книги из ГПНТБ / Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие

Лучшими вязкостно-температурными свойствами обладают за­ гущенные масла, которые практически равноценны маловязкой основе.

Величина вязкости масел для различных типов двигателей оп­ ределяется режимом их работы и условиями эксплуатации. При *100° С она лежит в пределах: для автотракторных карбюраторных двигателей 6—10 сст, для автотракторных дизелей 8—11 сст. для судовых 11 —14 сст, для мощных форсированных дизелей 16—20 сст, для авиационных поршневых двигателей 20—22 сст.

Использование масел с большей вязкостью,чем предусмотрено руководящими документами, нецелесообразно, так как это приво­ дит к увеличению затрат энергии на трение.

Так, замена масла АС-10 на МС-20 в двигателе автомобиля «Москвич» приводит к росту потерь мощности на трение на 2,5 л. с.

Предохранение деталей двигателя от износа достигается обес­ печением жидкостного режима смазки в основных узлах трения, что непосредственно зависит от вязкости применяемого масла. В узлах с повышенными нагрузками, как, например, в поршневых пальцах, толкателях подвесных клапанов, где наблюдается гранич­ ный режим трения, первостепенное значение имеют протавоизносные свойства масел.

Противоизносные свойства моторных масел косвенно зависят от уровня вязкости. Так, известно, что высоковязкие остаточные масла содержат большее количество полярных и поверхностно-ак­ тивных веществ, чем дистиллятные, и поэтому имеют лучшие про­ тивоизносные свойства. Однако высоковязкие масла при низких температурах плохо прокачиваются и в недостаточном количестве поступают к узлам трения. Нарушение подачи масла в основном наблюдается в период пуска двигателя, что является причиной по­ вышенного износа его деталей в этот период.

Для улучшения противоизносных свойств моторных масел до­ бавляют специальные присадки, содержащие фосфор или серу. Практическое применение получили присадки ДФ-11 (диалкилдитиофосфат цинка) Л3-23к (диизолпропилксантат этилена) и трикрезилфосфат.

Химическая стабильность и моющие свойства. Масло б про­ цессе работы двигателя внутреннего сгорания контактирует с воздухом и нагретыми до высокой температуры деталями. Под воз­ действием этих факторов масло окисляется. В нем протекают са­ мые разнообразные реакции окисления, термического разложения,, окислительной полимеризации и конденсации.

В результате окисления изменяется химический состав масла и ухудшаются его эксплуатационные свойства. Продукты окисле­ ния образуют углеродистые отложения и осадки на деталях и в си­ стеме смазки двигателя; некоторые продукты вызывают коррозию деталей.

В двигателе масло находится в трех специфичных зонах, кото­ рые отличаются условиями химического превращения масла. Та-

280

ними зонами являются: камера сгорания, поршневая группа и кар­ тер двигателя. Зоны отличаются уровнем температуры и характе­ ром отложений, образующихся в двигателе.

Все углеродистые отложения, образующиеся на деталях двига­ телей внутреннего сгорания, подразделяются на нагары, лаковые отложения и осадки.

Нагары— темные твердые углеродистые вещества, отлагаю­ щиеся на стенках камеры сгорания, клапанах, свечах и днище поршней.

Лаковые отложения — тонкие лакоподобные пленки от светлокоричневого до темного цвета, образующиеся на боковой поверх­ ности поршней в зоне поршневых колец, на юбке, внутренних стен­ ках поршней и верхних головках шатунов.

Осадки представляют собой мазеобразные сгустки, отлагаю­ щиеся на стенках картера, в шейках коленчатого вала, на фильт­ рах и в маслопроводах.

Особенно большие неполадки в работе двигателя могут вызы­ вать лаковые отложения. Подобно нагару они ухудшают охлажде­ ние деталей. Отложение лака в канавках поршневых колец при­ водит к зависанию и пригоранию последних. В результате умень­ шается мощность двигателя вследствие потери компрессии, увели­ чивается износ деталей. Иногда это приводит к поломке колец или заеданию поршней. Кроме того, увеличиваются затраты энергии на трение, перерасходуется и быстро загрязняется масло.

Лаковые отложения чаще возникают в наиболее теплонапря­ женных дизелях и автомобильных карбюраторных двигателях.

Лаковая пленка является результатом глубокого окисления масла в тонком слое на горячих металлических поверхностях с об­ разованием оксикислот, эстолидов, смол, асфальтенов и твердых продуктов.

Кроме того, в составе лака содержатся твердые углеродистые частицы — продукты неполного сгорания топлив и масел, а также механические примеси.

Состав лаковых отложений, образующихся на деталях двига­ телей, характеризуется данными таблицы 36.

Как свидетельствуют данные таблицы, лакообразование в боль­ шой степени зависит от качества масла.

Склонность масел к лакообразованию оценивается по методу Папок. Сущность метода заключается в окислении масла в тонком слое при температуре 250° С с последующим определением коли­ чества образовавшихся лаковых отложений.

