книги из ГПНТБ / Гуреев, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы учебник

Одна молекула антиокислителя может разложить много молекул гидроперекиси, т. е. антиокислитель разлагает гидроперекиси в ко­ личествах, значительно превышающих стехиометрические, поэтому антнокислительные присадки добавляют к маслам в очень небольшом

количестве.

Присадки, разлагающие гидроперекиси, более эффективно подав­ ляют окисление масла, чем антиокислители, действие которых основано на обрыве цепи (уничтожении радикала).

Соли железа, меди и других тяжелых металлов всегда имеются в работавшем масле, они ускоряют процесс окисления углеводородов масла. Поэтому в ряде случаев применяют дезактиваторы металлов для пассивации и дезактивации растворенных металлов. Из присадок этого типа широко известны: дисалицилидены, диаминопропан, ализа­ рин и др. Эти соединения связывают ионы металлов в масле в так называемые хелатные соединения.

Интересны также зарубежные противоокислительные присадки, в состав которых входят новые для масел химические элементы: кад­ мий около 10% в присадке Ванлюбе 61 и селен около 16% в присадке

OLOA-250.

' § 5. МОЮ ЩИЕ СВОЙСТВА

Моющими свойствами масла называют его способность обеспечи­ вай) необходимую чистоту деталей работающего двигателя.

Минеральное масло без присадок не может обеспечить работу сов­ ременного двигателя, вызывает закоксовывание колец и обильное за­ грязнение всех деталей. Высокие моющие свойства товарным автомо­ бильным маслам придают эффективные моющие присадки, введенные в масло совместно с присадками других назначений (противоокислптельной, противокоррозионной и др.).

Моющие присадки (табл. 50) являются наиболее массовыми при­ садками к моторным маслам, их выпуск составляет более 70% от общего выпуска присадок к маслам.

Существуют два типа моющих присадок — зольные и беззольные.

В зависимости от количества металла сульфонаты бывают нейтраль­ ные (присадки СБ-3, СК-3, СК-11) и высокощелочные (присадка ПМС), в которых содержится больше металла.

Нейтральные сульфонаты называют также малозольными, а вы­ сокощелочные (основные) — многозольными сульфонатами. Наличие в этих соединениях металлов щелочного характера (бария или каль­ ция) придает этим присадкам щелочность. Этот показатель иногда указывается прямо в названии присадки. Например, наименование присадки ПМС-70 означает: присадка многозольный сульфонат со щелочностью 70 мгКОН/г.

Щелочность характеризует запас моющих и нейтрализующих свойств масел для двигателей. У современных масел этот показатель

1G0

* Зольность сульфатная.

находится в пределах 4—10 мгКОН/г. Щелочность самих присадок — многозольных сульфонатов (типа ПМС и др.) —равна 70—120 мгКОН/г.

Зольные моющие присадки в масла вводятся до 5—10%. Беззольные моющие присадки представляют собой чистооргани­

ческие соединения, при сжигании которых, как уже говорилось, зольных отложений не образуется, так как в их состав металл не входит. Существуют два основных типа беззольных моющих присадок: сукцинимиды и полярные полимеры.

Сукцинимидные присадки являются продуктом взаимодействия низкомолекулярного полиизобутилена с малеиновым ангидридом и некоторыми аминами. С химической точки зрения это имидопроизводные янтарной кислоты. Одна из отечественных присадок этого ти­ па имеет условное название СВ-5. Известны зарубежные присадки этого класса — OLOA-1200, Lubrizol-890 и др.

Полярные полимеры, или, как их еще называют, сополимерные присадки, представляют собой высокомолекулярные продукты, син­ тезированные на базе метакриловых эфиров и азотсодержащего моно­ мера. Наличие в длинной молекуле присадки полярных фрагментов придает ей особые моющие свойства. Известны зарубежные присадки этого типа L.OA-564, LOA-565, Р1ехо1-917 и отечественная ВНМ-1.

Моющие зольные присадки эффективны в горячих зонах двигателя,

абеззольные и в горячих, и в холодных.

