Тема 8. Оценка эксплуатационных свойств 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 – 100⁰С, определяемого по формуле

ТКВ=(₀ - ₁₀₀)/₅₀, ()

где ₀,₁₀₀,₅₀ - соответственно величины вязкости масла при значениях температур 0, 100, 50⁰С.

Рис.5. Вязкостно-температурная характеристика моторных масел, имеющих вязкость при 100 ˚С, мм²/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.).