Смазочные материалы

Моторные масла

Моторными маслами называются смесь углеводородов, имеющих температуру кипения свыше 350 °С. Основная функция, которую выполняют моторные масла — снижение трения и износа трущихся деталей ДВС за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки. Все моторные масла содержат смолы, и чем масло светлее, тем оно высококачественнее и тем лучше оно очищено от смол.

Основная функция моторного масла — снижение трения и износа трущихся поверхностей деталей двигателя за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки.

Одновременно моторные масла должны обеспечивать:

  • - уплотнение зазоров в сопряжениях работающего двигателя и, в первую очередь, деталей цилиндропоршневой группы;
  • - эффективный отвод тепла от трущихся поверхностей деталей, удаление из зон трения продуктов износа и других посторонних веществ;
  • - надежную защиту рабочих поверхностей деталей двигателя от коррозионного воздействия продуктов окисления масла и сгорания топлива;
  • - предотвращение образования всех видов отложений (нагары, лаки, зольные отложения, шламы) на деталях двигателя при его работе на различных режимах;
  • - высокую стабильность при окислении, механическом воздействии и обводнении, т.е. сохранение первоначальных свойств, как в многообразных условиях применения, так и при длительном хранении;
  • - малый расход масла при работе двигателя;
  • - большой срок службы масла до замены без ущерба для надежной работы двигателя.

Для выполнения этих функций моторные масла должны удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям:

  • - обладать оптимальными вязкостными свойствами, обеспечивающими надежную и экономичную работу двигателей на всех эксплуатационных режимах;
  • - иметь хорошую смазывающую способность для предотвращения интенсивного изнашивания трущихся поверхностей деталей;
  • - обладать достаточной химической стойкостью, обеспечивающей минимальное изменение свойств смазочного материала в процессе применения, а также небольшое образование коррозионно-активных продуктов и вредных отложений, что позволяет увеличить продолжительность работы смазочных материалов при минимальном коррозионно-механическом изнашивании сопряжений двигателя;
  • - обладать устойчивостью к испарению, вспениванию и образованию эмульсий, а также к выпадению присадок;
  • -надежно защищать трущиеся поверхности и другие металлические детали от атмосферной коррозии.

Кроме того, современные моторные масла должны обеспечивать:

  • - высокие моющие, диспергирующе-стабилизирующие способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивать чистоту деталей двигателя;
  • - высокую термическую и термоокислительную стабильность, позволяющую использовать масла для охлаждения поршней, повышать предельный нагрев масла в картере, увеличивать срок замены;
  • - достаточно высокие противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной пленки, нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении и нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении масла и из продуктов сгорания топлива;
  • - отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя, как в процессе работы, так и при длительных перерывах;
  • - стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств;
  • - пологую вязкостно-температурную характеристику, обеспечивать холодный пуск, прокачиваемость при холодном пуске и надежное смазывание в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды;
  • - совместимость с материалами уплотнений, совместимость с катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;
  • - высокую стабильность при транспортировании и хранении в регламентированных условиях;
  • - малую вспениваемость при высокой и низкой температурах;
  • - малую летучесть, низкий расход на угар (экологичность);
  • - энергосберегающие масла должны обладать хорошей антифрикционностью и благоприятными реологическими свойствами.

Основные свойства моторных масел:

