Запитання для самоперевірки

1.Дайте коротку характеристику видів тертя.

2.Як впливає в’язкість оливи на утворення змащувального

шару?

3. Як розрахувати мінімальну товщину змащувального шару?

4.Які види зношення деталей Ви знаєте?

5.Дайте класифікацію мастильних матеріалів за походженням,

зовнішнім виглядом і призначенням.

6.Назвіть функції мастильних матеріалів?

7.Які вимоги ставляться до мастильних матеріалів?

4.8 Склад, експлуатаційні властивості і використання моторних олив

Змащувальні оливи в сучасних машинах і механізмах, а особливо в двигунах внутрішнього згоряння, піддаються впливу високих температур і тиску. Одержати оливи задовільних експлуатаційних властивостей тільки за рахунок підбору сировини, технології її переробки і очищення не вдається, тому в них додають присадки.

Мінеральні моторні оливи для автомобілів, будівельних і сільськогосподарських машин – це суміші дистилятних та залишкових олив з добавленням композиції присадок.

Синтетичні моторні оливи – це вуглеводневі, диефірні, полігліколеві, галогеновуглецеві і кремнійоорганічні сполуки з добавленням присадок. Для автомобілів чи іншої техніки жодна олива не випускається без присадок.

Присадки – це складні органічні або металоорганічні сполуки, що добавляються до олив в незначній кількості для поліпшення їх експлуатаційних властивостей. Присадки в оливу можуть добавляти для покращення або придання однієї якої-небудь властивості, але частіше використовують багатофункціональні присадки, які покращують одночасно декілька властивостей смащувальної оливи, а також композиції багатофункціональних присадок, які підвищують її експлуатаційні якості. Підбір композицій присадок є складною задачею, так як при сполученні декількох речовин може спостерігатися не тільки синергізм (підсилення), але й антагонізм. В оливи для сучасних двигунів внутрішнього згоряння композиції присадок додаються в кількості 7…20%; в зарубіжних їх кількість досягає 40%.

Присадки повинні відповідати цілому ряду вимог: повністю розчинятися в оливі і не осідати з неї під час зберігання, транспортування і експлуатації; бути хімічно і термічно стабільними; не змінювати свого функціонального призначення при експлуатації оливи.

Основне призначення присадок – знизити зношення (особливо корозійне) і зменшити кількість високотемпературних відкладів, які викликають пригорання, залягання поршневих кілець; покращити миючі властивості олив, тобто перевести утворені продукти окислення в мілкодиспергований стан, щоб вони не накопичувалися на гарячих деталях двигуна. З додаванням багатьох компонентів присадок підвищується зольність оливи, а так як для зниження корозійного зношування деталей добавляються лужні сполуки, то лужність моторних олив доходить до 9,0, а іноді 15мг КОН/г оливи. Тільки додавання присадок дозволяє отримати оливи з високим індексом в’язкості, які задовільно працюють при низьких температурах, що особливо важливо для зимової експлуатації автомобілів.

Студенту необхідно вивчити класифікацію присадок за цільовим призначенням, їх асортимент і механізм дії.

До групи автотранспортних олив відносяться оливи для карбюраторних двигунів (автоли) і для дизелів (дизельні оливи).

Вимоги до олив для карбюраторних двигунів і для дизелів різні. Це залежить від різних умов роботи цих двигунів. Швидкохідні дизелі працюють при великих мірах стиснення, високих температурах і тисках. Вкладиші шатунних і корінних підшипників колінчастого вала в дизелях виготовляють із свинцевої бронзи, кадмієво – срібних сплавів і вони є дуже чутливі до корозійної агресивності олив. Крім того, до дизельних олив висуваються жорсткіші вимоги щодо нагароутворення, які задовільняються переважно за рахунок присадок.

Найважливіші показники олив – в’язкість, в’язкісно – температурні властивості, термоокислювальна стабільність, протизадирні, протиспрацювальні, миючі властивості. Оливи характеризуються також протипінними властивостями, фізичною стабільністю, температурами спалаху і застигання та рядом інших якісних показників.

