Ефективність загущених олив наглядно ілюстрована дослідами зимового товарного оливи м-8b2 і загущених олив, приготовлених на основі малов’язкого оливи ау, загущеного поліметакрилатом.
Досліди показали, що моменти опору (М0) двигунів прокручуванню закономірно зростають із пониженням температури оточуючого середовища. Їх величина для одного і того ж температурного режиму при використанні оливи М-8 В2 приблизно на 40% вища, ніж при використанні загущених олив. Практично рівні значення М0 зафіксовані на зимовому й загущених оливих відповідно при –100 і-200С.
Важливою умовою надійної роботи двигуна є подання оливи до поверхонь тертя. Досліди, проведені на двигуні А-41, показали, що при використанні оливи М-8В2 і температурі –10…-150С витрата через підшипники складає всього 0,6…0,9 л/хв. Така витрата не забезпечує рідинного режиму мащення, приводить до розриву масляного шару в підшипниках і контактуванню їх поверхонь із шийками колінчастого валу. В цих же умовах витрата загущених олив складає 1,6…2,8 л/хв, що забезпечує необхідний режим мащення, порушення якого починається при температурі нижче –250С.
Експериментально встановлено, що надійний пуск дизелів на зимових моторних оливих забезпечується до температури повітря –100С. Аналогічна мінімальна температура встановлена зарубіжними фірмами для зимових олив, кінематична в’язкість яких при –180С досягає 10500 сСт. В’язкість вітчизняних загущених олив не перевищує цієї межі (43/6, 43/8 і 43/10).
Оливи не мають чіткої температури переходу з рідинного стану у твердий, тому як показник низькотемпературних властивостей оливи - температура застигання, при якій олива втрачає рухливість, менш надійна ніж показник в’язкості при низькій температурі.
Олива, що застигло, втрачає прокачуваність (рухливість) через сітку оливаприймача під дією розрідження, яке утворює насос, і не приймає участь у мащенні деталей, котрі до прогріву оливи працюють при сухому терті з великим зносом. Застигле олива неможливо перекачати з резервуара в баки або картери двигунів.
При виробництві олив, для забезпечення низької температури застигання, з них намагаються видалити високо плавкі парафіни або вводять спеціальні присадки – депресатори, які створюють перешкоду росту і зрощуванню кристалів парафінів. Роль присадок полягає в запобіганню утворення кристалічної решітки, коли кристали парафіна об’єднуються в об’ємні структури. Понижуючи температуру застигання оливи, депресатори не впливають на його в’язкістні властивості.
Для надійної роботи системи мащення моторні оливи повинні володіти температурою застигання на 10 0С…200С нижче мінімальної температури оточуючого середовища. Зимові і загущенні оливи мають температуру застигання не більше -300С, а літні біля -10…-15 0С.
3. Протиокислюючі й диспергуючі властивості
Строки роботи олив у двигунах залежать від їх стабільності, під якою розуміють здатність олив зберігати свої початкові властивості і протистояти зовнішній дії. Моторні оливи при звичайній температурі майже не окислюються, володіють високою хімічною стабільністю і зберігають початкові властивості напротязі тривалого часу.
Однак при температурі більше 500С вони починають інтенсивно окислюватись, швидкість окислення з підвищенням температури на кожні 100 майже подвоюється. При температурі вище 3000С одночасно з процесами окислення відбувається термічний розклад вуглеводнів оливи. В результаті на деталях циліндро-поршневої групи утворюється нагар і лак. Тому високе теплове напруження деталей форсованих двигунів (рис.1), з якими приходиться контактувати моторному маслу, різко робить жорсткими умови його роботи.
Інтенсифікація процесу окислення оливи порушує нормальну роботу двигуна за рахунок можливого зносу деталей, забруднення продуктами окислювальної полімеризації вуглеводнів оливи й палива, обумовлює закоксовування поршневих кілець, забивку дренажних отворів і т.д. Все це знижує надійність роботи двигунів, збільшує затрати на їх технічне обслуговування й ремонт, а в деяких випадках є причиною передчасного виходу двигуна з ладу.
Для багатьох сучасних двигунів схильність олив до утворення нагару і лаку в значній мірі визначає перспективи їх застосування й розвитку. Експлуатаційна надійність і довговічність форсованих двигунів у значній степені залежить від роботи поршневих кілець. Нагар і лак викликає пригорання і закоксовування поршневих кілець, що призводить до прориву газів із камери згоряння в картер і падінню потужності двигуна.
