Свойства масел моторных
7 основных свойств моторного масла
Качественное моторное масло является символом-воплощением надежного труда двигателя. В нем должны быть такие свойства, которые помогут снизить износ, минимизировать силу трения между разными деталями, оградить механизм от коррозии. Кроме того, масло должно вымывать и удерживать в себе продукты, оставшиеся после сгорания. Также хорошее масло выполняет функцию уплотнения расстояния промеж поршня, кольцами, а также цилиндром.
Для того чтобы двигатель качественно вымывался, а продукты его трудов не препятствовали нормальной работе системы в целом, моторное масло должно обладать некоторыми свойствами. В связи с этим специалисты советуют не экономить на данном продукте, так как при использовании дешевых вариантов, владельцу автомобиля предстоит столкнуться с массой неприятных неожиданностей.
7 главных свойств моторного масла:
- Вязкость. Исходя из показателя этого параметра, оценивают качество изделия, обычно любой смазочный продукт изменяет свою вязкость, если меняется температура. Так, чем ниже температура, тем больше проявляется вязкость материала. Стоящее моторное масло, несмотря на низкие температуры должно качественно прокачиваться по системе и способствовать прокручиванию стартером двигателя. А когда температура высокая, смазка должна образовывать пленку между контактирующими поверхностями, а также поддерживать во всей системе необходимое давление. Если масло выбирается сразу на все сезоны, то его рабочие температурные показатели должны быть от -40 до +180 градусов. В таком случае все детали автомобиля будут исправно работать в необходимом режиме благодаря постоянному изменению уровня вязкости. Изготовители всесезонных масел для производства применяют маловязкую основу с модификаторами. И поэтому, исходя из температурного режима, полимеры делают смазку или более плотной или редкой. Такие гибкие режимы колебания вязкости помогают уменьшать потери мощи двигателя, так, хорошее моторное масло позволяет всесторонне оптимизировать передвижение автомобиля.
- Износостойкость. Качественное моторное масло необходимо приобретать чтобы через пару лет эксплуатации авто не выяснилось, что его механизмы износились так, что требуют капитального ремонта. Противоизносные свойства масла помогут бороться с коррозией и снизят ненужные трения, что очень важно, потому что соприкасающиеся детали находятся в группе риска. Для избегания сильного трения используются моторные масла с содержащимися присадками против износа. Специальные присадки образовывают на поверхностях деталей пленку, защищающую механизмы машины.
- Моющие свойства. Не все могут понимать важность моющих свойств смазки. На элементах системы остается очень много частиц, появляющихся в результате нагара или других отложений. Как раз для их устранения в машинном масле имеется моющая присадка, элементы которой удаляют нежелательные частицы с деталей, удерживая их в смазочном жидкостном составе.
- Диспергирующие свойства. Эти свойства машинного масла напрямую связаны с описанными моющими характеристиками. Так, после отделения частиц нагара от деталей, специальная присадка образует вокруг каждой оболочку, препятствующую повторному прилипанию к элементам автомобиля.
- Антиокислительные свойства. Данные свойства увеличивают срок службы масла посредством окисления, тем самым предупреждая слишком раннее старение смазки. Таких присадок, которые способны полностью оградить от кислорода, еще нет, но замедлить старение они смогут.
- Антикоррозия. Борьба с коррозией является одно из основных задач смазки. Естественно, ни у кого нет желания ремонтировать двигатель лишь после года эксплуатации, а ведь ряд его элементов сделаны из цветных металлов, подверженных коррозии. Присадки создают пленку, защищающую детали от производных сгорания топлива и других окислительных процессов.
- Энергосбережение. Экономия топлива является немаловажным вопросом, и качественное масло способно помочь его решить. Содержащиеся в нем присадки и модификатор трения способствует достижению сбережения топлива до 6-7%.
cobaltpro.ru
Моторные масла: их марки и характеристики, от чего зависит цена
Моторное масло – это важный расходный материал. Он предназначен для снижения силы трения трущихся частей двигателя, отвода лишнего тепла. Важно следить за уровнем данного ГСМ и доливать его по мере необходимости. Без смазки мотор очень быстро разрушится.
Моторное масло делается из нефти. В него добавляются разнообразные вещества (присадки), которые улучшают те или иные характеристики.
Продукция каждого известного бренда уникальна с этой точки зрения – корпорации самостоятельно разрабатывают различные добавки. С их помощью они добиваются экономии топлива, снижения уровня вредных выбросов в атмосферу, повышения характеристик силового агрегата, продления срока его службы.
Основная классификация моторных масел
В зависимости от состава все масла разделяют на 3 большие группы:
- Синтетические – получены в результате синтеза различных веществ и нефти. Это самый современный тип продукции. «Синтетика» лучше сохраняет свои свойства при изменении условий – динамики нагрузки, температуры окружающей среды, пр. Поэтому она так популярна сегодня. Но цена данных масел, как правило, самая высокая.
- Полусинтетические – на 30–50% состоят из синтетической основы, на 50–70% из минеральной (очищенной и обработанной нефти). Их рекомендуют заливать в современные двигатели с большим пробегом.
- Минеральные – это ГСМ, полученные путем обработки нефти, не имеющие добавок. Их качество зависит как раз от технологии и качества обработки. Данный вид смазки используется для старых моторов, машин с большим пробегом. Они не стабильны в плане вязкости – изменения температуры очень влияют на показатель. Цена данных продуктов самая низкая, так как их проще производить. Они подходят в том случае, если не планируется использовать транспортное средство в жестких условиях.