Сростом теплонапряженности двигателя повышаются и требования

кмоющим свойствам масла. В масло приходится вводить большее количество присадок. Однако от введения зольных моющих присадок повышается зольность масла. Это приводит к увеличению на поршне нагара и зольных отложений, которые при попадании в масло приводят

кувеличению абразивного износа. Чтобы избежать этого, зольные присадки сочетают с моющими беззольными присадками. Этим дости­ гается снижение зольности масла до 0,7—0,8% при сохранении и даже улучшении его моющих свойств.

Моющий эффект присадок определяется их способностью удержи­ вать во взвешенном состоянии продукты окисления в работавшем масле.

Работавшее масло представляет собой дисперсную систему, состоя­ щую из мельчайших частичек нагара (неизбежных продуктов окисле­ ния масла) и других твердых загрязнений в минеральном масле, причем в качестве стабилизаторов этой суспензии выступают поляр­ ные соединения.

Строение мицелл (мельчайших частиц колоидного раствора) в ра­ ботавшем масле окончательно не установлено, но ясно одно, что в их образовании и стабилизации могут участвовать все полярные веще­ ства, находящиеся в масле, в том числе и вода.

Таким образом, действие моющих присадок связано с чисто хими­ ческими процессами (нейтрализация кислых продуктов окисления, химическое превращение склонных к лакообразованию оксикислот

впродукты, не дающие таких отложений, торможение образования

вмасле продуктов окисления) и с физическими процессами (удержание

во взвешенном состоянии продуктов окисления масла, размельчение и

162

растворение — солюбилизация — твердых продуктов окисления и пре­ вращение их в стойкие тонкодисперсные системы, создание на метал­ лических поверхностях адсорбционных пленок, препятствующих при­ липанию к ним продуктов окисления масла).

В лабораторных условиях моющие свойства масла определяют по величине моющего потенциала (ГОСТ 10734—64). Моющий потенциал показывает способность данного масла (или присадки) удерживать во взвешенном состоянии эталонный загрязнитель. Чем выше значение моющего потенциала, тем лучше моющие качества масла.

Широкое применение для оценки моющих свойств нашел метод Г13В. Сущность метода заключается в следующем: на одноцилиндро­ вой установке в течение 2 ч испытывается масло при определенном температурном режиме. После испытаний двигатель разбирают и оце­ нивают лакообразование на боковой поверхности поршня с помощью цветной шкалы по семибалльной системе: чистый поршень—0 балла, самый грязный — 6 баллов. Масла, обладающие хорошими моющими свойствами, оцениваются по методу ПЗВ баллом не более 0,5—1,0.

§ 6. ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА

Противоизносным свойством масла называется его способность препятствовать износу трущихся пар в двигателе.

Как было сказано раньше, в автомобильном двигателе наблюдаются практически все режимы смазки: гидродинамический, граничный и в отсутствие смазки — «масляное голодание». Узлы трения двигателя работают при самых различных условиях и удельных нагрузках. Смаз­ ка двигателя в период пуска и прогрева характеризуется малой пода­ чей масла и низкими температурами, при работе на полных оборотах— повышенными температурами масла, самих деталей и обильной подачей масла.

При изучении влияния качества масла на износ деталей двигателя следует отдельно рассмотреть противоизносные и противозадирные свойства масла.

Под противозадирными свойствами понимают способность масла препятствовать задиру деталей при условии «масляного голодания» трущейся пары при высоких удельных нагрузках и температурах. В зоне контакта с противоизноеными присадками происходят хими­ ческие превращения, в результате которых на поверхности металла образуются прочные сульфидные и фосфидные пленки (противоизнос­ ные присадки обычно содержат серу и фосфор), предотвращающие натиры и задиры трущихся поверхностей.

При очень жестких условиях трения запаса противозадирных ка­ честв у масел для двигателей иногда бывает недостаточно и тогда наблюдаются натиры и даже задиры зеркала цилиндра, повышение износа поршневых колец, питтинг толкателей.

Двигатели внутреннего сгорания большинства конструкций при относительно больших расходах масла (1,5—2% к топливу), как пра­ вило, не предъявляют особых требований к противозадирным свойствам масла.