Нагари - тверді вуглецевисті речовини утворюються у високотемпературній зоні (камера згорання, канавки й днище поршня, клапани). По структурі нагар може бути монолітним, пластичним і рихлим. Склад його залежить як від якості оливи і палива, так і від режиму роботи двигуна, запиленості повітря, наявності й характеру присадок і т.д. Тому він вкрай несталий.
Нагар утворюється з оливи, яке попадає в камеру згоряння в результаті насосної дії поршневих кілець. Частина оливи згоряє разом з паливом, а частина попадає на днище і стінки камери згоряння і залишається на їх поверхнях, на початку у виді шару густої смолистої маси, яка потім під дією високих температур перетворюється в нагар.
Кількість нагару залежить від якості оливи й палива і їх витрати, від теплового режиму роботи двигуна. Чим холодніша стінка камери згоряння, тим більший нагар на них формується. Літом нагару утворюється менше, ніж зимою.
Лак - міцна тонка плівка - з'являється на поверхнях деталей у середньо-температурній зоні (юбка і внутрішня поверхня поршня, зона оливазнімальних кілець, стінки картера). Лакові відкладення являють собою багаті вуглецем речовини, у склад яких входять оксікислоти, асфальтени та інші продукти глибокого окислення оливи. Наявність лакових відкладень, не дивлячись на їх відносно невелику товщину (50…200 мкм), зумовлює пригорання поршневих кілець, в результаті чого збільшується втрата оливи, знижується компресія двигуна і його потужність, підвищується знос циліндрів і поршневих кілець.
Для запобігання утворення нагару й лаку до олив добавляють миючі і протиокислюючі присадки, які надають оливим миючі і диспергуючі властивості.
Миючі властивості – це здатність оливи утримувати в змуленому стані продукти окислення, що запобігає прилипанню вуглеводистих відкладень (нагару, лаку на стінки деталей). Диспергуючі властивості – це здатність оливи не утворювати крупних частинок продуктів окислення, запобігати їх злипанню й утримувати в стані стійкої суспензії. Моторні оливи з добрими миючими властивостями підтримують деталі двигуна чистими, звідси і поява терміну “миючі”.
Присадки не дають злипатись частинкам окисленого оливи, розбивають крупні нагромадження частинок на дрібні, підтримують ці частинки в змуленому стані, не дають прилипати їм до поверхонь деталей і змивають смолисті продукти при високій температурі. Однак присадки тільки захищають деталі двигуна від нагару й лака, але не видаляють раніше утворених відкладень.
Показником нейтралізуючих властивостей моторних олив з присадками є лужність оливи, запас якої надає їм наявність присадок (різноманітних - сульфонатних, алкилсаліцілатних та інших).
Лужне число ( ЩЧ) - це кількість мг одного калію (КОН), який пішов на нейтралізацію 1г випробуваного продукту. Чим вища лужність оливи тим більше присадки утримується в маслі, тим кращі його нейтралізуючі властивості і якість. В оливих, які повністю відпрацювали свій строк у двигуні, показник лужності понижується до 1…0,5.
Нейтралізуючі властивості присадок не є сталими, при роботі оливи у двигуні присадки спрацьовуються. Особливо інтенсивно вони видаляються в перші години роботи свіжого оливи. Концентрація присадки різко зменшується при роботі двигуна на сірчистому паливі, так як із збільшенням кислих продуктів в маслі зростає потреба в присадці для їх нейтралізації й диспергування частинок нагару. Інтенсивність окислення оливи залежить від степені завантаження двигуна тому, що в цьому випадку підвищуються теплові і питомі навантаження в парах тертя, а також від кратності циркуляції й об’єму оливи в мастильній системі.
Зниження лужності працюючого оливи – результат багатьох одночасно діючих факторів: нейтралізації лужними присадками кислих продуктів, що накопичуються в оливих за рахунок його окислення і згоряння палива; розклад лужних присадок під дією високих температур; адсорбція присадок на продуктах забруднень, деталях двигуна й засобах очистки оливи (рис.4).
Рис. 4. Характер зниження лужності моторних олив:
а – від часу роботи при запасі лужності: 1 – високому; 2 – оптимальному;
3 – недостатньому; б – від навантаження двигуна: 1,2,3,4 та 5 – відповідно при навантаженні 20, 30, 40, 60, 80 та 100 % від номінальної потужності; в – від об’єму системи мащення: 1 –16 л; 2 – 12 л; 3 – 8 л.
Головна стаття витрати присадки - нейтралізація продуктів згоряння палив. Сірка, утримувана в паливі, в процесі згоряння видаляється разом з відпрацьованими газами. Але залишкова частина сірки, з’єднуючись з водяною парою, конденсується на стінках циліндра у виді сірчаної кислоти. Лужна присадка нейтралізує цю кислоту і захищає деталі від корозійного зносу.