между кольцом и канавкой уменьшается, и в зонах, где он приближается к нулю, возможен местный прихват кольца в канавке. Это способствует нарушению нормального вращения кольца в канавке и более глубоким термическим превращениям в зонах максимальной температуры. Процесс "прихватывания" кольца, очевидно, будет проходить периодически в течение длительного времени. Таким образом, создаются предпосылки для наступления четвертой фазы процесса за-коксовывания.  
    Для четвертой фазы характерно закоксовывание поршневых колец. Наблюдается полная потеря подвижности кольца в канавке и происходит превращение асфальтенов в твердый кокс по всей поверхности контакта КМК. Когда зазор по высоте равен нулю - нарушается тепломаслообмен. Теплопередача через поршневое кольцо к цилиндру резко уменьшается, а температура в зоне КМК возрастает. Увеличивается прорыв горячих газов ко второму кольцу, в зоне которого создаются условия для наступления второй и третьей фаз его закоксовывания.  
    С ростом прорыва продуктов сгорания резко повышается температура деталей ЦПГ и также стремительно ухудшаются условия их смазки.  
    Для снижения температуры в зоне первого компрессионного кольца используется масляное охлаждение поршня, а в дизелях, кроме того, на днище устанавливаются жаровые накладки или наносятся материалы с низкой теплопроводностью.  
    Неблагоприятные условия для смазки деталей ЦПГ возникают также при запуске двигателя, пока к их поверхностям не начнет поступать масло из системы смазки.  
    Во всех случаях нарушения смазочного действия возникает схватывание материалов трущихся деталей с последующим их разрушением, приводящим к переносу материалов и повреждаемости деталей.  
    Часть масла, подаваемая на поверхности деталей ЦПГ, в процессе работы попадает в КС двигателя. На прорыв масла влияют эффективность работы поршневых колец, износ деталей ЦПГ, температура и вязкость масла. Попадание масла в КС приводит к увеличению нагаро- и лакообразования в ней, увеличению выброса вредных веществ с ОГ, расходу масла из системы смазки.  
    При повышенном расходе часть масла может проникнуть в выпускную систему двигателя и с ОГ попасть на каталитический блок нейтрализатора. В результате этого снижается его эффективность, а впоследствии, в результате образования углистых отложений, гидравлическое сопротивление системы выпуска возрастает настолько, что теряется работоспособность двигателя.  
    В качестве подшипников для коленчатого вала в ДВС чаще всего используются подшипники скольжения. В случае жидкостного трения коэффициент трения в них достигает 0,0005, что ниже, чем у подшипников качения. Подшипники скольжения хорошо работают при динамических нагрузках, характерных для ДВС, но для своей работы требуют значительного количества масла.  
    В двухтактных двигателях малой мощности с кривошипно-камерной продувкой, в которых смазка осуществляется масляным туманом, применяются только подшипники качения, так как при таком способе смазки подводится недостаточное количество масла для подшипников скольжения.  
    При жидкостном (гидродинамическом) смазывании и эксцентричном положении вала в подшипнике скольжения (рис. 1.18, а) в масляной пленке возникает масляный клин, про- тиводействующий внешней нагрузке и предотвращающий контакт между поверхностями трения. Масляный клин возникает вследствие нагнетания масла вращающимся валом в сужающуюся часть зазора.  
    Теплота, выделяемая в результате работы подшипника, отводится циркулирующим в нем маслом.  
    Так как контакт поверхностей отсутствует, то износ подшипников обусловлен только наличием абразивных примесей в масле и минимален.  
    Если масляная пленка нарушена или имеет недостаточную толщину, что может быть вызвано уменьшением вязкости смазочного материала, снижением частоты вращения вала и увеличением нагрузки, то поверхности вала и подшипника могут соприкасаться своими микронеровностями, что приводит к возникновению режима полужидкостной смазки.  