  • 1) вязкость, (измеряется в сантистоксах вискозиметром) от которой зависит режим смазки (важнейшее свойство масел) пар трения, отвод тепла от рабочих поверхностей и уплотнение зазоров и пр. Вязкость масла для ДВС влияет на надежность прокачивания масла по системе смазки, на легкость и быстроту пуска ДВС, уплотнение поршневых колец в цилиндре, на степень очистки масла в фильтрах. Вязкость при температуре 100 °С включается в маркировку всех моторных и некоторых трансмиссионных масел. Масла с чрезмерно низкой вязкостью легко выдавливаются из зазоров между деталями (ведет к повышенному износу механизмов и увеличению расхода масла). При высокой вязкости затрудняется подача масла в зазоры и сильно возрастает расход энергии на относительное перемещение смазанных или погруженных в масляную ванну деталей. Вязкость масла должна минимально изменяться как при пониженной, так и при повышенной температурах. Вязкость моторных масел находится в пределах 6-16 сСт (мм2/с);
  • 2) индекс вязкости (ИВ) характеризует вязкостно-температурные свойства моторных масел, от которых зависят легкость пуска ДВС и износ его деталей при низких температурах.

Это условный показатель, характеризующий степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры. Чем выше ИВ, тем лучше вязкостно-температурные свойства масел, тем качественнее масло, для автомобильных масел он должен быть не менее 90.

Практически ИВ вычисляют по формуле (3.1), (ГОСТ 25371-82):

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;

V — кинематическая вязкость испытуемого масла при 40 °С, мм2/с;

У2— 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—V .

Номограмма для определения индекса вязкости

Рис. 3.1. Номограмма для определения индекса вязкости

Высокий индекс вязкости указывает на сравнительно незначительное изменение вязкости от температуры. Малый индекс вязкости масла указывает на резкое увеличение вязкости при понижении его температуры. Резкое возрастание вязкости при понижении температуры, например, при пуске двигателя и его прогреве после пуска, увеличивает силы трения в двигателе, что ухудшает его пусковые качества и увеличивает расход топлива (рис. 3.1).

Прибор для определения кинематической вязкости масла

Рис. 3.2. Прибор для определения кинематической вязкости масла:

  • 1 — термометр; 2 — мешалка; 3 — вискозиметр; 4 — электроплитка;
  • 5 — капилляр; б —- термостат; 7 — водяная баня; 8 — отводная трубка

Загущенные моторные масла имеют достаточный уровень вязкости при рабочих температурах и низкую вязкость при отрицательных температурах пуска. Индекс вязкости загущенных моторных масел находится в пределах 115-140 против 80— 90 у незагущенных. Кроме того, при высоких скоростях сдвига загущенные масла способны снижать вязкость, приближаясь к уровню нефтяной основы (рис. 3.2, 3.3). Это благоприятно влияет на экономические показатели двигателя автомобиля.

Повышение экономических характеристик двигателя достигается облегчённым пуском, быстрым прогревом, снижением механических потерь и повышением мощности до 7 %.

Для описания зависимости вязкости моторных масел от температуры практически используют уравнения Вальтера и советского химмотолога Рамайя.

Вязкостно-температурные характеристики моторных масел

Рис. 3.3. Вязкостно-температурные характеристики моторных масел:

1 — М-10Г2; 2 — М-8В; 3 — М-8ДМ; 4 — М-8з; 5 — М-6Г2; б — М-43/8В2

Формула Вальтера в экспоненциальной форме имеет вид (3.2):

где: V — кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре t °С; Т — абсолютная температура;

а — коэффициент, зависящий от индивидуальных свойств жидкости.

Формула Рамайя имеет вид (3.3):

где: Lg — логарифм;

р — динамическая вязкость масла;

Т — абсолютная температура;

Л и В — коэффициенты, постоянные для данного масла;

