Эксплуатационные свойства моторных масел
8.1 Методы оценки качества смазочных масел
При оценке качеств смазочных масел используются многочисленные физико-химические показатели. Установлено, что добавление присадок к маслу для повышения эксплуатационных свойств ухудшает ряд этих параметров. В связи с этим многие физико-химические показатели масла характеризуют не его эксплуатационные качества, а в основном сырьё, из которого оно изготовляется и технологию производства.
Для более объективной и правильной оценки качества масел с присадками следует применять показатели, характеризующие эксплуатационные качества масла: противокоррозионные, антиокислительные, противоизносные, противонагарные и др. Для этого созданы специальные лабораторные приборы, имитирующие работу масла, действующие модельные установки, одноцилиндровые и полноразмерные двигатели.
Процесс оценки качества смазочных масел состоит из следующих этапов: лабораторных исследований, испытаний на модельных установках и малоразмерных одноцилиндровых двигателях, стендовых испытаний на полноразмерных двигателях, эксплуатационных испытаний на машинах.
8.2 Вязкостные свойства масел
Вязкость — один из важнейших показателей, характеризующих пригодность масла для применения. Определенная вязкость нужна для образования смазочного слоя между трущимися поверхностями. Для этого лучше использовать масла с большей вязкостью. Однако увеличение вязкости масла ведет к повышению непроизводительных потерь мощности двигателя на трение, снижению КПД. Поэтому вязкость масла должна быть минимальной, но достаточной для создания жидкостного трения. Кроме того, вязкость определяет низкотемпературные свойства масла, т.е. способность обеспечивать легкий пуск двигателя при низких температурах окружающей среды и надежную подачу масла к коренным и шатунным подшипникам в период пуска и прогрева двигателя. С изменением температуры масла в значительной степени изменяется его вязкость.
Вязкостные свойства являются важнейшим показателем, по которому выбирают масло. Величина вязкости определяет смазочные и противоизносные свойства адсорбированной граничной пленки масла, затраты энергии на пуск холодного двигателя и циркуляции. Данный параметр по нижнему пределу ограничен возможностью снижения несущей способности масляного слоя и увеличением опасности нарушения заданного режима смазки на пусковых и переходных режимах работы двигателя, а по верхнему пределу ограничен увеличением энергетических потерь на трение и преодоление гидродинамических сопротивлений в трактах подачи масла, ухудшением его подачи к поверхностям трения. Среди условий пуска при низких температурах существует понятие критической вязкости масла – вязкости, при которой индикаторная мощность, развиваемая двигателем, равна мощности, необходимой для преодоления сопротивления трения, обусловленного вязкостью масла.
Изменение вязкости масла по температуре определяется его вязкостно-температурной характеристикой (ВТХ) (рис. 5), которая регламентируется следующими двумя способами. Первый — ограничение вязкости по нижнему пределу при высокой температуре (не ниже) и по верхнему пределу (не выше) при низкой температуре, ограничение (не более) отношения вязкостей при различных температурах. Второй – ограничение (не более) температурного коэффициента вязкости (ТКВ) в диапазоне температур 0 – 100 0 С, определяемого по формуле
где n0,n100,n50 — соответственно величины вязкости масла при значениях температур 0, 100, 50 0 С.
 |
 |
| Рис.5. Вязкостно-температурная характеристика моторных масел, имеющих вязкость при 100 ?С, мм 2 /с: 1 – 2,5; 2 – 6; 3 – 10; 4 – 20. |
Способ оценки ВТХ – показатель индекса вязкости ИВ, который основан на сравнении ВТХ исследуемого масла и двух эталонных масел. Одно из них отличается высоким значением градиента изменения вязкости по температуре (ИВ равен нулю). Другое эталонное масло имеет малый градиент изменения вязкости по температуре (ИВ равен 100). Чем выше ИВ масла, тем меньше изменяется его вязкость по температуре, тем более оно пригодно для эксплуатации в зимних условиях.
Храктерной особенностью нефтяных масел является застывание при понижении температуры до определенного предела. Температура, при которой масло теряет подвижность, называется температурой застывания. Способность масла не терять подвижность до определенных температур определяется его депрессорными свойствами. Присадки, вводимые в масло с целью понижения температуры его застывания — депрессорные.
Вязкостно-температурные свойства масел оценивают индексом вязкости. Чем выше индекс вязкости масел, тем в меньшей степени изменяется его вязкость с изменением температуры, а значит, выше его качество. Такое масло при высоких температурах надёжно смазывает трущиеся детали, а при низких обеспечивает легкий пуск двигателя и имеет хорошую прокачиваемость. Индекс вязкости масла определяют с помощью номограмм.
8.3 Термоокислительная стабильность масел
Склонность смазочных масел к образованию на деталях лаков и нагаров является важнейшим показателем эксплуатационных свойств масла. Этот показатель определяют по термоокислительной стабильности масла, его моторной испаряемости и моющим свойствам.