    Коэффициент трения для этого режима значительно выше, чем для предыдущего. При дальнейшей работе в таком режиме может возникнуть граничное трение. Увеличение частоты вращения при полужидкостном трении переводит подшипник в режим жидкостного трения. Этим объясняется относительно безопасный переход режима работы подшипника из области полужидкостной смазки в жидкостную при пуске двигателя, если количество подаваемого масла достаточно.  
    Поскольку нагрузка в подшипниках коленчатого вала двигателя периодически изменяется, то положение шейки вала не остается постоянным. На рис. 1.19 показана траектория движения центра шатунной шейки подшипника в течение рабочего цикла четырехтактного дизеля. Рис. 1.19. Траектория движения центра шатунной шейки четырехтактного дизеля при нагрузке: 1 - частичной; 2 - полной  
    На диаграмме символом х обозначено отношение е/5, где е - смещение оси вала от оси подшипника, 5 - радиальный зазор между валом и подшипником. При х=1 вал контактирует с поверхностью подшипника. Как видно из диаграммы, толщина смазочного слоя масла периодически изменяется, причем при некоторых положениях шейки она может быть ниже критической (значение х приближается к 1). Эти критические положения, когда режим работы подшипника переходит в режим полужидкостной смазки, считаются не опасными если продолжительность соприкосновения шейки с подшипником невелика (не более 20% времени цикла).  
    Нагружение и деформирование сопряженных деталей обусловливает перераспределение параметров слоя масла не только по окружности подшипника, но и по его длине (рис. 1.20). В результате перекосов вала в подшипнике при различных углах а перераспределяется давление в слое масла, и эпюра давлений становится несимметричной относительно середины подшипника. Рис. 1.20. Кривые давления в слое масла по длине подшипника при различных углах перекоса вала.  
    Давление масла в подводящей магистрали практически мало сказывается на величине давления в несущем слое масла, но в значительной степени влияет на количество прокачиваемого масла, т.е. на тепловое состояние подшипника. При форсировании двигателя давление в слое масла увеличивается.  
    Аналогичные по принципу действия подшипники скольжения используются для установки валов турбокомпрессоров в системах газотурбинного наддува ДВС.  
    В качестве антифрикционного материала для подшипников скольжения используются сплавы на основе олова, свинца, меди, алюминия, кадмия, серебра с добавками никеля, меди, свинца, олова, сурьмы, теллура и с покрытиями, защищающими подшипники от коррозии и улучшающими их прирабатываемость.  
    Сплавы на основе олова и свинца называют баббитами. Такие сплавы характеризуются низким коэффициентом трения, хорошей при-рабатываемостью и малым износом вала. Однако, они имеют небольшую прочность, не могут нести большие нагрузки, имеют сравнительно небольшой срок службы и не допускают работу при температурах выше 110°С.  
    Подшипники на основе свинцовистой (27-31% свинца) и оловянистой (20-24% свинца, 1-2% олова) бронзы допускают нагрузку 30-35 МПа при окружной скорости до 12 м/с. Недостатком свинцовистой бронзы является склонность к коррозии под воздействием различных органических кислот, образующихся в масле, а также воды. Поэтому в масла для двигателей с такими подшипниками вводится антикоррозионные присадка.  
    Подшипники на основе алюминия (например, сплав А020-1, содержащий 17-23% олова, 0,7-1,2% меди) допускают давление, обусловленное нагрузкой, до 30 МПа при окружной скорости до 20 м/с. Однако, относительно высокая твердость обуславливает худшую прирабатываемость таких подшипников и больший износ вала. Сплавы на основе кадмия (97-98% кадмия, до 1,5% никеля, магния и серебра, 0,7-1,7% меди), защищенные от коррозии пленкой индия допускают нагрузку до 25 МПа при окружной скорости до 10м/с. Они характеризуются низким коэффициентом трения и при их применении обеспечивается меньший износ вала.  
    На практике в различных двигателях нашли все перечисленные виды сплавов. При выборе масла и присадок к нему учитывается тип материалов, используемых в подшипниках.  