  • 3) присадки к маслам:
    • - депрессаторные — для снижения уровня температуры застывания масла;
  • -антифрикционные — для снижения или стабилизации коэффициента трения соприкасающихся поверхностей;
  • - моющие (зольные и беззольные, вводят в базовые масла до 10 %) — для удержания продуктов окисления масла во взвешенном состоянии; моющие присадки препятствуют прилипанию продуктов окисления масла к поверхности нагретых деталей, снижают образование лаковых отложений на поршне ДВС в 3~б раз. Моющие свойства масел оценивают в баллах от 0 до 6 (максимальное лаковое отложение) по методу ПЗВ;
  • -противокоррозионные — для снижения коррозии подшипников, деталей ЦПГ, особенно при работе ДВС на топливе с повышенным содержанием серы;
  • - антиокислительные — вводятся в масла для предотвращения образования лаковых отложений на наружных и внутренних стенках поршней, головках шатунов, стержнях клапанов; повышают устойчивость масел против окисления; для замедления процесса образования перекисей и кислот;
  • - противопенные — для торможения пенообразования масла, так как в процессе работы масла способны сильно вспениваться;
  • - противоизносные — хорошо адсорбируются на деталях ДВС, образуя на них тонкую прочную масляную пленку;
  • - многофункциональные присадки — одновременно улучшают несколько свойств моторных масел, например, присадка МНИ-ИП-22к (антиокислительная, антикоррозионная, моющая).

В дизельных маслах отсутствует ряд присадок, необходимых для работы двигателей, работающих на бензине, например, сук- ципимидов, препятствующих образованию низкотемпературных отложений. В то же время концентрация моющих присадок в дизельных маслах, а, следовательно, их зольность, существенно выше, чем в бензиновых. Этим объясняются ограничения на применение дизельных масел в бензиновых двигателях;

4) кислотное число (КЧ) масла определяют по количеству миллиграмм щелочи (КОН), необходимой для нейтрализации кислот, содержащихся в 1 г масла. КЧ масла без присадок лежит в пределах от 0,02 до 0,2,ав маслах с присадками — до 3 мг КОН на 1 г масла.

О коррозионности масла судят по КЧ, чем оно ниже, тем выше коррозионная активность масла. Кислотное число свежего масла не превышает 0,4 мг КОН на 1 г масла, что связано с неполным удалением органических кислот в процессе очистки;

  • 5) температура застывания — температура, при которой масло теряет текучесть. Нижний температурный предел применения масла на 8-12 °С выше температуры застывания. При понижении температуры масло застывает, теряет подвижность и текучесть (прокачиваемость) вследствие увеличения вязкости, не участвует в смазке деталей;
  • 6) щелочное число (ЩЧ) — (2-10 мг КОН на 1 г масла) определяется косвенным методом и характеризует содержание присадок в масле. Показатель масла PH — количество отрицательно заряженных нейронов (PH = 4 у работающего масла — кислая среда, PH = 6 — нейтральная среда, PH = 8-12 — у неработающего масла — щелочная среда, PH =1 — присадки отсутствуют, т. е. масло полностью отработало свой срок). Щелочной запас масла служит для нейтрализации продуктов неполного сгорания топлива и предотвращения их коррозионного воздействия на детали ДВС. Скорость расходования и исходное значение ЩЧ определяют величину коррозионного износа деталей ДВС;
  • 7) температура вспышки (165-220 °С) — это наименьшая температура, при которой пары нагретого масла образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении пламени. По ней судят об огнеопасности масла и наличии в нем легкоиспаря- ющихся углеводородов, а также разбавлении масла топливом. Чем ниже эта температура, тем лучше испаряемость масла и тем большим будет его расход, тем большим будет нагарообра- зование в ДВС. Понижение температуры вспышки масла свидетельствует о разбавлении масла топливом;
  • 8) вода в масле — не допускается. Вода вызывает образование пены и эмульсии, которые, заполняя масляные каналы, ухудшают условия смазки трущихся деталей и способствуют образованию осадков, вызывают коррозию деталей, разрушают и вымывают присадки;
  • 9) содержание водорастворимых кислот и щелочей, а также механических примесей — в масле не допускается. Они ухудшают смазочные свойства моторного масла, усиливают их коррозионное воздействие и способствуют износу деталей механизмов;
  • 10) коксуемость масла характеризует его способность образовывать при сгорании нагары в виде кокса, который закок- совывает поршневые кольца, забивает дренажные отверстия, масляные каналы и т.д.;
  • 11) осадкообразование в ДВС — (вызывают закупоривание маслопроводных каналов, маслопроводов и фильтров; нарушают нормальную подачу масла; выплавляют вкладыши подшипников; задирают шейки коленчатых валов; способствуют приго- ранию поршневых колец; ухудшают качество моторного масла; приводят к загрязнению отложениями цилиндров и поршней ДВС). Причины осадкообразования в ДВС:
    • - попадание воды в масло;
    • - плохая вентиляция картера ДВС;
    • - снижение температуры охлаждающей жидкости;
    • - тяжелый фракционный состав топлива;
    • - плохое смесеобразование и сгорание горючей смеси;
    • - режим работы ДВС (наиболее опасен легкий режим);
  • 12) температура застывания (температура начала текучести) — самая низкая температура, при которой масло еще обладает некоторой текучестью. Определяемая в стандартных условиях температура застывания на 3 °С выше действующей температуры затвердевания, при которой в течение 5 с масло находится в неподвижном состоянии.