Склонность масел образовывать лаковые отложения на деталях двигателей определяется не только химической стабильностью, но зависит также от моющих свойств.

Под моющими свойствами понимается способность масел удер­ живать во взвешенном состоянии продукты окисления, препятст­ вуя их отложению на нагретых металлических поверхностях.

281

Масла без присадок обладают плохими моющими свойствами. Для уменьшения лакообразования и пригорания колец, осо­ бенно в форсированных теплонапряженных двигателях, к моторным маслам добавляют моющие присадки. Масла с такими присадками обеспечивают длительное время сохранение поршней чистыми, без лаковых отложений, как бы вымытыми. Поэтому и присадки полу­

чили название моющих.

Присадки, добавляемые для повышения стабильности некото­ рых масел при окислении в объеме, практически не тормозят про­ цесс лакообразования в маслах при температурах выше 150° С и не улучшают их моющие свойства.

Моющими свойствами обладают нафтенаты, алкилфеноляты, сульфонаты, тиофосфаты и алкилсалицилаты металлов. Чаще ис­ пользуются алкилфеноляты и сульфонаты бария и кальция.

Моющие присадки обычно добавляют к маслам вместе с анти­ коррозионными и другими присадками, т. е. в виде многофункцио­ нальных присадок, таких как ВНИИ НП-360, МНИ ИП-22к, ДФ-1, НИАТИМ-339, СБ-3 и др.

Механизм действия моющих присадок изучен еще недостаточ­ но. Однако есть определенные точки зрения по этому вопросу.

Моющие присадки являются поверхностно-активными вещест­ вами, они адсорбируются на поверхности твердых продуктов окис­ ления масла и препятствуют слипанию этих частиц друг с другом,

2 8 2

а также прилипанию их к металлическим поверхностям (рис. 82). Нафтенаты обладают способностью растворять оксикислоты и ас­ фальтены и, таким образом, предотвращают отложения их на ме­ таллических поверхностях. Некоторые моющие присадки, являясь катализаторами, переводят оксикислоты и асфальтены в твердые продукты окисления типа карбенов, которые не обладают лип­ костью.

Моющие свойства масел оценивают на установке ПЗВ, основ­ ным испытательным узлом которой является одноцилиндровый двигатель, оборудованный электроподогревателями. О моющих свойствах судят по состоянию боковой поверхности поршня и вы­ ражают их в баллах после сравнения с цветной эталонной шкалой. Поршень без лака оценивается баллом 0, а поршень с максималь­ ным отложением лака — баллом 6. Чем меньше балл, тем более высокой антиокислительной стабильностью обладает масло и тем лучше его моющие свойства.

1 2

Рис. 82. Влияние моющей присадки на отложе­ ние лака на поршнях двигателей:

/ —поршень после работы на масле без присадки; 2—пор­ шень после работы на масле с моющей присадкой.

Масла без присадок имеют очень плохие моющие свойства (4—5 баллов). Моющие свойства масел с эффективными моющи­ ми присадками оцениваются 0,5—1 баллом.

Коррозионность и защитные свойства масел. Коррозионность моторных масел обусловливается наличием в них органических кис­ лот, которые содержатся в свежих маслах или образуются при их окислении в процессе работы двигателя.

Моторные масла без присадок обладают высокой коррозион­ ной активностью по отношению к цветным металлам.

Для улучшения защитных свойств масел к ним добавляют мно­ гофункциональные присадки, обладающие защитными действиями. Коррозионность масел с присадками при ^=140°С и т =10 ч

283

составляет: автотракторных масел из малосернистых нефтей 15— 28 г/м2, автомобильных — 5—8 г/м2, дизельных — 5—13 г/м2.

В процессе эксплуатации двигателя наблюдается срабатывание многофункциональных присадок, что приводит к понижению их концентрации и ухудшению эксплуатационных свойств масел.

Характеристика многофункциональных присадок. Многофунк­ циональные присадки широко применяют для улучшения эксплуа­ тационных свойств моторных масел. Эти присадки могут быть ин­ дивидуальными веществами, имеющими отдельные функциональ­ ные группы, или смесями отдельных компонентов.

Все присадки, добавляемые к моторным маслам, подразделяют­ ся на алкилфеноляты, сульфонаты, тиофосфаты и смешанного типа.

Присадки алкилфенольного типа имеют следующее строение:

О- Me — О

/V

284

К этой группе присадок относятся ЦИАТИМ-339, АзНИИ-7, АзНИИ-ЦИАТИМ-1, БФК, АФБ и др.

Присадки сульфонатного типа характеризуются следующим строением:

К сульфонатным присадкам относятся СБ-3, СК-3, ПМС-Юидр.

Присадки сульфонатного и алкилфенолятного типа в основном улучшают моющие и защитные свойства масел.

В качестве присадок, содержащих серу и фосфор, используются дналкилдитиофосфаты металлов, имеющие структурную формулу

Дналкилдитиофосфаты могут содержать только алифатические радикалы.

К присадкам тиофосфатного типа относятся: МНИ ИП-22к, ДФ-1, ДФ-11, ВНИИ НП-354 (компонент присадки ВНИИ НП-360) и др.

Дналкилдитиофосфаты обладают более универсальным дейст­ вием и улучшают моющие, противоизносные и защитные свойства масел, а также повышают их стабильность против окисления.

Из смешанных присадок практическое применение получили АзНИИ-8у, представляющая смесь присадок АзНИИ-7 и СБ-3, ВНИИ НП-360, являющаяся смесью диалкилдитифосфата цинка (В-354) и алкилфенолята бария.

Все указанные присадки являются зольными, и поэтому по ве­ личине зольности масел можно судить о содержании в них при­ садок.

В последние годы появились беззольные многофункциональ­ ные присадки — сукцинимиды, являющиеся производными аминов. Сукцинимиды имеют следующее строение:

285

Особенности условий работы. Современные воздушно-реактив­ ные двигатели (ВРД) имеют циркуляционную систему смазки (рис. 84). Основными узлами трения, к которым подается смазоч­ ное масло, являются: роликовые или шариковые подшипники комп­ рессора и газовой турбины, подшипники и шестерни различных приводов и регуляторов двигателя. В турбовинтовом двигателе (ТВД), кроме того, смазываются шестерни редуктора.

1

Рис. 84. Схема системы смазки ТРД:

/ —масляный бак; 2—нагнетательный насос; 3 —фильтр тонкой очистки; 4—коробка привода агрегатов; 5—подшипники компрессора; б-подшипник турбины; 7—отка­ чивающие насосы; б—центробежный воздухоотделитель; 9 —топливо-масляный ра­ диатор.

Особенности условий применения масел в ВРД в основном сво­ дятся к следующему:

—хорошая уравновешенность вала двигателя и значительно меньшие нагрузки в узлах трения, чем в поршневых двигателях;

—большие скорости относительного перемещения трущихся деталей; число оборотов вала турбокомпрессора достигает 12 000—

30000 об/мин;

— масло нагревается значительно меньше. Максимальная тем­ пература в подшипниках турбины — около 160° С при работе и до 270° С после прекращения обдува воздухом. В подшипниках комп­ рессора масло нагревается до 100—130° С;

287

— температура масла в подшипниках двигателей сверхзвуко­ вых самолетов значительно выше.

При небольшой емкости системы смазки масло в ней интенсив­ но циркулирует. Кратность циркуляции составляет 2—3 раза в ми­ нуту. При этом наблюдается вспенивание масла.

Масло используется в условиях низких температур, иногда до­ стигающих — 60° С.

Специфическими условиями работы масел в турбовинтовых дви­ гателях является общая система смазки двигателя и редуктора, где контактные напряжения сжатия между зубьями составляют свыше 10 000 кг/см2. При этом выделяется большое количество тепла и теплоотдача в масла в 3—4 раза выше, чем в ТРД.

Масла для ВРД должны обладать хорошими антифрикционны­ ми и противоизносными свойствами, высокой антиокислительной ■ стабильностью, не должны коррозировать детали, сильно испарять­ ся и вспениваться.

Особенно жесткие требования предъявляются к маслам для двигателей сверхзвуковых самолетов.

Сорта и назначение. В соответствии с условиями применения вырабатывают две группы масел: для турбореактивных и турбо­ винтовых двигателей. Обе группы включают нефтяные и синтети­ ческие масла.

Для турбореактивных двигателей самолетов с дозвуковыми ско­ ростями полета вырабатывают и применяют масла следующих ма­ рок. МК-8 представляет дистиллят из отборных бакинских нефтей, подвергнутый сернокислотной очистке. МК-6 является узкой фрак­ цией троицко-анастасьевской нефти, подвергнутой сернокислотной очистке. МС-6 получают путем селективной фенольной очистки узкой фракции из сернистых нефтей и добавления 0,2% антиокис­ лительной присадки ДБК-69 (ионола). МС-8 является более широ­ кой фракцией и получается таким же способом, что и МС-6.

Для двигателей самолетов со сверхзвуковыми скоростями по­ лета применяют следующие масла. МК-8п и МС-8п — базовые мас­ ла, в которые введено 0,6% присадки ДБК-69. Масло ВНИИ НГ1-50-1-4ф представляет собой диэфир карбоновой кислоты с при­ садками, улучшающими термоокислительную стабильность и противоизносные свойства. Масла 36/1 и 36/1 к являются синтетически­ ми продуктами, полученными на базе эфиров многоатомных спир­ тов и одноосновных органических кислот, к которым добавляют актиокислительные и противоизносные присадки.

Для турбовинтовых двигателей используют масла с большей вязкостью. Вначале для этого типа двигателей получили примене­ ние смеси авиационных масел МС-20 и МК-22 с маслами транс­ форматорными или МК-8.

Позже в качестве маловязкого компонента стали применять масла МС-6 и МК-6. Смеси составляют таким образом, чтобы их вязкость при использовании на двигателях малой мощности была 4—6 сст при 100° С, а на двигателях большой мощности—•

288