    К числу деталей, работающих в ДВС в тяжелых условиях, относятся детали ГРМ. Конструкция клапана автомобильного ДВС в сборе показана на рис. 1.21.  
    Открытие клапана производится под действием рычага 9, приводимого в действие кулачком газораспределительного вала или путем воздействия кулачка этого вала на клапан непосредственно или через толкатель. Закрытие клапана осуществляется пружинами 5, 6 Герметичность надпоршневого пространстве обеспечивается плотным прилеганием головки клапана 1 к седлу 11. Стержень клапана ? направляется втулкой 3.  
    Головки клапанов в закрытом состояни1 контактируют с продуктами сгорания в КС, г в открытом: впускной - со свежим зарядом, г выпускной с ОГ. Так как отвод теплоты осуществляется в основном через седло и втулку, температура в центре головки клапане бензинового двигателя достигает 920-1000°С дизеля - 700-900°С. Для лучшего отвода теп лоты зазор между стержнем и втулкой дела ют минимальным. Для впускных клапанов он составляет 0,02-0,05 мм, а у выпускных 0,05 0,07 мм.  
    Температура масла в зазоре выпускного клапана, как видно из рис. 1.22, достигает 375°С. Высокая температура масла в парах выпускные клапаны - направляющие втулки приводит к снижению его вязкости, ухудшению смазочных свойств, испарению масла, коксованию, полимеризации и окислению. В связи с этим в этих парах может возникать режим полусухого трения.  
    Учитывая значительные скорости перемещения клапана и нагрузки, действующие на втулку со стороны стержня, эта пара нуждается в эффективном смазывании трущихся поверхностей. В то же время, попадание избыточного количества масла на стержень клапана приводит к проникновению его на головку клапана, в КС и выпускную систему (особенно через впускные клапаны на такте впуска, когда во впускном трубопроводе возникает разрежение). В связи с этим зазор между стержнем и втулкой защищают графитовыми втулками, резиновыми или пластмассовыми уплотнениями.  
    Для автоматического регулирования теплового зазора в приводе клапанов применяются гидравлические толкатели, использующие для своей работы масло из системы смазки.  
    В эффективном смазывании в ГРМ нуждаются также места контакта кулачков с толкателями или рычагами привода клапана. Работа этих пар связана с большими удельными нагрузками, обусловленными преодолением усилия пружин и сил инерции клапана, а также с значительными скоростями скольжения кулачка по толкателю или рычагу. Напряжения в месте контакта на поверхности кулачка достигают 500-1200 МПа. Рис. 1.21 Клапан дизеля в сборе 1 - головка клапана; 2 - стержень клапана; 3 - направляющая втулка; 4 - неподвижная опорная тарелка пружины; 5 - наружная пружина; 6 ~ внутренняя пружина; 7 - промежуточная втулка; 8 - подвижная опорная тарелка пружины; 9 - коромысло; 10 - сухарики; 11 - седло.  
    Рассмотренные особенности функционирования и конструкции ДВС создают чрезвычайно тяжелые условия для работы моторных масел. Под действием высоких температур, кислорода воздуха, несгоревшего топлива, попадающих в систему смазки продуктов сгорания топлива, содержащих оксиды серы, азота, пары воды, в присутствии нагретых металлов, из которых изготовлены детали двигателя, обладающие каталитическим действием, химический состав масел и их свойства в процессе эксплуатации двигателя существенно изменяются. Масла окисляются, испаряются, в них протекают процессы полимеризации разложения, коксования. В результате действия рассмотренных факторов в маслах накапливаются неорганические и органические кислоты, вода, на поверхностях деталей откладываются смолы, нагар (углистые отложения) образуются лаковые пленки, в составе масел появляются шламы (нерастворимые соединения) и накапливаются продукты износа. Продукты окисления, остающиеся с отработанным маслом при замене масла в двигателе, оказывают каталитическое воздействие на процессы окисления свежего масла. Характер и скорость старения масла зависят от уровня форсирования двигателя, количества топлива, попавшего в масло, качества используемого в двигателе топлива, условий эксплуатации, изношенности деталей и узлов двигателя и автомобиля и др.  