Характеристики моторных масел
Сами по себе характеристики – достаточно абстрактные понятия. Типы присадок, уровень вязкости, степень защиты ничего не скажут автолюбителю. Поэтому существуют особые стандарты. Их разрабатывают европейские и американские институты.
На основании обширных исследований организации дают рекомендации по поводу соответствия характеристик ГСМ тем или иным условиям применения. Их классификацией пользуются все именитые производители и делают соответствующие маркировки на этикетках. Этим параметрам можно верить – они отображают реальную информацию, а не являются плодом труда маркетологов.
Кроме типа масла, в зависимости от его состава (синтетическое, полусинтетическое, минеральное), также существуют 4 других важных параметра: допуски производителей, нормы SAE, API, ACEA
Society of Automotive Engineers (SAE)
SAE (Society of Automotive Engineers – «Сообщество автомобильных инженеров»). Организация существует более 100 лет. Сегодня она активно занимается разработкой стандартов нефтепродуктов. Маркировка по SAE расскажет о вязкости масла и изменении этого показателя при изменении температуры. По сути она определяет температурный диапазон применения вещества.
На диаграмме ниже – та же информация, что в таблице, но она визуализирует применимость масла в разные времена года:
Степень вязкости (число после дефиса) подбирается в зависимости от характеристик мотора. Во внимание принимается его срок службы, габариты. К примеру, если машина прошла более половины планового ресурса, лучше покупать более вязкий ГСМ. В небольших моторах все детали находятся в более тесных связях, поэтому слишком вязкое масло может просто не попасть во все зазоры. Конечно, определить «на глаз», какой в машине двигатель, и подобрать соответствующий материал практически невозможно, поэтому существуют допуски производителей.
Допуски производителей
Допуски производителей обозначаются названием марки и числовым кодом, например, Porshe C30, MB-APPROVAL 229.5, WV 504.00, FORD WSS M2C. Каждому коду соответствуют определенные модели производителя. Допуск производителя означает, что он провел собственные испытания вещества и пришел к выводу, что оно подходит к выпускаемым им автомобилям. Каждый мотор индивидуален, и то, что идеально для одного, может принести вред другому.
American Petroleum Institutе (API)
Спецификация API (American Petroleum Institutе – «Американский институт нефти»). Организация создала классификацию моторных масел в зависимости от их применимости к бензиновым и дизельным моторам различных годов выпуска.
Первая буква маркировки означает тип двигателя, к которому применимо масло – S (бензиновые) и C (дизельные). Вторая буква говорит о качестве вещества – институт исследует ГСМ по разным параметрам: защитные свойства, качество очистки компонентов, однородность, степень окисления материалов, количество создаваемых отложений. Чем дальше буква в алфавите, тем более высоким требованиям соответствует продукт и тем выше его цена. Самые качественные по данному стандарту масла – SM и CF. Также существуют универсальные ГСМ, подходящие для дизельных и бензиновых двигателей – они маркируются через черточку, например SH/CB.
Ассоциация европейских производителей автомобилей
Ассоциация европейских производителей автомобилей (фр. Association des Constructeurs Européens d’Automobiles, ACEA) – это сообщество объединяет 15 самых крупных автоконцернов Европы. Среди них BMW Group, Fiat S.p.A., General Motors Europe, Hyundai Motor Europe GmbH, Jaguar Land Rover и др. Стандарт ACEA предлагает классификацию моторных масел, схожую с API, но разделение происходит по эксплуатационным показателям двигателя. Маркировка состоит из одной или нескольких букв и числа. Литера означает принадлежность масла к той или иной категории двигателей:
- A/B – для бензиновых и дизельных моторов
- С – для моторов, совместимых с каталитической системой нейтрализации выхлопных газов;
- E – для дизельных силовых агрегатов, предназначенных для тяжелых режимов работы. Как правило, это строительная и транспортировочная техника.
Где произведено масло?
Многие считают страну производства очень важным параметром и доверяют только определенным регионам. Если говорить об именитых брендах, то не важно, в какой стране расположен завод, выпустивший конкретную бутылку ГСМ, – у них есть жесткие внутренние стандарты, вся работа автоматизирована, и степень влияния человеческого фактора на конечное качество можно приравнять к 0. Все же если вас волнует страна производства, а она не названа на этикетке, можно определить регион по первому числу штрих-кода.
Бренды и их преимущества
Моторные масла, их марки и характеристики различаются у разных производителей. Одни фирмы охватывают весь рынок и способны предложить ГСМ для любой машины, другие имеют более узкий ассортимент. На современном рынке – сотни компаний, выпускающих смазку для моторов.
Вот самые популярные бренды смазок среди российских автолюбителей:
- Zic (Южная Корея) – создает синтетические и полусинтетические масла для разных моторов. Продукция отличается термоокислительной стабильностью, низким уровнем образования золы, устойчивостью к разным температурам. Продукцию бренда выбирают в качестве основной многие автопроизводители, в частности BMW, Renault и Volvo.
- Xado (Голландия) – предлагает синтетические, полусинтетические, минеральные масла по различным ценам (производитель охватывает все стоимостные сегменты). В продукции задействована уникальная технология Atomic Oil, защищающая двигатель от преждевременного износа.
- «ГазПромНефть» – синтетические, полусинтетические и минеральные масла обеспечивают высокую защиту силового агрегата от различных влияний. В ассортименте есть смазки для моторов, работающих в тяжелых условиях.
