Температура застывания масел

При определенных значениях температуры при охлаждении масла становятся нетекучими. Переход в нетекучее состояние вы­зывается либо выпадением в процессе понижения температуры масла кристаллов высокоплавких углеводородов и образованием из них кристаллического каркаса (рис. 6.1, а), либо сильным уве­личением его вязкости.

Применение масла, потерявшего подвижность, недопустимо, поэтому стандарты ограничивают их максимальные температуры застывания.

В процессе производства принимаются меры по снижению тем­пературы застывания масел. К таким мерам относятся удаление наиболее высокоплавких углеводородов из масел при помощи

 

Рис. 6.1. Схемы выпадения кри­сталлов твердых углеводородов при охлаждении масла:

а — образование кристаллического каркаса в масле без присадки; 6 — масло с введенным депрессатором

 

депарафинизации и введение в очищенные масла депрессорных присадок (рис. 6.1, б). Например, введение депрессатора АзНИИ в количестве 0,5 % снижает температуру застывания масла на 15... 20°С.

Иногда снижение температуры застывания обеспечивается с помощью многофункциональных присадок АзНИИ-ЦИАТИМ-1 и ПМА-Д.

 

Вязкость [с1] масел

Вязкость — одно из важнейших свойств масла, имеющее мно­гостороннее эксплуатационное значение.

От вязкости масла зависят режим смазывания пар трения, от­вод тепла от рабочих поверхностей, уплотнение зазоров, энерге­тические потери в двигателе, его эксплуатационные качества, а также запуск двигателя, прокачивание масла по системе смазки, охлаждение трущихся деталей и их очистка от загрязнения.

Масло с чрезмерно низкой вязкостью легко выдавливается из зазоров между деталями, что ведет к повышенному износу меха­низмов и увеличению расхода смазочного материала. При слиш­ком высокой вязкости, с одной стороны, затрудняется подача масла в зазоры, следствием чего также является интенсивный износ ме­ханизмов, а с другой стороны, возрастает расход энергии на отно­сительное перемещение смазанных или погруженных в масляную ванну деталей. Поэтому вязкостные свойства моторных масел опре­деляются в стандартах значениями вязкости при 100 и 0 °С (а для некоторых масел при —18°С) и индексом вязкости (ИВ), т.е. ин­тенсивностью изменения вязкости с повышением или понижением температуры.

Увеличение вязкости масла с понижением температуры обу­словливает значительные трудности при эксплуатации автомоби­лей, особенно в зимнее время, усложняя пуск двигателей.

Надежный пуск карбюраторных двигателей осуществляется при частоте вращения коленчатого вала 35...50 об/мин (при темпера­туре окружающего воздуха —10... +20 °С), а дизельных двигателей с различным способом смесеобразования — при средней частоте вращения 100...200 об/мин (при температуре до 0°С).

Индекс вязкости автомобильных масел должен быть не менее 90.

Для получения масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами в базовые маловязкие масла (с вязкостью при 100°С менее 5 мм²/с) добавляют 3...4 % вязкостных присадок, например полиизобутилена. Полученные таким образом масла, называемые загущенными, обладают высоким ИВ (115... 140).

Загущенные масла имеют значительно лучшие низкотемпера­турные свойства, что особенно важно при пуске двигателей в холодное время и для снижения пусковых износов. Использование для автомобильных двигателей загущенных внесезонных масел, обеспечивающих надежную их работу, дает существенный техни­ко-экономический эффект: на 3... 7 % повышается мощность дви­гателя, а также снижаются механические потери на трение.

 

Специфические свойства моторных масел,

Зависящие от условий их работы

Масла в двигателях внутреннего сгорания выполняют ряд важ­ных функций, причем работают они в очень тяжелых условиях: при воздействии изменяющихся во времени давлений (достига­ющих в некоторых узлах 100 МПа) и высоких температур (темпе­ратура продуктов сгорания топлива превышает 2000 °С).

В зависимости от условий работы масла в двигателе различают три зоны:

высокотемпературную — камера сгорания, обращенная к ней поверхность днища поршня и верхняя часть цилиндра. Некоторые детали в этой зоне нагреваются до 400 (например, днище порш­ня) и даже до 800 °С (например, выпускной клапан), а температу­ра горящих газов может достигать 2500 °С;

среднетемпературную — поршень с поршневыми кольцами и пальцем, верхняя часть шатуна и стенки цилиндра. Максимальная температура в этой зоне развивается в области поршневых колец (до 300 и даже 350 °С);

низкотемпературную — коленчатый вал, картер (температура в области коренных и шатунных подшипников достигает 180 °С).

Физическая стабильность масел

При повышенных температурах

В средне- и низкотемпературной зонах прогретого двигателя масло способно интенсивно испаряться, т.е. оно недостаточно физически стабильно при повышенных температурах. В результате испарения количество масла в системе смазки уменьшается, а его качество ухудшается. Этот процесс характеризуется температурой вспышки масла — минимальной температурой нефтепродукта, при которой его пары от нагревания в стандартном приборе образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую от пламени опре­деленного размера.

Чем выше температура вспышки, тем меньше испаряемость масла и, следовательно, лучше его физическая стабильность.

Нагарообразование в высокотемпературной зоне двигателя

При работе двигателя масло частично попадает в камеру сгора­ния и там в основном сгорает. Несгоревшее масло в результате глубоких химических превращений преобразуется в нагар, кото­рый плохо влияет на работу двигателя. Образующийся слой нагара ухудшает теплоотвод от деталей, облегчает возникновение детона­ции и калильного зажигания, а оторвавшиеся от стенок камеры твердые частички загрязняют работающее масло.

Количество образующегося нагара зависит от качества масла и его расхода, а также от качества топлива. Предельная толщина слоя нагара определяется тепловым режимом работы двигателя: чем хо­лоднее стенки камеры сгорания, тем толще образуется слой нагара.

Летом нагара образуется меньше, чем зимой.

Лакообразование в среднетемпературной зоне двигателя

В среднетемпературной зоне двигателя углеводороды и другие компоненты масел становятся недостаточно химически стабиль­ными. Они окисляются и образуют плохо испаряющиеся, высоко­вязкие, практически не растворимые в масле асфальтены и кис­лые смолы, осаждающиеся на деталях в виде тонкого блестящего слоя, называемого лаковым отложением.

Наибольшую опасность лаковые отложения представляют для поршневых колец, так как вместе с внедрившимися в них тверды­ми частичками нагара вызывают пригорание поршневых колец, т. е. полную потерю ими подвижности.

На рис. 6.2 показан прибор для определения термоокислитель­ной стабильности масла.

 

 

Рис. 6.2. Прибор для определения термоокисли­тельной стабильности масла (а) и его диск (б):

1 — кольцо; 2 — диск

 

Рис. 6.3. Схема углеродистой дисперсии в масле, наблюдаемая с помощью элект­ронного микроскопа:

а — без моющей присадки; б — с моющей присадкой

 

Одной из мер борьбы с лакообразованием является введение в масла антиокислительных (ДФ-11, МНИ, ИП-22к, ВНИИ НП-354, ИХП-21 и др.) и моющих (обычно в составе композитных) при­садок, которые тормозят отложение образующихся смолисто-ас­фальтовых веществ.

При использовании масла с хорошими моющими свойствами детали двигателя выглядят как бы вымытыми. Кроме того, моющие присадки удерживают продукты окисления масла во взвешенном состоянии, препятствуя прилипанию их к поверхностям нагретых деталей и сращиванию частичек между собой, что нарушило бы поступление масла к трущимся деталям (рис. 6.3).

 

 

Рис. 6.4. Колориметр для определения цве­та масла:

1 — цилиндр с эталонной жидкостью; 2 — оку­ляр оптической системы; 3 — цилиндр с испы­туемым маслом; 4 — экран

Моющие свойства масел оценивают по цветной эталонной шкале в баллах от 0 до 6 с помощью прибора ПЗВ, работающего на прин­ципе создания в небольшом одноцилиндровом двигателе условий интенсивного лакообразования.

Работающее масло со временем изменяет цвет от светлого до темно-коричневого. Колориметр для определения цвета масла по­казан на рис. 6.4.

Образование лаковых отложений на поршне двигателя, работа­ющего на масле с моющими присадками, уменьшается в 3...6 раз (с 3,0...4,5 до 0,5... 1,5 баллов). Применяют моющие присадки двух типов — зольные и беззольные, которые вводят в базовые масла в количестве 2... 10%.