В’язкісні властивості є одним з основних характеристик оливи. Від величини в’язкості моторної оливи при робочих температурах в двигуні залежать якість змащування деталей і величина їх зношування. Значення в’язкості входить у маркування олив у вигляді цифрового індексу. Розрізняють абсолютну в’язкість (динамічну та кінематичну) і умовну.

При вивченні даної теми студенту необхідно повторити визначення в’язкості, її одиниці вимірювання, зрозуміти вплив температури і тиску на в’язкість олив. При виборі олив за їх в’язкістю потрібно враховувати швидкість руху деталей, що труться, навантаження на них, втрати при терті на переміщування олив, а також зовнішні фактори: температуру довкілля, умови експлуатації і зберігання.

Бажано, щоб при високих температурах оливи мала високу в’язкість для забезпечення рідинного тертя, а при низьких температурах – невисоку в’язкість для зменшення крутного моменту при прокручуванні колінчастого вала і забезпечення доброго прокачування оливи у змащувальній системі.

Інтенсивність зміни в’язкості оливи при зміні температури у різних моторних оливах є неодинаковою. В’язкісно – температурні властивості олив оцінюються індексом в’язкості (ІВ). Індекс в’язкості – безрозмірна умовна величина, яка характеризує ступінь зміни в’язкості оливи залежно від температури, порівняно з еталонними оливами. В якості еталонних вибрані дві серії олив різної в’язкості:оливи першої серії мають пологу в’язкісно – температурну криву і їх індекс в’язкості приймається за 100 одиниць; оливи другої серії характеризуються дуже стрімкою в’язкісно – температурною кривою і їх індекс прийнято за 0.

На практиці для визначення індекса в’язкості користуються номограмами Доксея і Виноградова. Індекс в’язкості оливи також можна розрахувати за значеннями кінематичної в’язкості при 40^оС і 100^оС за формулою:

ІВ=[(ν-ν₁)/(ν- ν ₂)]^.100 (4.1)

де ν- кінематична в’язкість оливи при 100^оС з індексом в’язкості 0 (стандартна олива) і яка має при 100^оС таку ж кінематичну в’язкість як і досліджувана олива. мм²/с;

ν₁ – кінематична в’язкість досліджуваної оливи при 40^оС, мм²/с;

ν₂ – кінематична в’язкість оливи при 40^оС з індексом в’язкості 100 і яка має при 100^оС таку ж кінематичну в’язкість, як досліджувана олива, мм²/с.

Для олив із ІВ>100 розрахунок проводять за формулою:

ІВ=[(antilqN-1)/0.00715]+100 (4.2)

де N= (lq ν₂-lq ν₁)/lq ν₃ (4.3)

де ν₃ - кінематична в’язкість досліджувальної оливи при 100^оС, мм²/с.

Моторні оливи, які володіють більш високим індексом в’язкості, мають кращі техніко – експлуатаційні властивості. Мінеральні моторні оливи мають відносно невисокі індекси в’язкості (<85). Для поліпшення в’язкісно – температурних властивостей олив до них додають в’язкісні присадки. Загущенні оливи мають індекс в’язкості 125 і вище. Вони мають в маркуванні літеру з і застосовуються для всесезонного використання. Застосування загущених олив економічно доцільно, так як вони мають добрі в’язкісно -температурні характеристики, володіють оптимальною текучістю при низьких температурах, забезпечують легкий і швидкий пуск двигуна в холодну пору року, створюють невелику кількість нагару і забезпечують мінімальні втрати потужності та тертя.

Термоокислювальна стабільність – один з основних показників експлуатаційних властивостей олив, який характеризує здатність оливи протистояти окисленню киснем повітря при підвищених температурах і визначає поведінку оливи у вузлах тертя під час експлуатації, термін її служби, а також її схильність до лако – і нагароутворення.

У процесі роботі в двигуні моторна олива зазнає глибоких змін, які призводять до зміни фізичних і хімічних властивостей. Результатом таких перетворень є накопичення в оливі нейтральних продуктів у вигляді смолистих речовин, асфальтенів, карбенів та інших сполук глибокого окислення оливи, а також кислих речовин у вигляді органічних кислот, оксикислот, естолідів.