    Старение масла сопровождается изменением его физико-химических показателей. На вязкость масла в процессе работы ДВС влияет: с одной стороны испарение легких фракций масла (повышение вязкости); с другой стороны попадание в масло топлива и продуктов его неполного сгорания (снижение вязкости). В загущенных маслах дополнительное снижение вязкости происходит из-за разрушения полимерной присадки. Температура вспышки масла снижается из-за попадания и накопления в нем фракций топлива. Рис. 1.22. Распределение температуры в выпускном клапане бензинового двигателя: / - неохлаждаемого, II - охлаждаемого с натриевым наполнением. дизеля в сборе:  
    На рис. 1.23, в качестве примера, показано изменение этих показателей масла в дизеле в зависимости от наработки.  
    Под действием воды, кислот, высокой температуры и нагрузки происходит также срабатывание добавляемых в масла присадок. Все это обуславливает постепенную потерю работоспособности масла и необходимость его замены на свежее. Рис.1.23. Изменение температуры вспышки (Твсп ) и кинематической вязкости (v) масла (при 50"С) в дизеле в зависимости от наработки t. Твсп, С V-10"4,M2/.  
    Таким образом, условия работы моторных масел в ДВС обуславливают ряд требований к ним, зачастую противоречивых. Основные из них следующие:  
1. Масло должно обладать достаточной вязкостью для образования масляного клина, обеспечивающего жидкостное трение в парах трения, а также иметь демпфирующие свойства (резкое повышение вязкости при ударных нагрузках) при скоростях и нагрузках характерных для ДВС.  
2. При повышении температуры масла его вязкость не должна уменьшаться настолько, чтобы было утрачена несущая способность масляного клина  
    Вязкость масла должна быть по возможности минимальной, чтобы не увеличить потери, обусловленные жидкостным трением.  
    Увеличение вязкости масла при снижении температуры должно быть по возможности минимальным, для сохранения пусковых свойств, прокачиваемости масла в системе смазки и минимизации потерь на жидкостное трение непрогретого двигателя.  
    Масло должно создавать на поверхности деталей двигателя адсорбированную пленку, способную противостоять действующим в ДВС нагрузкам без разрушения и противодействующую отложениям кокса и смол.  
    В составе масла должны быть присадки, предотвращающие возникновение на поверхностях трущихся деталей процессов повреждаемости. Моторные масла должны в минимальной степени испаряться, окисляться, разлагаться, полимеризоваться под действием высоких температур и каталитического действия металлов в ДВС.  
    Масла и образующиеся при его работе продукты не должны вызывать коррозию деталей двигателя.  
    В процессе работы масло не должно вступать в реакцию с продуктами сгорания, пениться, эмульгироваться с водой (образующейся при конденсации паров в продуктах сгорания), а также образовывать в своем составе шламы.  
    Масла должны предотвращать отложение и быть способными растворять и смывать с поверхности деталей смолистые и углистые отложения, продукты износа и лаки, а также удерживать их во взвешенном состоянии.  
    Масла не должны содержать в своем составе механических примесей и воды.  
    Моторное масло и продукты его разложения и окисления в ДВС не должны быть токсичными и наносить ущерб окружающей среде.  
    13. Изменение характеристик моторных масел в процессе эксплуатации должно быть минимальным, а срок службы в двигателе по возможности максимальным.  
    Разнообразие конструкций, рабочих процессов, условий эксплуатации дополнительно дифференцируют требования к моторным маслам в зависимости от назначения, степени форсирования, условий эксплуатации ДВС.  
    Современные моторные масла в значительной степени удовлетворяют перечисленным требованиям. Это достигается высоким качеством основы масел и введением в них разнообразных присадок.




 

 

Список использованной литературы

 

Г.П. Покровский Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости. 1985


Смазочные масла для ДВС