На высоконагретых деталях двигателя образуются отложения (нагары, лаки). Нагарами называются углистые отложения, которые образуются на стенках камеры сгорания, днищах поршней, клапанах, форсунках и свечах. Лаки, или лаковое отложение, представляет собой тонкие и прочные пленки, образующиеся на поршневых кольцах, канавках и юбках поршней, шатунах и других деталях.
Процесс нагарообразования заключается в том, что образующиеся в результате окисления и окислительной полимеризации смолисто- асфальтовые вещества откладываются на поверхностях деталей и удерживают продукты неполного сгорания топлива, механические и другие примеси. Под воздействием высокой температуры процесса сгорания рабочей смеси эти продукты закоксовываются и частично сгорают. Толщина образующегося слоя со временем увеличивается, ухудшается теплоотвод, что приводит к повышению температуры. В этих условиях часть нагара начинает гореть. При достижении определенной толщины слоя нагара устанавливается фаза равновесного состояния, при которой скорости образования и сгорания нагара равны. Толщина слоя нагара на деталях может быть различной и зависит от режима работы двигателя. При режиме его полной нагрузки слой нагара меньше, чем при малонагруженном режиме с более низкой температурой деталей. Нагарообразование в двигателе зависит от полноты сгорания топлива, качества масла и топлива, их загрязненности, пыли, попадающей с воздухом.
На лакообразование в зоне поршневых колец и поршне в карбюраторных двигателях влияет качество топлива и моторного масла, в дизелях преимущественно качество масла. Образование лаковых пленок происходит тем интенсивнее, чем более склонно масло к окислению и окислительной полимеризации. Прочность пленок зависит от образования оксикислот и смолисто-асфальтовых веществ. Образование лаковых пленок на поверхностях деталей происходит следующим образом. На поверхности высоконагретой детали происходят окисление тонкого слоя масла, коагуляция на поверхности детали из масла твердых продуктов окисления и сгорания топлива, конденсация продуктов окисления топлива и масла из продуктов сгорания рабочей смеси. При повышении содержания серы в топливе повышаются отложения, они становятся более плотными и трудноудалимыми.
Для уменьшения отрицательного воздействия нагара и лака к маслам добавляют моющедиспергирующие и антиокислительные присадки. Эксплуатационные свойства таких масел оценивают по загрязненности деталей цилиндропоршневой группы.
8.4 Противокоррозионные и противоизносные свойства масел
Коррозия черных и особенно сплавов цветных металлов характеризуется последовательным протеканием следующих процессов: появлением на рабочей поверхности шероховатых точек и пятен; концентрацией коррозионных точек в области появившихся пятен; образованием в местах концентрации коррозионных точек небольших раковин, уходящих в глубь материала; появлением трещин, соединяющих образовавшиеся раковины; выкрашиванием материала по образовавшимся трещинам.
Противоизносные свойства масла характеризуют его способность уменьшать износы сопряженных трущихся деталей. Основными показателями масла, обуславливающими эти свойства, являются вязкость и смазывающая способность.
На противоизносные свойства смазочного масла большое влияние оказывают механические примеси, особенно абразивные. Поэтому при эксплуатации двигателей
следует исключить возможности попадания в смазочное масло абразивов (дорожной пыли с воздухом, при техническом обслуживании и т.д.).
Тема 9. Влияние различных факторов на изменение качества масла в двигателе, классификация и марки масел
9.1 Условия работы и факторы, влияющие на изменения качества моторного масла
Необходимыми условиями надежной и долговечной работы двигателя являются непрерывное высококачественное смазывание его трущихся деталей, отвод от них теплоты и зашита от коррозии.
Условия работы моторного масла в двигателе характеризуются многообразием и широким диапазоном изменения различных воздействий. Так температура масла в картере может изменяться вместе с температурой окружающего воздуха, отклоняясь от нуля в ту и другую стороны на несколько десятков градусов и в зависимости от режима работы двигателя достигать 80 — 120°С. Весьма широк диапазон температур при смазке поршня. В нижней его части температура равна 150 — 250°С, на внутренней поверхности доходит до 340 — 370°С, а в верхней части — 400°С. В момент воспламенения рабочей смеси температура в камере сгорания достигает 1700-2200°С и выше.
Масло в картере при работе находится в туманообразном состоянии, что создает условия для его интенсивной аэрации. Масло также воспринимает высокие удельные нагрузки от шестерен масляного насоса, шатунных и коренных подшипников коленчатого вала, опорных шеек распределительного вала. Определенное влияние на смазочное масло оказывают кислород воздуха, продукты сгорания, каталитическое воздействие различных металлов и сплавов, нагрузка двигателя и т.д. Для обеспечения в этих условиях надежной смазки деталей двигателя масло должно в течение длительного периода сохранять свои свойства, не подвергаться окислению, не загрязняться различными примесями, не образовывать отложений, устойчивых к выделению низкотемпературных осадков, способных забивать маслоприемные сетки масляных насосов, фильтрующие устройства и маслопроводы. Рассмотрим влияние отдельных факторов на изменение качества моторного масла и на условия смазки.