Продукти окислення оливи сприяють лако – і нагароутворенню на деталях поршневої групи, що може призвести до закоксовування поршневих кілець. Моторна олива повинна володіти високою термоокислювальною стабільністю, тобто під дією високої температури не утворювати на поверхнях циліндропоршневої групи двигуна лакових відкладень

Термоокислювальну стабільність олив визначають у випарниках за методом Папок. При визначенні термоокислювальної стабільності моторна олива, яка знаходиться на металевій поверхні у вигляді тонкого шару нагрівається , в результаті чого вона втрачає в масі за рахунок випаровування леколетких речовин. Залишок одержаний на металевій поверхні, розділяється на робочу фракцію і лак.

Термоокислювальна стабільність моторної оливи визначається часом у хвилинах на протязі якого тонкий шар досліджуваної оливи при температурі 250^◦С перетворюється в лаковий залишок, який складається з 50% робочої фракції і 50% лаку. Метод визначення термоокислювальної стабільності за Папок служить умовною оцінкою оливи у відношенні схильності її до утворення лакових відкладів на деталях двигуна в зоні поршневих кілець, а також для оцінки ефективності дії присадок, які зменшують лакоутворення.

Миючі властивості – експлуатаційний показник олив, який характеризує здатність оливи утримувати в завислому стані утворені продукти окислення. Вони оцінюються в балах за лаком, який утворюється на боковій поверхні поршня після його двогодинної роботи на установці ПЗВ, в яку залито 250мл оливи, підігрітої до 125^◦С. Для покращення мийних властивостей в оливи додають детергентно – диспергентні присадки.

Протиспрацьовальні властивості оливи характеризують її здатність попереджувати або зменшувати спрацювання деталей, що труться. В залежності від режиму і умов роботи може бути хімічне, електрохімічне, образивне, утомленісне (пітингове) спрацювання деталей. Протиспрацювальні властивості оливи визначаються її в’язкістю, маслянистістю, чистотою.

Необхідно звернути увагу на маслянистість олив, як вона оцінюється і які присадки покращують її. При наявності змащувальної плівки втрати потужності на тертя зменшуються, знижуються зношування поверхонь, що труться. Утворення змащувальної плівки зв’язане з явищем вибіркової (селективної) адсорбції деяких речовин, які входять в склад оливи, на металевій поверхні. В утворенні плівки хімічним шляхом приймають участь активні елементи: сірка, фосфор, хлор, молібден. Ці елементи вводять в оливу у вигляді різних присадок.

Протизадирні властивості – це здатність оливи попереджувати задири деталей за умови “оливного голодування” деталей, що труться, при високих питомих навантаженнях і температурах. При дуже жорстких умовах тертя запасу протизадирних властивостей у моторних олив інколи буває недостатньо і тоді спостерігається натири і задири дзеркала циліндрів, підвищення спрацювання поршневих кілець, пітинг штовхачів. Для покращення протизадирних властивостей до олив додають сульфідні або фосфідні присадки.

Корозійне зношування деталей залежить від якості оливи і кількості утворених в оливі у процесі експлуатації агресивних речовин. До них відносяться органічні кислоти, водорозчинні (мінеральні) кислоти і луги, активні сірчані сполуки, оксиди сірки і вода. Присутність в оливі органічних кислот оцінюється кислотним числом.

Для зменшення спрацювання двигуна продуктами згоряння, в тому числі і сірчаними сполуками та збільшення строку служби оливи підвищують її лужність. В процесі експлуатації лужні властивості оливи зменшуються. Тому фактором, який свідчить про необхідність заміни оливи є зниження її лужного числа нижче певної межі.

Корозійність олив визначають лабораторним шляхом за методами Пінкевича і НАМИ. Суть цих методів полягає у визначенні втрати маси свинцевих пластин на протязі певного часу на приладі ДК – 3 при температурі 140^◦С. Корозійність моторних олив не повинна перевищувати 5....10г/м². Покращують антикорозійні властивості олив додаванням спеціальних присадок, які містять лужноземельні метали, а також присадок, які утворюють на поверхні металу захисні плівки.

Здатність оливи зберігати свій фракційний склад оцінюється її фізичною стабільністю. Вона визначається кількістю оливи, яка випаровується під час роботи у двигуні і зміною її фракційного складу внаслідок переважного випаровування найбільш легких фракцій. Фізичну стабільність олив оцінюють за побічним параметром – температурою спалаху у відкритому тиглі. Чим нижча температура спалаху, тим більше в оливі низькокиплячих фракцій і тим більше вона схильна до випаровування.

При роботі двигуна проходять якісні і кількісні зміни моторної оливи. Якісні зміни визначаються поняттям “старіння” оливи, кількісні зміни – поняттям “вигар” оливи. В результаті старіння оливи виникає необхідність у повній заміні оливи у змащувальній системі. В результаті вигару виникає необхідність доливу оливи у змащувальну систему.

Знання характеру зміни якості оливи при експлуатаціїї її в ДВЗ дозволяє вирішити питання раціонального і економного використання оливи, знаходити шляхи зменшення затрати праці і часу на простої машин при технічному обслуговуванні та підвищення їх мотороресурсу.

В якості критерія комплексної оцінки умов роботи моторної оливи в двигуні запропонований оціночний показник – коефіцієнт напруженості роботи оливи в двигуні φ₀:

φ₀=N_e/Q_H (4.4)

де N_e - ефективна потужність двигуна, кВт

Q_H - подача оливного насоса , л/хв.

Коефіцєнт φ₀ враховує основні умови роботи оливи в двигуні – ефективний тиск в циліндрі і швидкість руху в поршнях, частоту обертання колінчастого вала, кількість тактів двигуна, кількість виділеної при згорянні палива теплоти, кратність циркуляції насоса.

Основною причиною старіння оливи є її окислення і відпрацювання присадок. Олива забруднюється продуктами окислення і полімеризації вуглеводнів, механічними домішками, незгорілим паливом, водою, продуктами неповного згоряння палива в результаті чого вона стає непридатною до застосування.

Систематичний контроль за зміною якості моторної оливи дозволяє правильно визначити строк їх заміни, а також оцінити стан двигуна і фільтруючих елементів його системи. Періодичність заміни оливи вказується в картах і таблицях змащування по обслуговуванню машин. При експлуатації автомобільної техніки в особливо важких умовах ці строки доцільно скорочувати, а при сприятливих умовах - збільшувати

Одним з найраціональніших підходів до підвищення ефективності використання олив є застосування системи бракувальних показників. Вона включає в себе межі зміни показників ( в’язкості, вмісту домішок, води, палива, лужного числа, дисперсних властивостей), перевищення яких призводить до необхідності заміни оливи в двигуні.

Продовження строку служби оливи можна досягти шляхом використання синтетичних та суміші мінеральних і синетичних олив. Для продовження строку служби працюючих олив можливе добавлення спеціального пакету захисно – антифрикційних присадок, сумісних з будь – якими раніше введеними присадками.

Відпрацьовані моторні оливи є унікальною сировиною для повторної переробки. Їх можна використовувати для регенерації або добавляти до нафти і переробляти за повною технологічною схемою. Регенеровані оливи можна змішувати із свіжими або застосовувати як самостійні після додавання до них присадок різного функціонального призначення. В маркуванні регенерованих олив ставиться літера “Р” .

Моторні оливи розрізняють за трьома ознаками: типом (мінеральні, напівсистетичні і синтетичні); в’язкісними параметрами (сезонні і всесезонні); якістю та експлуатаційними властивостями (бензинові, дизельні або універсальні).

Згідно класифікації за ГОСТ 17479.1-85 моторні оливи поділяють на різні класи за в’язкістю і групи за експлуатаційними властивостями. Класифікація передбачає випуск сезонних і всесезонних (загущених) олив. За в’язкістю моторні оливи поділяються на 22 класи (сезонні – 11 класів і всесезонні – 11 класів). Всесезонні оливи мають дробове позначення класів в’язкості, чисельник якого означає в’язкість оливи при температурі мінус 18^оС, а знаменник – в’язкість при 100^оС в сСт. В залежності від області використання моторних олив встановлено шість груп за експлуатаційними властивостями: А, Б, В, Г, Д, Е, які відрізняються кількістю і якістю присадок. Оливи, які використовуються в карбюраторних двигунах мають індекс 1, а в дизельних двигунах – 2. Універсальні оливи індекса у позначенні не мають.

Моторні оливи усіх груп призначені для карбюраторних і дизельних двигунів (А – нефорсованих; Б- малофорсованих;В-середньофорсованих;Г-високофорсованих; Д–високофорсованих карбюраторних, які працюють у важxих експлуатаційних умовах ніж для групи Г та високофорсованих дизелів з турбонаддувом;Е-високофорсованих карбюраторних та дизельних двигунів, що працюють у важчих умовах , ніж для групи Д).

У позначенні марки оливи М-10 – В₂ літера М означає моторна олива , цифра 10 – в’язкість при 100^оС в сантистоксах, літера В з індексом 2 – олива, яка відноситься до групи В і призначена для змащування середньофорсованих дизелів. У позначенні марки оливи М-63/12-Г₁, цифра 6 означає клас в’язкості оливи, у якої в’язкость при мінус 18^оС знаходиться в межах до 10400 сСт, літера З в індексі – олива загущена і призначена для всесезонного використання, цифра 12 - в’язкість при 100^оС в сСт, літера Г з індексом 1 – для високофорсованих бензинових і газованих двигунів.

Для карбюраторних двигунів виготовляють оливи марок: М-8–В₁; М-8- Г₁; М-12 –Г₁; М- 53/10-Г₁; М- 63/10-Г₁; М-63/12-Г₁ та ін., для дизельних двигунів : М-8–В₂; М-10 –В₂; М-8- Г₂; М-10- Г₂; М- 8 –Г₂к; М-10–Г₂к; М–8-ДМ; М-10–ДМ та інші.

Студенту необхідно звернути увагу на взаємозамінність моторних олив, а також ознайомитися з класифікацією моторних олив SAE, API і ACEA. Розглянути відповідність моторних олив за класом в’язкості і експлуатаційними властивостями згідно ГОСТУ та SAE і API.

За класифікацією SAE моторні оливи поділяються на літні, зимові і всесезонні за в’язкісними властивостями. Цифра у позначені оливи означає середнє значення в’язкості в універсальних секундах Сейболта (SSU) поділене на 2. Згідно класифікації SAE існують наступні класи олив за в’язкістю:

літні –20; 30; 40; 50; 60;

зимові – OW; 5W; 10W; 15W; 20W; 25W;

всесезонні – 5W/30; 5W/40; 5W/50; 10W/30; 10W/40; 15W/30; 15W/40; 15W/50; 20W/30; 20W/40; 20W/50;

де W - зимова і чисельник у позначені всесезонних олив - клас в’язкості за SAE при температурі мінус 18^оС, знаменник – клас в’язкості за SAE при температурі 100^оС.

Згідно класифікації API моторні оливи поділяються на групи за експлуатаційними властивостями. За цією класифікацією моторна олива позначається двома літерами . Перша літера вказує на використання оливи або в карбюраторному (S), або в дизельному (С) двигуні. Універсальні моторні оливи містять у позначені як бензинову, так і дизельну групи якості. Друга літера позначення визначає область застосування і якість оливи. Чим далі йде літера за англійською абеткою, тим вищою є якість оливи. В категорію карбюраторних олив введені наступні групи: SA, SB, SC, SD, SE. SF, SG, SH, SJ, а в категорію дизельних олив – СА, СВ, СС, СD, CD II, CF, CF – 4, CF – 2, CG – 4. При наявності енергозберігаючих властивостей у позначення оливи після відповідної групи записують ЕС.

Згідно класифікації АСЕА моторні оливи за експлуатаційними властивостями поділяють на наступні класи: А – моторні оливи для карбюраторних двигунів (А1…А3); В – для дизельних двигунів легкових та малотонажних вантажних автомобілів (В1….В4); Е – для дизельних двигунів з високим степенем навантаження (Е1…Е 4). Цифра вказує категорію, що визначає належність моторної оливи даного класу до певної експлуатаційної групи.

При вивчені синтетичних олив необхідно зупинитися на їх перевагах і недоліках порівняно з мінеральними оливами, а також ознайомитися з асортиментом і властивостями вуглеводневих, диефірних , поліалкіленгліколевих, галогеновуглецевих та кремнійорганічних олив і рекомендаціями щодо їх використання у двигунах внутрішнього згорання.