- Petro Canada предоставляет продукты для дизельных, газовых, бензиновых, двухтактных (мотоциклетных) ДВС. Товар представлен в 3 ценовых категориях, отличается экономичностью расхода, низкой токсичностью.
- G-Energy (Италия) – синтетические и полусинтетические масла, обладающие оптимальной стоимостью.
- Liqui Moly (Германия) – лидер мирового рынка. Компания изначально специализировалась на создании моторных масел, использует присадки собственного производства. На каждом заводе введены уникальные технологии смешивания и контроля качества.
- «Лукойл» – продукция отечественной компании соответствует всем международным требованиям. Она хорошо защищает двигатель, обладает оптимальной стоимостью.
- Shell – британо-голландский концерн на сегодня является лидером в сфере нефтедобычи. Их моторные масла отличаются высоким качеством и надежностью, охватывают все типы техники. Составы для бензиновых ДВС от «Шелл» – единственные, которые признает Ferrari. Компания является официальным спонсором этого автопроизводителя на гонках «Формула-1».
- Castrol (Великобритания) – надежная защита двигателей различных типов. Масла признаны в десятках стран мира. Продукция бренда – не самая дешевая на рынке, но она стоит своих денег и окупается в виде экономии на ремонте двигателя.
- Mobil – одна из самых известных марок в мире. Компания самостоятельно разрабатывает присадки и ежегодно выпускает новые продукты, отличающиеся высоким качеством и надежностью.
Что выбрать?
Каждый бренд предлагает продукцию с уникальными свойствами и гарантирует, что его масло защитит двигатель лучше, чем любое другое, а его цена полностью соответствует качеству. Тем не менее не стоит верить рекламным слоганам – следует доверять фактам. Например, признание того или иного масла крупными автопроизводителями – это весомый аргумент, а утверждение, что ГСМ «сохраняет двигатель лучше, чем остальные вещества», сложно проверить. В любом случае изначально нужно руководствоваться соответствиями тем или иным типам двигателей, спецификациями и характеристиками, а потом уже смотреть на обещания производителя.
Многих интересует вопрос подбора масла к определенной марке и модели. Сегодня существуют базы данных, в которых разная нефтяная продукция связана с конкретными авто. На основе таких данных создаются калькуляторы, позволяющие в течение нескольких минут узнать, какое масло подойдет для того или иного ТС.
MotorOilClub.ru
2. Свойства моторных масел
Важнейшими эксплуатационными свойствами моторных масел являются: вязкостно-температурные (вязкость, индекс вязкости, температура застывания), противоизносные, противоокислительные, диспергирующие (моющие), коррозионные и др.
Вязкостно-температурные свойства. Вязкость и ее зависимость от температуры являются важнейшим показателем качества моторных масел.
От вязкости масла зависит его способность обеспечить жидкостное, гидродинамическое трение в подшипниках, а, следовательно, их нормальную работу. Вязкость масла влияет на изнашивание шеек коленчатого вала и вкладышей подшипников. От вязкости масла зависит количество отводимой от узла трения теплоты. Чем меньше вязкость, тем лучше охлаждается подшипник, так как через него прокачивается больше масла, а следовательно, и больше теплоты отводится вместе с ним из зоны трения.
Выбор оптимальной вязкости масла усложняется тем, что она очень зависит от температуры. Например, при понижении температуры от 100 до 50 °С вязкость может увеличиться в 4—5 раз. При охлаждении моторных масел до 0 С и тем более до отрицательных температур их вязкость увеличивается в сотни и тысячи раз.
За многие годы изучения зависимости вязкости от температуры было предложено много способов построения вязкостно-температурных характеристик и формул, выражающих эту зависимость. Но лишь немногие из них дают удовлетворительную сходимость результатов расчета и практического определения вязкости вискозиметром. Это объясняется в первую очередь тем, что масла представляют собой жидкости, молекулы которых, имея сложное строение, образуют различные структуры, зависящие как от молекулярной массы, так и от группового химического состава масла.
Для описания зависимости вязкости моторных масел от температуры практически используют уравнения Вальтера и советского химмотолога Рамайя.
Формула Вальтера в экспоненциальной форме имеет вид
,
где - кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре t ,°С; Т - абсолютная температура; а - коэффициент, зависящий от индивидуальных свойств жидкости.
Для современных масел лучшие совпадения с опытными данными получаются при а = 0,6.
Формула Рамайя имеет вид
,
где - динамическая вязкость масла;Т - абсолютная температура;
А и В — коэффициенты, постоянные для данного масла.
Формула позволяет представить вязкостно-температурную характеристику масла в координатах аргумент 1/Т — функция .
Практическое применение обеих формул показало удовлетворительное совпадение результатов расчета с опытными данными. Несколько большую точность дает формула Рамайя. Принципиальным недостатком этих уравнений является их эмпирический характер, не вскрывающий сущности физических явлений, происходящих в маслах при изменении их температуры.
На основе уравнений Вальтера и Рамайя построены и напечатаны специальные координатные сетки, на которых можно быстро построить вязкостно-температурные кривые различных моторных масел.
Практически зависимость кинематической вязкости от температуры можно изображать в трех системах координат. В диапазоне температур 50-100 °С проще всего вязкостно-температурную характеристику строить в координатах t и (рис. 1). При более широком диапазоне температур, например, от температуры застывания масла до 100 °С, рекомендуется применять сетку координат Рамайя (рис. 2).
| Рис. 1. Вязкостно-температурная характеристика масла в координатах «вязкость - температура» | |
| Рис. 2. Вязкостно-температурная характеристика масла в координатах Рамайя |
Очень важной является задача количественной оценки крутизны вязкостно-температурной кривой. Предложено несколько таких оценочных параметров.
1. Отношение кинематических вязкостей vso и v100. Этот простой и надежный параметр характеризует крутизну вязкостно-температурной кривой в относительно узком диапазоне температур прогретого масла, но не позволяет оценить ее в наиболее важной области низких температур, оказывающих решающее влияние на пусковые характеристики двигателя. Для моторных масел, применяемых летом или в условиях жаркого климата, v50/v100 < 6; для масел, предназначенных к применению зимой и особенно в северных районах, v50/v100 < 4.
2. Температурный коэффициент вязкости (ТКВ) при температурах от 0 до 100 °С
ТКВ0 -100 = (v0 — v100)/v50.
При оценке крутизны вязкостно-температурной кривой в условиях низких температур ТКВ дает более четкую картину, чем отношение v50/v100. Для зимних масел ТКВ0-100 <: 22, для всесезонных < 25, для летних < 35—40.
3. Индекс вязкости (ИВ). В современных отечественных и зарубежных стандартах для оценки крутизны вязкостно-температурной кривой применяют показатель ИВ, основанный на сравнении масла с двумя эталонами.
Один из этих эталонов характеризуется крутой вязкостно-температурной кривой, а другой — пологой. Эталону:
- с крутой кривой присвоен индекс вязкости, равный 0,
- а эталону с пологой кривой — 100.
Чем выше ИВ масла, тем более пологая вязкостно-температурная кривая и тем лучше масло для зимней эксплуатации.
На рис. 3 приведен график, поясняющий принцип определения вязкостно-температурных свойств масел с помощью ИВ. На графике изображены вязкостно-температурные характеристики трех масел: двух эталонных (верхняя и нижняя кривые) и одного исследуемого (средняя кривая).
| Рис. 3. Оценка вязкостно-температурной характеристики масла по ИВ: 1 – эталонное масло с ИВ=0; 2 – то же с ИВ=100; 3 – исследуемое масло |
Практически ИВ вычисляют по формуле (ГОСТ 25371—82)
ИВ = (v — v1)/(v - v2), или ИВ = (v — v1)/v3,
где v — кинематическая вязкость масла при 40 °С с ИВ = 0 и имеющим при 100 °С такую же кинематическую вязкость, как испытуемое масло, мм2/с; v1 — кинематическая вязкость испытуемого масла при 40 °С, мм2/с; v2 — кинематическая вязкость масла при 40 °С с ИВ = 100 и имеющим при 100 °С такую же кинематическую вязкость, как испытуемое масло, мм2/с; v3 = v—v2.
Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении ее слоев под действием внешней силы. Это свойство является следствием трения, возникающего между молекулами жидкости. Различают динамическую и кинематическую вязкость.
Вязкость существенно меняется с изменением температуры. С понижением температуры взаимодействие между молекулами усиливается, и вязкость масла увеличивается. Так, например, при изменении температуры на 100 °С вязкость масла может изменяться в 250 раз. Учитывая линейный характер зависимости, можно по номограмме определить вязкость масла при любой температуре.
С повышением давления вязкость масла возрастает. Величины давления в масляной пленке, заключенной между трущимися поверхностями, могут быть значительно выше, чем сами нагрузки на эти поверхности. В масляной пленке коренного подшипника коленчатого вала двигателя величина давления достигает 500 МПа.
С повышением давления вязкость более жидких масел (с пологой вязкостно-температурной характеристикой) возрастает в меньшей степени, чем более вязких масел (с более крутой вязкостно-температурной характеристикой).
При давлении (1,5-2,0)103 МПа минеральное масло затвердевает. Вводимые присадки в базовое масло способствуют сохранению несущей способности масляного слоя при увеличении нагрузки.
Вязкость является основным параметром при подборе масла, поэтому она всегда указана в маркировке масла. Для маркировки вязкость определяют при тех температурах, при которых работают узлы трения. Моторные масла для двигателей внутреннего сгорания маркируют по кинематической вязкости мм2/с (Сст) при температуре 100 °С, которая принята в качестве средней температуры масла в двигателе (картер, система смазки).
Для получения масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами в качестве базовых используют маловязкие масла, имеющие вязкость менее 5 мм2/с при температуре +100 °С, и добавляют в них вязкостные присадки (загустители). В качестве присадок применяют такие полимерные соединения, как полиизобутилен, полиметакрилаты, полиалкилстиролы и др.
С понижением температуры объем макромолекул полимера уменьшается (молекулы «свертываются» в клубки). При повышении температуры клубки макромолекул «разворачиваются» в длинные разветвленные цепи, присоединяя молекулы базового масла, объем их становится больше, и вязкость масла возрастает.
Загущенные присадками масла обладают необходимым уровнем вязкости при положительных температурах 50-100 °С, пологой кривой изменения вязкости (рис. 4) и, следовательно, высоким индексом вязкости, равным 115-140. Такие масла получили название всесезонных, так как имеют одновременно свойства одного из зимних классов и одного из летних.
Рис. 4. Влияние вязкостной присадки на вязкость масла
при различных температурах:
www.StudFiles.ru
2. Основные свойства масел.
Вязкость — один из важнейших показателей, характеризующих пригодность масла для применения в двигателе. Определенная вязкость необходима для образования оптимального смазочного слоя между трущимися поверхностями с целью предотвращения их непосредственного контакта. Наиболее полно этим требованиям будут удовлетворять масла с большей вязкостью. Но увеличение вязкости масла ведет к повышению непроизводительных потерь мощности двигателя на трение, снижению к. п. д. 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 из картера к коренным и шатунным подшипникам в период пуска и прогрева двигателя.
На рисунке 25 показана зависимость изменения момента сопротивления вращения и частоты вращения коленчатого вала двигателя ГАЗ-51 от динамической вязкости моторного масла. Большое значение для обеспечения нормальной работы двигателя имеет характер изменения вязкости масла с изменением температуры. Желательно, чтобы при высоких температурах эксплуатации двигателей масло имело высокую вязкость для создания жидкостного трения, а при температурах пуска - низкую для уменьшения крутящего момента при прокручивании коленчатого вала и обеспечения хорошей прокачиваемости масла в системе смазывания.
Степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры является его важнейшей эксплуатационной характеристикой.
Вязкостно-температурные свойства масел оценивают индексом вязкости. Чем выше индекс вязкости масла, тем положе кривая изменения его вязкости в зависимости от температуры, а значит, выше его качество. При высоких температурах такое масло надежно смазывает трущиеся детали, а при низких обеспечивает легкий пуск двигателя и хорошо прокачивается.
Индекс вязкости (ИБ) представляет собой относительную величину, которая показывает степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры по сравнению с эталонными маслами.
Рисунок 25. Зависимость момента сопротивления вращения М и частоты вращения п коленчатого вала двигателя ГАЗ-51 от динамической вязкости моторного масла η.
В качестве эталонов выбраны две серии масел различной вязкости. Масла первой серии незначительно изменяют свою вязкость при изменении температуры, т. е. обладают пологой вязкостно-температурной кривой. Индекс вязкости этих масел принят за 100 ед. Вторая серия характеризуется весьма крутой вязкостно-температурной кривой. Их индекс принят за 0 ед.
Чтобы определить индекс вязкости, следует знать вязкость испытуемого масла при температурах 98,9 и 37,8°С. Затем из первой и второй серий подбирают масла, которые обладают той же вязкостью, что н испытуемое. Если вязкостно-температурные свойства испытуемого масла совпадают со свойствами масла из первой серии, индекс вязкости испытуемого масла будет равен 100, если со свойствами масла второй серии — 0.
Для случая промежуточного положения вязкостно-температурных свойств индекс вязкости испытуемого масла определяют по формуле
(39)
где Z, v и N — вязкости соответственно низкосортного эталонного, испытуемого, высокосортного эталонного масел при 37,8 °С, с Сейболта.
В основу вычислений ИВ положены условные единицы вязкости (универсальные секунды Сейболта). Так как их определение затруднительно, проще пользоваться номограммой (рис. 26). Для этого необходимо знать кинематическую вязкость испытуемого масла при 50 и 100 °С. По точке пересечения значений этих вязкостей с одной из линий индекса вязкости определяют ИВ для испытуемого масла.
На вязкость влияет давление: вязкость всех смазочных масел с повышением давления увеличивается (табл. 12). Для каждого масла эта зависимость имеет свои закономерности, определяющиеся в основном углеводородным составом. Увеличение вязкости объясняется сближением молекул масла и возрастанием в связи с этим внутреннего взаимодействия между ними.
Склонность смазочных масел к образованию на деталях лаков и нагаров — важнейший показатель эксплуатационных свойств масла, ибо образование отложений является серьезным препятствием для нормальной эксплуатации. Этот показатель определяют по термоокислительной стабильности масла, его моторной испаряемости и моющим свойствам.
Таблица 12. Зависимость вязкости масла от давления
Давление, МПа | Рост вязкости, % | Давление, МПа | Рост вязкости, % |
7 | 20…25 | 100 | В 5 раз |
15 | 35…40 | 200 | В 20 раз |
20 | 50…60 | 300 | В 60 раз |
50 | 300 | 350 | В 120 раз |
Отложения, образующиеся на высоконагретых деталях двигателя, подразделяются на нагары, лаки и осадки..
Нагарами называются углистые отложения, которые образуются на стенках камеры сгорания, днищах поршней, клапанах, форсунках и свечах, т. е. деталях, подвергающихся воздействию высоких температур.
Лаки, или лаковые отложения, представляют собой тонкие и прочные пленки, образующиеся на поршневых кольцах, канавках и юбках поршней, шатунах и других деталях.
Осадки, пли шламы,— это мазеобразные сгустки, отлагающиеся на поверхностях деталей в картере двигателя, на маслофильтрах, маслопроводах и др.
Образование отложений отрицательно влияет на работу двигателя: лаки и нагары ухудшают тепловой режим, шламы забивают фильтры, маслопроводы и тем самым нарушают подачу масла к деталям.
Нагарообразование в двигателе зависит также от качества топлива и характера его сгорания, наличия в масле и топливе механических примесей, продуктов износа, пыли, попадающей с воздухом, и т.д. Процесс нагарообразования заключается в том, что образующиеся в результате окисления и окислительной полимеризации смолисто-асфальтовые вещества, являясь связующей средой, удерживают на поверхностях деталей продукты неполного сгорания топлива, механические и другие примеси. Затем под воздействием высокой температуры процесса сгорания рабочей смеси эти продукты закоксовываются и частично сгорают. Толщина образующегося слоя нагара со временем работы двигателя увеличивается, что приводит к повышению температуры из-за ухудшения теплоотвода. В этих условиях часть нагара начинает выгорать. При достижении определенной толщины слоя нагара устанавливается фаза равновесного состояния, при которой скорости образования и сгорания нагара равны. Толщина слоя нагара на деталях при этом может быть различной и зависеть от режима работы двигателя. При режиме его полной нагрузки, когда достигается высокая температура деталей, слой нагара будет меньше, чем при малонагруженном режиме с низкой температурой деталей.
Таким образом, если во время фазы образования нагара до его равновесного состояния играют роль различные факторы (полнота сгорания топлива, качество масла и топлива, их загрязненность и т. д.), то при фазе равновесного состояния основным фактором является режим работы двигателя, обусловливающий его тепловое состояние. От качества масла зависит лишь структура нагара.
На лакообразование в зоне поршневых колец и поршне в карбюраторных двигателях влияет качество топлива и смазочного масла, в дизелях — преимущественно качество моторного масла. При этом лаковые пленки образуются тем интенсивнее, чем более склонно масло к окислению и окислительной полимеризации. Прочность лаковых пленок зависит от образования оксикислот и смолисто-асфальтовых веществ.
Образование лаковых пленок на поверхностях деталей складывается из следующих этапов: окисления тонкого слоя масла на поверхности высоконагретой детали; коагуляции на поверхности детали из масла твердых продуктов окисления и сгорания топлива; конденсации продуктов окисления топлива и масла из продуктов сгорания, проникающих из камеры сгорания.
При образовании в масле шлама большую роль играют металлические соли органических кислот, получающиеся в результате взаимодействия последних с антифрикционными сплавами. Помимо этих солей, легко выпадающих в осадок, в шламе содержатся оксикислоты, смолисто-асфальтовые вещества, карбены и карбоиды, которые образуются в масле или попадают в него с деталей цилиндропоршневой группы. Образование шлама увеличивается при наличии в картере двигателя паров воды, а также при пониженных температурах охлаждающей воды и окружающего воздуха.
Для уменьшения отрицательного воздействия нагара, лака и шлама к маслам добавляют моюще-диспергирующие и антиокислительные присадки. Эксплуатационные свойства таких масел оценивают по загрязненности деталей цилиндропоршневой группы.
При исследовании процесса нагарообразования на деталях двигателя установлено, что причиной этого являются окисление и термическое разложение углеводородов топлива и масла в зонах высоких температур двигателя. Одни исследователи считают, что масло играет решающую роль в образовании нагара, другие рассматривают масло только как связующий материал для сажи, получающейся во время сгорания топлива, пыли и других инородных веществ.
Исследования с помощью электронного микроскопа показали, что в процессе окисления образуются высокомолекулярные нерастворимые продукты, т. е. возникает твердая фаза, размер частиц в которой сначала не превышает одного микрона. В дальнейшем под влиянием различных факторов (температуры, кислорода) эти частицы уплотняются в более крупные мицеллы, которые могут выпадать из системы и образовывать различные отложения.
Разработана также теория, согласно которой в камере сгорания существует «пограничная зона низкой температуры»; от ее размера зависит количество нагара, откладывающегося на поверхности детали.
Многими исследователями отмечено большое влияние содержания серы в топливе, как на процесс окисления масла, так и на характер образующегося нагара. Увеличение содержания серы в топливе влияет не только на количество образования, но изменяет свойства нагароотложений, делая их более плотными и трудноудаляемыми. Нагар в камере сгорания адсорбирует серу, что делает его твердым, а это способствует повышению износа.
Термоокислительная стабильность масел, как показатель его антиокислительных свойств, характеризуется временем, в течение которого тонкий слой масла превращается в лаковую пленку. Чем больше значение этого показателя, тем меньше склонность масла к лакообразованию и меньше пригорание поршневых колец.
Термоокислительную стабильность масла определяют по методу с кольцами и на испарителях.
В первом случае используют прибор-лакообразователь, состоящий из стального диска 2 (рис. 27), на который помещаются четыре металлических кольца с дужками 3. Стальной диск нагревается электронагревателем 1. Температура контролируется с помощью термометра 4. Ручкой 5 открывают лакообразователь при перестановке стального диска.
В приборе устанавливают температуру 250 °С, затем в каждое кольцо заливают пипеткой по 0,05 г испытуемого масла и фиксируют время. Кольца выдерживают до момента превращения масла в темную лаковую пленку. Время определяют секундомером. После этого диск с кольцами вынимают и охлаждают при комнатной температуре в течение 1 ч. Затем с помощью рычажного динамометра отрывают кольцо от диска, измеряя затрачиваемое усилие. Среднее значение этого усилия вычисляют по четырем определениям.
Время (мин), в течение которого масло при 250 °С превращается в эластичную лаковую пленку, удерживающую металлическое кольцо при его отрыве с силой в 10 Н, принимают за количественное выражение термоокислительной стабильности испытуемого масла.
Во втором случае также устанавливают время (мин), в течение которого испытуемое масло при заданной температуре превращается в лаковый остаток, состоящий из 50 % рабочей фракции и 50 % лака.
По этому методу берут четыре испарительных стальных тарелочки (Ø 22X1X1 мм) и помещают в каждую по 0,035...0,04 г испытуемого масла. Тарелочки ставят в прибор-лакообразователь при заданной температуре и фиксируют время. Когда масло в тарелочках окислилось (что видно по цвету масляной пленки), снимают с диска одну тарелочку, а остальные поочередно с интервалом 5...10 мин. Тарелочки после охлаждения взвешивают, петролейным эфиром экстрагируют из остатка масла рабочую фракцию. Затем тарелочки вновь взвешивают. Таким образом определяют количественное содержание рабочей фракции и лака.
Содержание рабочей фракции и лакав масле при температуре Т и установленном времени выдержки испарителя t, %, подсчитывают по формулам
; (40)
,
где А - масса тарелочки с остатком после нагревания, г; Б - масса тарелочки с лаком после экстрагирования рабочей фракции, г; М - масса испытуемого масла, г; В - месса пустой тарелочки, г.
Рисунок 26. Номограмма для определения индекса вязкости масла.
Рисунок 27. Лакообразователь для определения термоокислительной стабильности масла:
1 — нагреватель; 2 — стальной диск; 3 — дужки кольца; 4 — термометр; 6 — ручка.
На основании полученных данных строят графическую зависимость и от времени выдержки испарительных тарелочек в лакообразователе (рис. 28). Для этого по оси ординат в одинаковом масштабе откладывают величины и (%), по оси абсцисс - время (мин) выдержки испарительных тарелочек в лакообразователе. Точка пересечения кривых будет соответствовать образованию лакового остатка, состоящего из 50 % рабочей фракции и 50 % лака, а ее проекция на ось абсцисс даст показатель термоокислительной стабильности испытуемого масла (мин).
Моющие свойства масел с присадками определяют по интенсивности лакообразования на поверхности поршня в лабораторной установке ПЗВ согласно ГОСТ 5726—53. Сущность испытания масла заключается в следующем. В картер установки (рис. 29) заливают 250 мл испытуемого масла 1. Температура в головке цилиндров 300 °С, в середине цилиндров 225, в картере 125 °С. Поступающий в цилиндр установки воздух нагревается до (220±20)°С. Частота вращения коленчатого вала составляет (2500±50) мин-1. Привод вала от электродвигателя 2. Продолжительность испытания 2 ч.
После испытания установку разбирают. Загрязненность поршня 4 лаковыми отложениями сравнивают с эталонами и по шестибалльной системе оценивают моющие свойства испытуемого масла в баллах. Моющие свойства масла при совершенно чистом поршне (без лаковых отложений) оценивают в 0 баллов, при боковой поверхности поршня, целиком покрытой лаком черного цвета,— в 6 баллов.
Установку ПЗВ используют также для нахождения окисляемости масел и оценки деструкции вязкостных присадок.
Антиокислительные свойства масел определяют также в процессе испытаний на установке ИКМ (одноцилиндровый бензиновый двигатель с воздушным охлаждением).
Моющие свойства моторных масел групп Б, Б2, В, В2, Г, Г2 при классификационных испытаниях определяют на установке УИМ-6-НАТИ по ГОСТ 21490—76.
Двигатель установки является прототипом одноцилиндрового отсека тракторного дизеля Д-75 с универсальным картером. Основные сборочные единицы и детали дизеля — поршневая группа, гильза цилиндра, шатун в сборе, клапанный механизм и др.— серийные.
Масла групп Б, Б2, В и В2 испытывают в течение 120 ч при установленном режиме работы двигателя. Для масел групп Г и Г2 включают наддув, ужесточающий работу двигателя.
Рисунок 28. Определение Рисунок 29. Установка ПЗВ:
термоокислительной 1-испытуемое масло; 2-электродвигатель;
стабильности масел по 3 — электронагревательные элементы
пересечению кривых. 4 —поршень.
Соответствие масел группам, предлагаемым ГОСТ 17479—72, устанавливают по результатам сравнения испытуемого и контрольного масел. Масло относится к группе, предусмотренной классификацией, если его моющие свойства, определяемые по суммарной загрязненности поршня нагаро- и лакоотложениями и подвижности поршневых колец в баллах, не превышают моющих свойств в баллах контрольного масла более чем на 20 % при одинаковых циклах испытаний.
Коррозия деталей отрицательно сказывается на работе двигателя; она приводит к снижению его надежности и долговечности, иногда к аварийному состоянию. При коррозии последовательно протекают следующие процессы: появления на рабочей поверхности шероховатых точек и пятен; концентрация коррозионных точек в области появившихся пятен; образование в местах концентрации коррозионных точек небольших раковин, уходящих в глубь материала; появление трещин, соединяющих образовавшиеся раковины; выкрашивание материала по образовавшимся трещинам между раковинами.
Показатель кислотности масла прямым образом не может характеризовать его коррозионные свойства, поэтому для оценки этих свойств определяют действительную коррозионность на специальных приборах, имитирующих условия работы масла в двигателе и процесс коррозии.
Определение коррозионности по методу Пинкевича. Суть метода заключается в определении потери массы металлической пластинки (из свинца или свинцовистой бронзы) при периодическом воздействии на нее нагретого масла и кислорода воздуха.
Стандартные металлические пластинки 4 (рис. 30) размером 60X20X2,5 мм взвешивают на аналитических весах с точностью 0,0002 г. Для каждого испытуемого масла необходимо две пластинки. В стеклянные пробирки 2 заливают по 80±1,2 г испытуемого масла, устанавливают в них пластинки и опускают в ванну 1, нагретую до 140±2°С. Одновременно устанавливают восемь пробирок для четырех образцов испытуемого масла. Все пластинки с помощью стальных проволок 5 связаны с кривошипным механизмом 6 прибора, который позволяет периодически поднимать и опускать пластинки. В течение 1 мин они 15 раз погружаются в масло. Испытания ведут в течение 50 ч.
Рисунок 30. Прибор Пинкевича для определения коррозионности масел:
1- масляная ванна; 2 - пробирка; 3 - испытуемое масло; 4 - пластинка; 5 - проволока; 6 - кривошипный механизм.
После испытания пластинки вынимают из пробирок, тщательно промывают, высушивают и взвешивают.
Коррозионность К, г/м2, испытуемого образца подсчитывают по формуле
(41)
где q — масса взятой новой пластинки для испытания, г; q1 — масса пластинки после 50 ч испытания, г; F — площадь поверхности пластинки, м2.
Чем больше потеря массы пластинки, тем выше коррозионность масла.
Определение коррозионности масла по методу НАМИ. Здесь различают потенциальную и действительную коррозионность.
Определение потенциальной коррозионности масла заключается в нахождении потери массы свинцовой пластинки, на которую в течение 10 ч периодически воздействуют масло и воздух (ГОСТ 13517—68).
Перед опытом свинцовую пластинку взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем ее устанавливают на стеклянном штыре (рис. 31) и помещают в стеклянную колбу 5 с испытуемым маслом в количестве 36,5 г. Колбы закрепляют в кассете 2 и вместе с ней опускают в масляную баню 1, имеющую температуру 140±1°С. Кассета вместе с колбами вращается в бане с частотой 30 мин-1, и свинцовая пластинка периодически омывается маслом и воздухом.
Коррозионность образца масла, г/м2, вычисляют по формуле (41).
Действительную коррозионность масла определяют аналогично. Разница заключается лишь в том, что исследование проводят не в открытых, а в плотно закрытых колбах без доступа воздуха извне. Опыт длится 30 мин, что исключает возможность интенсивного окисления образца масла во время испытаний.
В усовершенствованном варианте метода НАМИ температура масла при испытании повышена до 160°С. При этом определяют время до получения стабильной скорости коррозии. В качестве оценочных показателей принят индукционный период коррозии (ИПК - время, ч, до момента, когда потеря массы свинцовой пластинки достигает 5 г/м2) и скорость коррозии после ИПК [г/(м2·г)].
Рисунок 31. Прибор НАМИ для определения потенциальной и действительной коррозионности масел:
1 —масляная баня; 2 — кассета; 3 — масло; 4 — пластинка; 5 — стеклянная колба; 6 — штырь.
Кроме того, антикоррозионные свойства масел оценивают на полноразмерном дизеле ЯАЗ-204. Масло считается выдержавшим испытание, если через 125 ч потеря массы шатунных вкладышей не превышает 0,2 г, а на их поверхности отсутствуют видимая коррозия и механические повреждения.
Противоизносные свойства масла характеризуют его способность предотвращать или уменьшать износы сопряженных трущихся деталей. Основными показателями масла, обусловливающими эти свойства, являются вязкость и смазывающая способность, т.е. маслянистость. Масла с одинаковой вязкостью и разным химическим составом обладают различными противоизносными свойствами. Важную роль в повышении смазывающей способности играют полярно-активные вещества, обладающие высокими адсорбирующими свойствами. В условиях граничного трения прочность масляной пленки зависит не от вязкости применяемого масла, а от наличия в нем полярно-активных молекул.
Для оценки противоизносных и противозадирных свойств масел применяют различные машины трения. В машинах СМЦ-2; ХЩ-4; СМТ-1; УМТ-1 основной узел трения состоит из стальных кольца и блока, которыми создается давление, соответствующее каждому образцу масла. После определенного времени испытаний оценивают потерю массы этих деталей.
Чаще используют четырехшариковую машину трения МАСТ-1 (рис. 32). При испытании образца масла в этом приборе оценочными показателями служат: коэффициент трения; износ трущихся стальных шариков и нагрузка (сила), при которой шарики заклиниваются, т. е. разрушается масляная пленка.
На шарик 1, закрепленный в шпинделе, который вращается со скоростью 1500 мин -1, в течение 1 мин действует вертикальная ступенчато возрастающая нагрузка. Износ оценивают по среднему диаметру появившегося на нижних шариках 2 пятна. Диаметр определяют с помощью специального оптического микроскопа. Чем выше его значение для данного образца, тем ниже противоизносные свойства масла.
На противоизносные свойства смазочного масла большое влияние оказывает наличие в нем механических примесей, особенно абразивных. Поэтому при эксплуатации двигателей следует исключать возможность попадания в смазочное масло дорожной пыли в результате подсоса воздуха из-за негерметичного крепления воздухоочистителя, случайного попадания абразивов (кварца) в смазочное масло при его хранении, заправке и техническом обслуживании техники.
Рисунок 32. Четырехшариковая машина трения:
1 — верхний шарик; 2 — нижний шарик; 3 — масло.
В соответствии с требованиями ТУ и ГОСТ на смазочные масла механические примеси в них должны полностью отсутствовать.
Нормируемый в ГОСТ показатель зольности характеризует чистоту масла при отсутствии в нем присадки; с присадкой - содержание солей металлов во введенной в масло присадке.
Рассмотренные выше основные физико-химические и эксплуатационные показатели качества смазочного масла позволяют достаточно полно судить о свойствах „ масла и возможности рекомендации для того или иного типа двигателя. Кроме того, по изменению целого ряда показателей масла в двигателе в действительных условиях эксплуатации можно следить за его поведением, определять глубину старения, оценивать работу маслофильтрующих элементов, устанавливать рациональные сроки замены масла и т.д.
www.StudFiles.ru