Двигатели же новых конструкций (например, для автомобиля ВАЗ-2101 «Жигули», некоторые дизельные двигатели), имеющие малые зазоры в трущихся парах, характеризующиеся тщательностью испол­ нения и малыми расходами масла на угар (менее 1%), предъявляют требования и к противозадирным свойствам масла.

Противоизносные свойства масла зависят от природы масляной основы и качества используемых присадок. При прочих равных усло­ виях сернистые масла по противоизносным свойствам лучше масел бессернистых (например бакинских). На рис. 71 видно, что темп износа пары кольцо — цилиндр при работе на сернистом масле меньше, чем при работе на бессернистом. Эти данные были получены на полно­

ляется то, что в этих маслах содержатся природные противоизносные компоненты (сернистые соединения), образующие в зонах трения сульфидные пленки.

Противоизносные и противозадирные свойства масел оцениваются на четырехшариковых машинах трения (ЧШМ) по различным методи­ кам. Конструктивно эти машины могут быть выполнены по-разному, но основной узел (рис. 72) — пирамида 1 из трех неподвижных и од­ ного подвижного шаров — является общим для всех машин.

164

155

гоприятных условиях в отношении смазки, чем при работе двигателя на неустановившемся режиме (частые пуски, резкие перемены в на­ грузке и т. д.).При резком открытии дросселя в карбюраторных двига­ телях резко увеличивается доля неиспарившегося топлива, что может привести к смыванию масла со стенок цилиндров и в результате к по­ вышению износа этой трущейся пары. В дизельных двигателях нару­ шение в характере распыла форсунок может также привести к частич­ ному смыванию смазки с гильз цилиндра. Поэтому топливная аппара­ тура должна всегда тщательно контролироваться.

С возрастанием скорости вращения коленчатого вала двигателя условия смазки ухудшаются в большей степени, чем с увеличением нагрузки, поэтому и темп износа деталей в первом случае будет не­

сколько выше.

На износ цилиндро-поршневой группы оказывает большое влияние температура стенок цилиндров. Если их температура будет ниже точки росы, то наблюдается конденсация влаги, в которой содержатся кор­ розионно-агрессивные вещества продуктов сгорания топлива и окис­ ления масла: минеральные (серная и сернистая) кислоты, органи­ ческие кислые продукты. В этом случае наблюдается коррозионный износ.

В связи с применением для холодного пуска двигателей пусковых жидкостей «Арктика» (для карбюраторных) и «Холод Д-40» (для дизельных) пусковые износы стали предметом особого изучения. Было установлено, что при использовании маловязких загущенных масел повышенных взносов деталей не наблюдается.

В заключение отметим, что современные двигатели при исполь­ зовании качественного масла достаточно долговечны при строгом со­ блюдении периодичности технического обслуживания.

§ 7. ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА

Противокоррозионными свойствами масла называют способность его препятствовать коррозии деталей двигателя.

Коррозионность масел оценивается по потере металла при контакте его с маслом в граммах с площади в 1 м2 за определенное время. В тех­ нические условия на масла для двигателей введен показатель кор­ розионности, определяемый по методу Пинкевича или по методу НАМИ.

Коррозионность по Пинкевичу характеризует потерю веса в грам­ мах на квадратный метр свинцовых пластин, периодически погружае­ мых в масло, нагретое до температуры 140° С. Частота погружений пла­ стинок — 15 раз в минуту. Продолжительность испытания — 50 ч. Аппарат Пинкевича показан на рис. 73.

По методу НАМИ определяется потеря веса свинцовой пластинки круглой формы, подвергаемой в течение 10 ч попеременному воздейст­ вию нагретых до 140° С испытуемого масла и воздуха. Испытания проводятся в приборе ДК-2 (рис. 74), представляющим масляную баню, в которой вращается кассета с вставленными в нее стеклянными колбами особой формы. Показатели коррозии по НАМИ и по Пин­ кевичу отличаются незначительно.

166

Существует и другой метод оценки коррозионности масел — метод п зз.