9.2 Влияние отдельных факторов на окисление моторного масла
На процесс окисления моторного масла главным образом влияет кислород. Первым продуктом этого процесса являются перекиси, которые затем образуются различные продукты более глубокого окисления. Ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями образуют различные нейтральные соединения, находящиеся в масле как в растворенном состоянии (фенолы, смолы), так и выпадающие в осадок (асфальгены, карбены). Углеводороды парафинового и нафтенового рядов, а также ароматические с длинными боковыми цепями окисляются с образованием кислых продуктов (асфальтогенновые кислоты, карбоиды оксикислот). С повышением температуры значительно ускоряются процессы окисления. Наибольшая окисляемость масла находится в интервале 130 — 150°С. Начальная стадия окисления характеризуется так называемым индукционным периодом, в течение которого свойства масла можно считать неизменным. Продолжительность индукционного периода у масел разный. После индукционного периода наблюдается интенсивное окисление масла, а затем этот процесс стремится к стабилизации. Продукты окисления претерпевают расщепление, конденсацию, полимеризацию. Большое влияние на скорость диффузии кислорода в масло и степень его окисления оказывает площадь поверхности окисляемого масла. В двигателе, где происходят распыливание, разбрызгивание масла и многократная его циркуляция, процесс окисления значительно ускоряется.
Наименее устойчивыми к действию кислорода при высоких температурах являются парафиновые, а также нафтеновые углеводороды с большим количеством циклов. Ароматические углеводороды в смеси с нафтенами защищают их от окисления. Свинцовистая бронза оказывает более интенсивное воздействие на процесс окисления масла, чем оловянистый баббит.
Нейтральные продукты окисления способствуют главным образом лако- и нагарообразованию, а кислые продукты (органические кислоты), взаимодействуя с металлом, вызывают коррозию. Промежуточные продукты окисления (перекиси) взаимодействуют с металлом по образованию окиси металла, которая затем, реагируя с кислотой, дает соль.
Масла с кислотностью до 1,5мг КОН при отсутствии воды оказывают незначительное воздействие на сталь и чугун, но кислотность порядка 0,5 — 0,8мг КОН уже достаточна для вымывания свинца из подшипниковых сплавов.
9.3 Влияние прокачиваемости масла на изменение его качества
При хорошем техническом состоянии двигателя на смазку его деталей идет примерно 20 — 25% масла, подаваемого насосом, остальная часть через перепускной клапан возвращается в картер. По мере увеличения зазоров в сопряжениях, объем масла, прокачиваемого в систему смазки увеличивается. Повышенная подача в ведет к дополнительному окислению моторного масла.
Изменения щелочности и кислотности масла в двигателе Д-50 (при нагрузке 80% номинальной) в зависимости от подачи масляного насоса представлены на рис.9.1.
Изменение содержания механических примесей и несгораемого остатка в моторном масле в зависимости от подачи насоса при работе двигателя в течение 100 часов представлено на рис. 9.2………………………………………………………………
Рис. 9.1 Изменение щелочности и кислотности масла в двигателе Д-50 в зависимости от подачи масляного насоса: 1-40 л/мин; 2-28,7; 3-8,2. -щелочность; — кислотность.
Приведенные данные свидетельствуют о значительном влиянии работы масляного насоса на изменение качества моторного масла………………………………….
Рис. 9.2. Изменение содержания механических примесей и несгораемого остатка в моторном масле двигателя Д-50 в зависимости от подачи насоса:, 1-40 л/мин; 2-28,7; 3-8,2— . механические примеси; несгораемый остаток.
9.4 Влияние объема системы смазки двигателя на изменения качества масла
Объем системы смазки двигателя существенным образом влияет на изменение качества моторного масла. Уменьшение объема масла в системе смазки приводит к более интенсивному его изменению (рис. 9.3)…. Это объясняется увеличением кратности прокачивания масла и восприятием им больших тепловых и удельных нагрузок (в расчете на единицу объема масла). Чем меньше объем масла в системе смазки, тем больше лако- и нагароотложений на поршне двигателя. Следовательно, вместимость системы смазки нужно выбирать с учетом изменения качества моторного масла, а при эксплуатации машин необходимо поддерживать оптимальный заданный уровень масла в картере двигателя………………………………………
Рис. 9.3 Изменение показателей моторного масла в двигателе Д-50 в зависимости от объема системы смазки: 1-16л; 2-12л; 3-8л. — щелочность;— кислотность.
9.5 Влияние загрузки двигателя на изменение качества моторного масла
Степень загрузки двигателей зависит от выполняемого технологического процесса. На сельскохозяйственных работах двигатель загружен на 70 — 90%, на транспортных – 30 — 60% номинальной мощности.
Оценка состояния моторного масла после определенного времени работы траспорта на различных технологических операциях дает возможность выявить оптимальные сроки замены масла.
Процесс накопления механических примесей в моторном масле проходит тем интенсивнее, чем выше загрузка двигателя (рис 9.4)……
Чем выше загрузка, тем более интенсивно протекают процессы окисления (рис 9.5). Содержание в масле нерастворимых продуктов (асфальгены, карбены, карбоиды,продукты износа и др.) повышается с повышением нагрузки двигателя, особенно резко возрастает оно при нагрузке более 80% номинальной (см. рис. 9.5)….
С увеличением загрузки двигателя интенсивнее происходит процесс срабатывания присадки в моторном масле…….
Рис.9.4 Изменение накопления в моторном масле механических примесей в зависимости от загрузки двигателя Д.-50. 1, 2, 3, 4- соответственно при загрузке 20, 60, 80 и 100% номинальной…..
Рис. 9.5 Содержание в моторном масле за 100 ч работы нерастворимых продуктов в зависимости от загрузки двигателя Д-50.
Система обозначений моторных масел установлена ГОСТ 17479.1-85 и включает несколько знаков: букву М (моторное), цифру, характеризующую класс кинематической вязкости и букву (з – загущенное, п – с присадками), обозначающую принадлежность к группе по эксплуатационным свойствам. В зависимости от кинематической вязкости масла подразделяют на классы (табл. 5). Дробные классы указывают, что по вязкости при температуре -18°С масла соответствует классу, указанному в числителе, а по вязкости при 100°С классу, указанному в знаменателе.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8560 — 
| 7411 — 
или читать все.
91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Масла, применяемые для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания, называют моторными.
В зависимости от назначения моторные масла подразделяют на масла для дизелей, масла для бензиновых двигателей и универсальные моторные масла, которые предназначены для смазывания двигателей обоих типов. Все современные моторные масла состоят из базовых масел и улучшающих их свойства присадок.
По температурным пределам работоспособности моторные масла подразделяют на летние, зимние и всесезонные. В качестве базовых масел используют дистиллятные компоненты различной вязкости, остаточные компоненты, смеси остаточного и дистиллятных компонентов, а также синтетические продукты (поли-альфа-олефины, алкилбензолы, эфиры). Большинство всесезонных масел получают путем загущения маловязкой основы макрополимерными присадками.
По составу базового масла моторные масла подразделяют на синтетические, минеральные и частично синтетические (смеси минерального и синтетических компонентов).
Моторное масло — это важный элемент конструкции двигателя. Оно может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя, только при точном соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя, условий его эксплуатации и свойств масла — одно из важнейших условий достижения высокой надежности двигателей.
Моторные масла работают в исключительно тяжелых условиях. Другим смазочным материалам, применяемым в автомобилях — трансмиссионным маслам и пластичным смазкам, — несравненно легче выполнять свои функции, не теряя нужных свойств, так как они работают в среде относительно однородной, с более-менее постоянными температурой, давлением и нагрузками. У моторных же режим "рваный" — одна и та же порция масла длительное время подвергается ежесекундным перепадам тепловых и механических нагрузок, поскольку условия смазки различных узлов двигателя далеко не одинаковы. Кроме того, моторное масло подвергается химическому воздействию — кислорода воздуха, других газов, продуктов неполного сгорания топлива, да и самого топлива, которое неминуемо попадает в масло, хотя и в очень малых количествах. В таких, мягко говоря, некомфортных условиях моторное масло должно в течение длительного времени выполнять возложенные на него функции. А именно:
— обеспечивать чистоту деталей и надежную смазку при минимальном трении и износе;
— обеспечивать длительную бессменную работу в различных климатических зонах и при разных условиях эксплуатации;
— охлаждать детали двигателя;
— уменьшать трение между соприкасающимися деталями, снижая износ и предотвращая задиры трущихся частей;
— уплотнять зазоры, в первую очередь, между деталями цилиндро-поршневой группы, не допуская или сводя к минимуму прорыв газов из камеры сгорания;
— защищать детали от коррозии;
— отводить тепло от трущихся поверхностей;
— выносить продукты износа из зоны трения, тем самым, замедляя обpазование отложений на повеpхности частей двигателя.
— для современных масел — экономия расхода топлива и масла.
Эксплуатационные свойства моторных масел.
Показатели эксплуатационной надежности автомобильных двигателей во многом определяются качеством моторных масел.
Вязкостно-температурные свойства. Вязкость моторных масел возрастает при снижении температуры. Для оценки вязкостных свойств масел при изменении температур определяются их вязкостно-температурные характеристики (ВТХ) в диапазоне температур от -18 до +1000С. В идеальном случае вязкость масел не должна зависеть от температур. Для “сглаживания” ВТХ масел в них вводятся загущающие присадки (загущают масло в зоне высоких температур) и депрессаторы (снижают вязкость в зоне низких температур). Загущающие присадки — полиизобутилены КП-5, КП-10, КП-20 и полиметакрилаты В-1 и В-2. Депрессорные присадки — полиметакрилат Д, А3НИИ-ЦИАТИМ-1, АФК
Антиокислительные и антикоррозионные свойства. Масляные фракции являются сложной смесью различных углеводородов, неодинаково взаимодействующих с кислородом. Продуктами окисления масел являются отложения — нагары, лаки и шламы.
Для повышения устойчивости масел к окислению в них добавляют антиокислительные присадки (ингибиторы окисления). Наиболее распространены присадки — ВНИИНП — 354, ДФ — 11 и ДФ — 1.
Противокоррозионными свойствами масел называют их способность препятствовать коррозии деталей. Для улучшения этих свойств в масла вводят присадки ВНИИНП — 360, ЦИАТИМ — 239 и другие, которые образуют на поверхности металла защитные пленки.
Моюще-диспергирующие свойства. Под моющим эффектом понимают способность масел препятствовать прилипанию загрязняющих примесей к поверхности деталей двигателя. Под диспергирующей способностью — свойство масел препятствовать укрупнению частиц загрязняющих примесей и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии. Присадки для улучшения моюще-диспергирующих свойств масел — ПМСЯ, С — 150, ЦИАТИМ — 339, ВНИИНП — 360, ИХП — 101, БФК, АСК и др.
Противоизносные и противозадирные свойства. Характеризуют способность масла снижать износ трущихся поверхностей деталей и препятствовать образованию на них задиров. Эти свойства улучшаются путем введения в масла присадок — ЭФО, ЛЗ — 309/2, ДФ — 11, ЛЗ — 9/6, ЛЗ — 23К и др.
Антифрикционные свойства. Характеризуют способность масел снижать механические потери в двигателе за счет уменьшения потерь на трение в сопряжениях деталей. Наиболее известны присадки: дисульфит молибдена MoS2, ПАФ — 4 , “Фриктол”.
Противопенные свойства. Образованию пены в масле способствуют: бурное перемешивание масла с воздухом вследствие вращения деталей КШМ двигателя, наличие в масле воды и стабилизирующих пену веществ — продуктов окисления масла. Обильное пенообразование нарушает нормальные процессы смазывания деталей. Противопенные присадки имеют способность пеногашения. Наиболее распространена присадка — полиметалсиликосан ПМС — 200А.
В соответствии с ГОСТ 15467—79 «Управление качеством продукции. Основные понятия, термины и определения» под свойством продукции понимается объективная особенность продукции, проявляющаяся при ее создании, эксплуатации или потреблении.
Эксплуатационные свойства масел оказывают влияние на основные показатели работы двигателя и эффективность использования автомобиля в целом.
Выбор соответствующего сорта масла и установление его сроков замены в двигателе следует рассматривать в непосредственной связи с его эксплуатационными свойствами. Для обеспечения надежной, долговечной и экономичной работы двигателей с учетом ранее рассмотренных функций, выполняемых моторными маслами, к их эксплуатационным свойствам предъявляется ряд требований. Моторные масла должны обладать: хорошими смазочными свойствами для обеспечения надежной смазки на всех режимах работы двигателя; оптимальными вязкостно-температурными свойствами для обеспечения пуска двигателя без затруднений; достаточной антиокислительной стабильностью, предотвращающей значительные изменения химического состава в процессе его работы; хорошими моющими свойствами, предотвращающими образование лаков и нагаров на нагретых деталях двигателя; высокими противокоррозионными свойствами по отношению к конструкционным материалам, особенно цветным металлам и сплавам при рабочих температурах масла; надежными защитными свойствами для предотвращения коррозии деталей двигателей в период консервации. Кроме того, масло должно обладать устойчивостью к процессам испарения с целью обеспечения наименьшего его расхода; малой пенообразующей способностью и эмульгируемостью и высокой физической стабильностью к выпадению присадок.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Вязкостные свойства. Под вязкостью жидкости следует понимать объемное свойство жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению ее слоев под действием внешней силы. Препятствие перемещению слоев жидкости создают силы межмолекулярного притяжения. Внешне вязкость масла характеризует его текучесть. Это проявляется в степени подвижности масла — чем меньше вязкость, тем масло подвижнее. Вязкость определяет поведение масла при работе двигателя при различных режимах его работы. Вязкость масла зависит от температуры и давления. Изменение вязкости от температуры характеризует вязкостно-температурные свойства масла. С уменьшением температуры вязкость масла увеличивается и при достижении ее определенных значений (для каждого масла свои) масло вообще может потерять подвижность. Температура, при которой масло теряет подвижность, называется температурой застывания масла. Высокая вязкость затрудняет протекание масла по масляным каналам и подачу его к трущимся поверхностям. В результате чего при пуске двигателя сопряженные детали могут оказаться в режиме трения без смазочного материала, что скажется на повышении их износа. Кроме того, высокая вязкость масла оказывает повышенное сопротивление вращению и перемещению сопряженных узлов и деталей, разделенных слоем смазки, вызывая большие потери мощности на трение, в результате чего повышается расход топлива.
С повышением температуры вязкость масла уменьшается. Низкая вязкость масла может привести к режиму «масляного голодания», вытеканию его из узла трения через уплотнительные соединения. При выборе масла стремятся к тому, чтобы изменение его вязкости в заданном диапазоне температур было бы незначительным. Характер изменения вязкости от температуры определяют по вязкостно-температурной кривой. Более пологое протекание этой кривой, т. е. меньшее изменение вязкости, характеризует лучшие вязкостно-температурные свойства масла, которые могут одновременно обеспечить надежную смазку узла трения при низких и при высоких температурах.
Вязкость масла во многом определяет возможность достижения необходимой частоты вращения вала двигателя при пуске, которая при температуре окружающего воздуха —10…—20 °С составляет 35…50 мин“1 для карбюраторных двигателей и 100…200 мин-1 —для дизельных. По этому свойству особые требования предъявляются к маслам для двигателей, работающих в условиях Крайнего Севера. Северные масла должны обеспечивать: прокру-чиваемость коленчатого вала двигателя с пусковыми частотами вращения от штатных пусковых систем, достаточную прокачиваемость по маслопроводам, заправку маслом и проведение складских операций по сливу-наливу до температуры —45…—50 °С без применения средств подогрева.
Не менее важны значения вязкости масла и характер ее изменения при работе двигателя с высокими рабочими температурами. В этих условиях масло должно сохранять достаточную вязкость, чтобы гарантировать устойчивую масляную пленку между трущимися поверхностями.
По уровню вязкости масла изготавливают летних и зимних сортов. В настоящее время выпускаются всесезон-ные масла, вязкостно-температурная характеристика которых обеспечивает надежную работу двигателя в широком диапазоне рабочих температур. Вязкость определяют как силу внутреннего трения, равную по величине и обратную по направлению силе, приложенной извне. Вязкость оценивают в абсолютных и условных единицах. Наибольшее распространение получило выражение вязкости в абсолютных единицах: кинематическая вязкость и динамическая вязкость.
За единицу динамической вязкости в системе СИ принят Паскаль в секунду—Па-с (в системе измерений СГС единицей динамической вязкости является пуаз —П). Чаще всего динамическую вязкость определяют для трансмиссионных масел. Измерение вязкостей производят с помощью приборов-вискозиметров различного типа: капиллярных, ротационных, шариковых и т. п.
Вязкостно-температурные свойства масел или «пологость» вязкостно-температурной кривой могут быть выпажены безразмерной величиной — индексом вязкости (ИВ), характеризующим по стандартной шкале понижение вязкости масла при повышении температуры. Индекс вязкости находят расчетным путем — отношением вязкости масла при 50 °С к вязкости при 100 °С. Чаще всего ИВ определяют по номограмме или по специальным таблицам. Для современных товарных масел ИВ находится в пределах 90…125, а для перспективных — 140 ед. Чем выше индекс вязкости масла, тем более полого протекает кривая его вязкости с изменением температуры и тем лучше вязкостно-температурная характеристика.
Для улучшения вязкостных свойств к базовым маслам добавляют специальные присадки.
Смазочные свойства. Смазочные свойства масел являются обобщением ряда их свойств, влияющих на процессы трения и износа трущихся поверхностей. К смазочным свойствам относятся: антифрикционные, влияющие на величину трения трущихся деталей; противо-износные, уменьшающие износ трущихся деталей в условиях нормальных нагрузок; противозадирные, предохраняющие трущиеся поверхности от задира и заедания в условиях высоких нагрузок и температур.
Смазочные свойства определяются терминами «смазывающая способность масел», «липкость» и «маслянистость», которые являются тождественными.
Смазывающая способность масел является важным свойством масла при граничной смазке. Образование граничной пленки может происходить путем адсорбции (прилипания) полярно активных компонентов масла или химического взаимодействия активных элементов масла с металлом. При адсорбции пленка разобщает трущиеся детали настолько, что они перестают непосредственно касаться друг друга. Это свойство называют расклинивающим. Расклинивающее действие возникает на основе прочной связи молекул поверхностно-активных веществ с поверхностью трения, в результате чего граничная пленка как бы сопротивляется своему «утончению». В ней развивается противодавление, стремящееся вызвать отталкивание поверхностей, разделенных пленкой. Смазочные свойства могут быть выражены различными показателями, такими, как коэффициент трения, нагрузка, температура, под действием которых разрушается масляная пленка (в отдельных случаях разрушаются трущиеся поверхности), а также величиной износа деталей.
Наибольшее распространение для оценки смазывающих свойств масел получил метод четырехшариковой машины трения ( ЧШМ ) ГОСТ 9490—75, узел трения которой показан на рис. 34. Он состоит из четырех шариков, три из которых зажаты кольцом на неподвижной обойме, а четвертый помещают сверху в центр трех шариков и закрепляют в патрон, который прижимают с определенной силой к остальным шарикам. Узел трения помещают в сосуд с маслом. Патрон с верхним шариком вращают с заданной частотой. Критериями оценки смазывающих свойств испытуемого масла являются износ (Ди), критическая нагрузка (Рк), нагрузка сваривания (Рс) и индекс задира (#3).
Однако наиболее достоверными методами оценки про-тивоизносных свойств масел являются контактные и бесконтактные методы замеров износа деталей. К контактным методам относятся микрометрирование, профилографи-рование и метод искусственных баз (нарезание лунок).
К бесконтактным относятся методы, основанные на спектральном и физико-химическом анализах масел по определению в них железа и других металлов, а также метод активации масел или метод поверхностной активации участка детали. Для улучшения противоизносных свойств в масла добавляют специальные противоизнос-ные и противозадирные присадки.
Антиокислительные свойства. При работе в двигателе масло с большой скоростью циркулирует по замкнутому кругу: из картера к трущимся деталям и, стекая с них, попадает снова в картер. При этом оно непрерывно соприкасается с кислородом воздуха, различными металлами и сплавами, а также горячими газовыми потоками. Температура различных участков поршней составляет 200… 300 °С для карбюраторных и 210…350 °С для дизельных двигателей.
Удельные давления в паре кулачок — толкатель карбюраторных двигателей составляют в среднем 7000 кгс/см2, у других двигателей они достигают 10…15 тыс. кгс/см2.
Температура тарелок выпускных клапанов в современных двигателях достигает 950 °С, а стержней выпускных клапанов 450 °С. В таких условиях масло неизбежно окисляется. В результате образуются сложные продукты окисления. К начальным продуктам окисления следует отнести спирты, кислоты, альдегиды. Продукты более глубокого окисления составляют смолы, асфальтены, карбены и карбоиды.
Скорость окисления и характер образующихся продуктов зависят от химического состава масла, температуры, величины поверхности соприкосновения масла с кислородом, наличия катализаторов. Окисление в объеме масла (в картере) протекает медленнее, чем в тонком слое (на поверхностях деталей), так как доступ кислорода к нижним слоям затруднен. На тех деталях двигателя, где тонкий слой масла нагревается до высокой температуры, окисление происходит особенно глубоко, с образованием углеродистых отложений. Быстрее всего масло окисляется в распыленном состоянии (масляный туман в картере), так как в этом случае поверхность контакта мельчайших капель масла с кислородом воздуха самая большая. Мелкие частицы износа металлических деталей двигателя являются катализаторами, ускоряющими процесс окисления. Происходящие процессы окисления повышают опасность термического и механического разрушения масляной пленки на сопряженных парах трения двигателя, что приводит к нарушению нормальной работы двигателя (залеганию и закоксовыванию поршневых колец, прогару головок поршней и т. п.). В процессе окисления в масле накапливаются коррозионно-агрессивные по отношению к металлам продукты, образуется большое количество твердых частиц, затрудняющих циркуляцию масла, а на трущихся поверхностях образуются отложения. Основными видами отложений являются лаки, нагары, осадки. Способность масла противостоять изменению своих свойств под воздействием кислорода, температуры и других факторов называется химической стабильностью. Масла, стойкие к действию кислорода при высокой температуре, обладают термоокислительной стабильностью.
Методы оценки антиокислительных свойств масла основаны на продувке масла кислородом или воздухом в присутствии катализатора. Стабильность масла к окислению выражают различными показателями. В одних случаях это количество кислорода, поглощаемого маслом при окислении в заданных условиях, в других это степень изменения физико-химических показателей масла при его окислении.
Для снижения склонности масел к окислению в них вводят антиокислительные присадки.
Моющие свойства. При работе масла в двигателе происходят изменения свойств масла, в результате которых на деталях осаждаются и накапливаются отложения различного рода осадков, нарушающие нормальную работу двигателя. Способность масла обеспечить необходимую чистоту деталей работающего двигателя называют моющими свойствами. Термин «моющие» свойства является до некоторой степени условным, так как масло не смывает (не моет) с деталей нагар, лаковые и другие отложения, а лишь препятствует (или замедляет) их образованию в масле и осаждению (прилипанию) на деталях двигателя. Мелкие частицы смолисто-асфальтовых веществ находятся во взвешенном состоянии в циркулирующем масле. Эти частицы, встречаясь друг с другом, соединяются и образуют крупные частицы (конгломераты), которые затрудняют прохождение масла через масляные каналы и фильтры. Способность препятствовать слипанию углеродистых (смолисто-асфальтовых) частиц и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии принято называть диспергирующей способностью.
Моющие свойства определяют методами на установках ПЗВ или «скользящее кольцо», в основе которых лежит определение степени лакообразования в баллах от 0 до 6 на боковой поверхности поршня и сопоставление ее с эталонной цветной шкалой.
Численные значения показателя моющих свойств масел для карбюраторных двигателей составляют 0,5….1,0 балл.
Простейшим способом определения диспергирующей способности работавшего масла является метод «масляного пятна» (бумажной хромотографии). Сущность метода заключается в нанесении капли работавшего масла на беззольный бумажный фильтр (фильтровальную бумагу) и определения характера хромотограммы.
На рис. 35 изображена схема масляного пятна. На хромотограмме следует различать:
1 — центральное ядро, соответствующее расплыву капли на поверхности фильтровальной бумаги; эта зона позволяет судить о степени загрязненности масла углеродистыми частицами;
2 — кольцевую зону, очерченную нерастворимыми в масле продуктами окисления масла;
3 — зону диффузии, образованную в результате прохождения нерастворимых частиц через поры фильтровальной бумаги. Зона диффузии говорит об остаточной диспергирующей способности.
Оценку полученных хромотограмм можно вести двумя способами — расчетом или в баллах.
Чистые минеральные масла не обеспечивают моющего действия. Поэтому для получения моющего эффекта к маслам добавляются специальные моющие присадки.
Антипенные свойства. При работе двигателя масло непрерывно взбалтывается и разбрызгивается, в результате чего в масло попадают воздух, пары топлива и отработавшие газы. Выходя из масла, пузырьки воздуха образуют на поверхностях деталей двигателя обильную пену. Появление пены в масле — явление крайне нежелательное, так как при этом ухудшается процесс смазывания трущихся поверхностей. Из-за пузырьков воздуха в масле увеличивается его расход вследствие потерь через сапун или масляный бак, снижается надежность подачи к трущимся поверхностям необходимого количества масла, так как при пенообразовании вместе с маслом подается большое количество воздуха. На образование пены в масле оказывает влияние попадание воды. Способность масла противостоять образованию пены носит название антипенного свойства масла. Одним из наиболее эффективных путей снижения пенообразования в системе является введение в масло специальных противопенных присадок.
Противокоррозионные свойства. В работающем масле в результате окисления накапливаются кислые продукты, вызывающие коррозию металлических деталей двигателя, особенно из цветных металлов и их сплавов.
В дизельных двигателях в результате сгорания дизельных топлив образуются окислы серы, а в контакте с влагой — серная и сернистая кислоты, очень агрессивные по отношению к металлам, особенно к цветным.
Вода является средой для возникновения и протекания электрохимических процессов и катализатором процесса окисления масла.
В стандартах на масла предусмотрены показатели оценки коррозионности: кислотное число, выраженное в миллиграммах КОН , которое требуется для нейтрализации органических кислот, находящихся в 1 г масла; содержание водорастворимых кислот и щелочей (в свежих маслах не допускается).
Для определения коррозионности масел имеется ряд методов. Все они основаны на оценке степени коррозии по потере массы пластинки (чаще всего свинцовой), выраженной в г/м2, в результате ее погружения в нагретое масло. Наиболее распространенными являются методы: Пинкевича, ПЗЗ и ДК-3.
Для защиты металлов от коррозии и торможения коррозионных процессов необходимо к маслам добавлять противокоррозионные присадки в сочетании с ингибиторами коррозии.
Защитные свойства. При хранении масел, а также в период эксплуатации автомобилей в масло может попадать вода, водяные пары и конденсация влаги. В результате чего развиваются процессы электрохимической коррозии.
Под защитными свойствами смазочного материала понимается его способность защищать поверхность металла от действия влаги, кислорода и других активных газов. Наиболее сильно атмосферная коррозия может проявляться при длительных перерывах в работе. Так, износ автомобилей, находящихся на длительном хранении во влажной атмосфере, по сравнению с износом автомобилей непрерывной эксплуатации больше в 1,5…2 раза. Иногда коррозионные разрушения при длительном хранении превосходят естественное изнашивание.
Особенно важно защитить трущиеся поверхности. Защита слоем смазочного материала складывается из простой физической изоляции от агрессивных веществ и способности активных компонентов смазочных материалов (или ингибиторов коррозии) формировать на поверхности металла адсорбированную или химическую пленку, стойкую в отношении коррозионных агентов.
Основой барьера для влаги и газов являются ингибиторы коррозии. Поэтому для защиты двигателей от «ржавления» в процессе хранения в моторные масла вводят ингибиторы коррозии, которые по своему составу могут быть водорастворимыми, водомаслорастворимыми и маслорастворимыми. При введении в масло ингибиторов коррозии и противокоррозионных и антиржавейных присадок оно приобретает рабоче-консервационные свойства. Рабоче-консервационные масла не сливаются перед постановкой автомобилей на хранение и не заменяются перед последующим их применением. Защитные свойства определяют по физико-химическим показателям, влаго- и газопроницаемости, сползаемости и смываемости, а также по состоянию поверхности металлических пластин с нанесенным покрытием путем проведения электрометрических испытаний и натурной проверки защищаемых образцов.