Температура застывания служит предельной минимальной температурой разливки и, частично, эксплуатации масла. Минимальная температура эксплуатации моторных масел определяется по низкотемпературным характеристикам вязкости и перекачки.

Застывание — свойство, определяющее потерю текучести масла. При понижении температуры до определенной величины текучесть масла снижается, а при дальнейшем понижении оно застывает. С увеличением вязкости масла из него выделяются наиболее высокоплавкие углеводороды (парафин, церезин), а при полной потере текучести масла микрокристаллы твердых углеводородов (парафина) образуют пространственную кристаллическую решетку, связывающую все масло в единую неподвижную массу.

Нижний температурный предел применения масла примерно на 8—12 °С выше температуры застывания и определяется по формуле (3.4):

где tQB — нижний температурный предел окружающего воздуха (применения данной марки моторного масла), °С;

t3 — температура застывания определенной марки масла, регламентируемая стандартом, °С.

ЗА. Маркировка моторного масла

Рис. ЗА. Маркировка моторного масла:

  • 1 — назначение (М — моторное); 2 — класс вязкости (средняя кинематическая вязкость в сантистоксах (сСт) при 100 °С); у всесезонных масел присутствует дробная черта, слева от которой указывается цифра, характеризующая низкотемпературные свойства (при -18 °С), аналогичные указанному зимнему маслу, а справа — класс вязкости (средняя кинематическая вязкость в сантистоксах (сСт) при 100 °С), существующие классы вязкости: от 1 до 6; 3 — наличие вязкостной присадки (з — загущающая присадка); 4 — кинематическая вязкость при 100 °С, сСт;
  • 5 — эксплуатационная группа; 6 — индекс (тип двигателя, для которого предназначено масло: 1 — бензиновые двигатели, 2 — дизельные двигатели, нет данного индекса — масло универсальное); 7 — дополнительные индексы, указывающие на особые свойства, присадки, и т. п. (рк — рабоче- консервационные, цл — для циркуляционных и лубрикаторных смазочных систем, 20 или 30 — значение щелочного числа в мг КОН/г, тс — для автомобилей КамАЗ, ш — может быть использовано, как трансмиссионное, м — малозольное, и — импортный пакет присадок)

Снижения температуры застывания масел добиваются путем депарафинизации (частичного удаления парафинов) или добавлением присадок-депрессоров в процессе их производства. Депрессоры предотвращают образование кристаллической решетки, когда кристаллы парафина объединяются в объемные структуры. Понижая температуру застывания масла, депрессоры не влияют на его вязкостные свойства;

13) температура помутнения — та, при которой появляются мелкие кристаллы парафина, и масло мутнеет. В последующем кристаллы образуют каркас, и масло теряет подвижность. Между кристаллами масло остается еще жидким и при сильном встряхивании текучесть масла может восстановиться. Температура помутнения зависит от скорости охлаждения, термической обработки масла и от механических воздействий.