По этому методу на установке ПЗЗ (рис. 75) испытуемое масло, нагретое до заданной температуры (125—225° С), прокачивается со скоростью 125 л/ч через кассету с пластинами. Из кассеты масло по труб­ ке поступает в верхнюю часть бачка, разбрызгивается на его нагретые стенки и стекает вниз, далее поступает в насос и циркулирует по сис­ теме. В течение испытания во всасывающую трубку насоса подают 50 л/ч воздуха. Продолжительность испытания — 2 ч.

При испытании на установке ПЗЗ одновременно с коррозионными свойствами оценивается окисляемость масла в объеме и испаряемость (по потере веса).

В работающем масле в результате окисления накапливаются кис­ лые продукты, вызывающие коррозию. Особые трудности возникают в связи с необходимостью защиты от коррозии цветных сплавов под­ шипников.

Чистые минеральные масла имеют высокую коррозионную агрессив­ ность, введение в масло специальных присадок резко снижает коррозию.

свинцовая пластинка; 5 — редуктор и си­

Рис. 74. Прибор ДК-2 для определе­

167

Рис. 75. Установка ПЗЗ для определения коррозионной агрессивности масел:

Коррозионная агрессивность работавшего масла повышается, так как в него вместе с прорывающимися газами попадают кислые про­ дукты из камеры сгорания.

Применение сернистых дизельных топлив, в результате сгорания которых образуются окислы серы, а следовательно, в контакте с вла­ гой серная н сернистая кислоты, повышает требования к противокор­ розионным свойствам масел для дизельных двигателей.

Определенным противокоррозионным эффектом обладают соедине­ ния, содержащие в своем составе серу (осерненные масла), серу и фос­ фор (ткофосфотированные продукты), серу в'боковых радикалах алкилфенолов, серусодержащие алкилфенолы.

Введение в масло многофункциональных (ВНИИНП-360, ЦИАТИМ-339, АЗНИИ-ЦИАТИМ-1 и др.), протиЕоокислительных (ДФ-11, ВНИИ НП-354 и др.) и других присадок (табл. 52), содержа­ щих в своем составе серу, позволили снизить коррозионную агрес­ сивность масел до допустимых пределов (5—10 г/м2).

Уменьшение коррозионного действия масла на металлы в двига­ телях достигнуто также и путем применения высококачественных металлов и подшипниковых сплавов (например, алюминиевых), более стойких к коррозии.

Процессы коррозии металлов в двигателе бывают двух видов: коррозия цветных и черных металлов от агрессивного действия кислых продуктов окисления масла как в процессе работы двигателя, так и на остановках; коррозия черных металлов (ржавление) при длительном

168

Т а б л и ц а 52

Противокоррозионные присадки к маслам

П р и м е ч а н и е . Три последние присадки именуются также защитными присадками, так как защищают металл от коррозии в процессе хранения тех­ ники.

хранении техники в условиях возможного контакта с атмосферной влагой и продуктами окисления масла.

Против коррозии второго вида в масла добавляют противоржавейные присадки (АКОР, ИНГА, концентрат КП и др.).

Начинают получать распространение так называемые рабочеконсервационные масла. Эти масла содержат сложный комплекс при­ садок, включающий и присадку противоржавейного типа. Масла имеют большой запас противокоррозионных и противоржавейных свойств, что позволяет успешно использовать их при длительном хранении техники. При снятии с хранения техника без расконсерваций может быть сразу приведена в действие. Это стало возможным потому, что введенный в масло комплекс присадок, помимо защиты от коррозии, придает маслу и все другие необходимые свойства. Такие масла являют­ ся весьма ценными при некоторых особых случаях использования автомобильной техники (длительные перевозки ее, сезонное хра­ нение и т. д.).

Основной причиной коррозии подшипников является совместное действие перекисей и кислот, тогда как ранее основной причиной счи­ тали только кислоты, образующиеся в процессе окисления масла. Схема протекания коррозии может быть представлена следующим об­ разом: перекись, образовавшаяся в работавшем масле, воздействует на металл, превращая его в окись, которая вступает во взаимодействие с кислотами, образуя обычно малорастворимые соли. Большая роль

169