Таблица 3.1

Группы моторных масел по назначению и эксплуатационным свойствам и их примерное соответствие классификации API

гост

API

Рекомендуемая область применения

А

А1

SB

Нефорсированные бензиновые двигатели и дизели

Б

Б1

SC

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

Б2

СА

Малофорсированные дизели

В

В1

SD

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

В2

СВ

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

Г

Г1

SE

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

гост

API

Рекомендуемая область применения

Г2

СС

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

д

Д1

SF

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

Д2

CD

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

SG

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

Е2

CF-4

Отличаются повышенной диспергирующей способностью, лучшими противоизносными свойствами

Пример маркировки: М-10-Г2к — М — моторное масло, 10 — класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100 °С), масло летнее, Г — предназначено для высокофорсированных двигателей, 2 — для дизельных двигателей, к — для автомобилей КамАЗ; М-5з-Г1 — М - моторное масло, 5 — класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100 °С), масло зимнее, вязкость при -18 °С не выше 6000 сСт, з — содержит загущающую присадку, Г — предназначено для высокофорсированных двигателей, 1 — для бензиновых двигателей; М-4з/8-Д2т — М — моторное масло, 4 — класс вязкости при -18 °С (кинематическая вязкость не выше 2600 сСт, 8 — класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100 °С), «/» — масло всесезонное, вязкость, з — содержит загущающую присадку, Д2 — предназначено для высокофорсированных двигателей с наддувом, т — может быть использовано как трансмиссионное (рис. 3.4).

Основные показатели некоторых масел для бензиновых двигателей

Таблица 3.2

Марки

масел

Основные_показатели

Вязкость

при

100 °С, сСт

Индекс вязкости не ниже

Тем-ра

вспыш

ки

Тем-ра

засты

вания

Щелочное число, мг КОН не выше

Золь

ность

суль

фатная

%

М-8В1

8

90

200

-25

4

1,0

М-10В1

10

90

205

-15

6, 5

1,1

М-8Г1

8

100

200

-30

6,0

1,2

М-10Г1

10

125

205

-15

6,0

0,95

М-6з/12Г1

12

115

210

-30

6,0

1,3

М-12Г1

12

95

220

-25

8,5

1,1

М-5з/Г1

10

120

200

-38

6,0

0,9

М-4з/6В1

6

125

165

-42

6,0

1,3

М-8В

8

93

207

-25

6,0

0,95

М-8Г2к

8

90

200

-30

6,0

1,0

М-10Г2к

10

85

205

-15

6,0

0,95

М-8Дм

8

102

195

-35

5,5

1,5

М-10Дм

10

90

220

-18

6,0

1,5

Примечание. Допускается отклонение кинематической вязкости моторного масла в пределах ± 0,5 сСт.

Основные показатели некоторых масел для дизельных двигателей

Таблица 3.3

Показатели

качества

М-8В2

М-10В2

М-8Г2

М-10Г2

М-8Г

м-юггк

Кинематическая вязкость, сСт при 100 °С, при 0 °С (не более)

  • 8±0,5
  • 1200

11±0,5

  • 8±0,5
  • 1200

11±0,5

  • 8±0,5
  • 1200

11±0,5

Индекс вязкости

90

90

90

90

95

90

Зольность, %

1,3

1,3

1,65

1,65

1,15

1,15

Щелочное число, мг/г

3,5

3,5

6,0

6,0

6,0

6,0

Моющие свойства ПЭВ, баллы (не более)

1,0

1,0

1,0

1,0

0,5

0,5

Тем-тура вспышки, °С

200

205

200

205

200

205

Тем-тура застывания, °С

-25

-15

-25

-15

-30

-20

Содержание механических примесей,%

0,015

0,015

0,015

0,015

0,015

0,015

Содержание воды, %

следы

следы

следы

следы

следы

следы

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >