книги из ГПНТБ / Дерябин А.А. Смазка и износ дизелей

зуется большое количество сульфатов вследствие взаимодействия металла присадок к сернистыми соединиями, имеющимися в масле,

В случае образования сульфатов наилучшими свойствами будут обладать бариевые присадки. Поскольку в золе, образующейся при сгорании масла, находим и окислы, и сульфаты, трудно отдать предпочтение какому-либо металлу, когда обсуждается вопрос о наивыгоднейших композициях присадок с точки зрения умень­ шения золообразования в камере сгорания.

Следует заметить, что присутствие в золе других соединений Ва, Са, Mg или соединений других металлов, а также серы, фосфора влияет на температуры плавления золы. Особенно большое влия­ ние на температуру плавления золы оказывают соединения натрия и ванадия. В малофорсированных дизелях без наддува, имеющих низкие температуры поверхностей деталей камеры сгорания (дизелиЧ8,5/11, 410,5/13, тракторные без наддува и др.), зольные от­ ложения практически не наблюдаются, потому что образующаяся зола уносится выхлопными газами и на поверхности деталей не откладывается.

В высокофорсированных малооборотных дизелях большой мощ­ ности с лубрикаторной смазкой (типа 7ДКРН 74/16.0, 550VTBF-110 «Бурмайстер и Вайи» и др.) условия для образования зольных отложений благоприятны, но вследствие специфичности их кон­ струкции (большие размеры деталей и зазоров цилиндро-поршне- вой группы, малая скорость поршня, небольшой расход масла на угар и т. д.) зольные отложения большого вреда двигателю не приносят.

Количество зольных отложений в камере сгорания дизеля при условиях, способствующих их образованию, в сильной степени зависит от расхода масла на угар. Двигатели одинаковой кон­ струкции и одинаковой термической напряженности с малым рас­ ходом масла на угар будут иметь меньше зольных отложений на поршне, клапанах и в камере сгорания, чем двигатели с повышен­ ным расходом масла. Количество зольных отложений в камере сгорания в зависимости от расхода масла на угар может увеличи­ ваться или уменьшаться в несколько раз.

Количество зольных отложений, как сказано выше, зависит от количества металлсодержащих присадок в масле, от температуры плавления и характера золы, а следовательно, от ее химического состава. При равном молярном содержании присадок в масле ко­ личество зольных отложений (весовое) должно было бы в основном4 зависеть.от молекулярного веса их, и, следовательно, в случае бариевых присадок быть максимальным, в случае магниевых — минимальным; кальциевые присадки должны были бы занимать промежуточное положение. Однако в зависимости от атомных весов металлов присадок (Mg-24, Са-40 и Ва-137) получить ка­ кую-либо закономерность в количестве зольных отложений из-за

55

большого числа факторов на это влияющих, практически не удается. Таким образом, весовое количество зольных отложений зависит:

1)от содержания присадки в масле;

2)типа металла и радикала присадки;

3)температуры плавления золы присадки или композиции присадок;

4)температуры поверхности деталей камеры сгорания;

5)продолжительности работы двигателя;

6)расхода масла на угар.

Объемное количество зольных отложений зависит также от их удельного веса. При оценке количества зольных отложений в ка­ мере сгорания необходимо учитывать вес органической (углеро­ дистой) части, содержащейся в них, количество которой зависит в основном от моющих свойств и расхода масла.

Отложения спекшейся золы в камере сгорания двигателя ухуд­ шают теплоотвод от деталей, что ведет к еще более интенсивному их нагреванию, следствием чего бывает оплавление и растрески­ вание поршней, прогар выхлопных клапанов.

Зола, образующаяся на днище поршня, как правило, имеет явно выраженный абразивный характер и частицы ее, попадая в зазор между гильзой и поршнем, приводят к натирам поршней (особенно из алюминиевого сплава), образуют риски на поршневых кольцах и зеркале цилиндра, создают очаги задиров. Все это снижает на­ дежность работы цилиндро-поршневой группы двигателей, сокра­ щает их моторесурс.

Кроме того, отрицательным фактором применения многозоль­ ных масел является резкое снижение их противоизносных свойств по мере работы в двигателе вследствие накопления в масле абра­ зивных продуктов срабатывания присадок (окислов, сульфатов, сульфитов металлов). Эти абразивные вещества, циркулируя с маслом, наносят вред уже не только деталям цилиндро-поршне­ вой группы, но и всему двигателю. Особенно ухудшаются условия работы подшипников из свинцовистой бронзы, втулок направляю­ щих клапанов и верхних головок шатунов из оловянистой бронзы. Значительный вред наносится вкладышам из свинцовистой бронзы со свинцовисто-оловянистыми, свинцовисто-индиевыми покры­ тиями. Отрицательное влияние повышенного золообразования в ка­ мере сгорания на работу двигателей можно подтвердить следую­ щими наглядными примерами;

1. Повышение износа канавок поршневых колец двигателей типа М-503 при переводе их с масла М-20Б (МС-20 грозненское с 3% ЦИАТИМ-339; 2% ДФ-1 и 0,005% ПМС-200А) с зольностью 0,4% на масло М-20БП с более высокими моющими свойствами (МС-20 грозненское с 3% ЦИАТИМ-339; 2% ДФ-1; 1,5% ПМС; и 0,005% ПМС-200А) с зольностью 0,7—0,8%.

, 2. Прогорание выхлопных клапанов двигателей Д-42 при пере­ воде их с маслаДП-14(Д-14 сЗ % присадки ЦИАТИМ-339) с золь-

56

5. Нарушение нормального искрообразования вследствие от­

улучшают противоизносные свойства масел, повышая их анти­

быть рациональным. Неумеренное использование их может при­ вести к тому, что абразивный износ, получаемый при работе на таких маслах, превысит эффект, получаемый за счет снижения коррозионного износа.

Наиболее эффективным способом снижения абразивного из­ носа является установка в масляной системе эффективных средств очистки масла (полнопоточных и байпасных фильтров, центри­ фуг). Однако полностью предотвратить абразивный износ в зоне цилиндр-поршень таким путем нельзя, потому что абразивные частицы золы, попадающие непосредственно из камеры сгорания на масляную пленку, покрывающую зеркало цилиндра и боковую поверхность поршня, не могут быть отфильтрованы.

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЗОЛЬНОСТИ МАСЕЛ

Определение зольности моторных масел ранее производилось путем выпаривания, сжигания, прокаливания и доведения до постоянного веса несгоревшего минерального остатка в фарфоро­ вых тиглях. В случае отсутствия в масле сернистых соединений зольность масла характеризовала весовой процент окислов ме­ таллов, содержащихся в масле. При сгорании масла в дизеле зола, как правило, представляет собой не окислы, а сульфаты металлов, так как в маслах и топливах содержится достаточное количество сернистых соединений, необходимых для образования сульфатов. Поэтому определение сульфатной зольности путем обработки ми­ нерального остатка серной кислотой после выпаривания и сжи­ гания масла (в платиновых чашечках) более правильно характери­ зует склонность масла к золообразованию.

Несульфатную зольность масла можно пересчитать в сульфат­ ную по величине молекулярных весов окислов и сульфатов метал­ лов пользуясь табл. 17.

Однако при определении несульфатной зольности при наличии в масле или в присадках сернистых соединений, кроме различных окислов металлов могут частично образовываться сульфаты ме­ таллов и подсчет не всегда будет достоверен. Кроме того, при опре­ делении зольности не всегда известен металл присадки, содержа­ щейся в масле; могут быть случаи одновременного содержания нескольких металлов, что затрудняет подсчет.

58

Важной физико-химической характеристикой масла является температура плавления золы присадки. Предложенный ВНИИНП метод определения этой величины

правило, регламентируется нижний предел зольности, что характеризует наличие достаточного количества введенной при­ садки. Но, как видим из предыдущего, не менее важно регламен­ тировать и верхние пределы зольности масла, ибо во многих слу­ чаях излишняя зольность масла неблагоприятно отражается на работе двигателей.

оценки склонности масел к золообразованию в камере сгорания весьма актуальна.

До сих пор не предложено метода, который позволял бы полу­ чать данные, характеризующие склонность масел к золообразо­ ванию в форсированном дизеле. Для разработки такого метода следует выбрать двигатель с высокой термической напряжен­ ностью, чтобы обеспечить максимальные температуры деталей камеры сгорания, необходимые для образования на их поверх­ ности зольных отложений, а также «выжигание» углеродистой (органической) части отложений. Двигатель должен иметь регу­ лируемый расход масла на угар (подача масла вместе с топливом или принудительная лубрикаторная смазка цилиндро-поршневой группы), т. е. обеспечивать возможность установить заранее за­ данный расход масла.

Для изучения золообразующих свойств масел на Ленинград­ ском опытном нефтемаслозаводе им. Шаумяна был использован двигатель СД-12 (рис. 7), имеющий следующие технические данные:

59

Глава III

АНТИКОРРОЗИОННЫЕ, ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ И ИЗНОС ДИЗЕЛЕЙ

1. ВЛИЯНИЕ КОРРОЗИОННОЙ АГРЕССИВНОСТИ МАСЕЛ НА ИЗНОС ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ

- Антикоррозионные свойства масел являются одной из важней­

масла, так как от них зависит основной вид износа — коррозион­ ный. Коррозионный износ, особенно при работе на сернистых топливах, является одной из главных причин, затрудняющих уве­ личение моторесурса двигателей.

Недостаточно высокие антикоррозионные свойства смазочного масла могут быть причиной повышенного износа деталей двига­ теля: цилиндровых втулок (гильз), поршневых колец, штоков кла­ панов, направляющих штоков клапанов и других трущихся сопря­ женных деталей. Особенно большие износы, коррозионные разру­ шения и выкрашивание металла при недостаточных антикоррозион­ ных свойствах смазочного масла наблюдаются у деталей, изготов­ ленных из цветных металлов, в частности, коренных и шатунных вкладышей из свинцовистой бронзы, втулок верхних головок ша­ тунов и направляющих штоков клапанов из оловянистой бронзы. Наблюдается также преждевременное «смывание» свинцовистооловянистых и свинцовисто-индиевых покрытий вкладышей под­ шипников.

Кроме того, масло должно быть коррозионно устойчивым (ста­ бильным), т. е. в процессе работы его в двигателе в нем не должны образовываться коррозионно-активные соединения. Наконец, сма­ зочное масло должно иметь необходимый запас щелочности для нейтрализации кислых продуктов, образующихся при сгорании топлив, содержащих сернистые соединения.

При классификации масел для двигателей внутреннего сгорания учитывается их моющее действие. Существуют надежные методы моторной оценки моющих свойств масел и по этому показателю масла разделяются на группы А, Б, В, Г, Д и Е [2]. Другая важ­ нейшая характеристика — антикоррозионные свойства масла — этой классификацией не учитывается. Одной из основных причин, затрудняющих классификацию масел по этому показателю, яв­ ляется отсутствие у нас отечественных моторных методов оценки коррозионной агрессивности масел.

62

2. МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНОЙ ОЦЕНКИ АНТИКОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

Существует несколько широко распространенных лаборатор­ ных методов оценки антикоррозионных свойств (или коррозионности) смазочных масел. Общим недостатком всех лабораторных методов оценки антикоррозионных свойств масел является то, что оценка производится без учета изменения этих свойств в процессе применения в двигателе, в то время как коррозионная агресивность масел, работавших в двигателе, значительно выше, чем у свежих масел и у разных масел изменяется неодинаково (табл. 19).

Отечественные масла с большим содержанием моющих металл­ содержащих высокощелочных присадок, имеющие большой запас щелочности, в процессе работы в двигателе меньше изменяют коррозионную агрессивность, чем масла с небольшим содержанием металлсодержащих присадок, имеющие незначительный запас щелочности.

Иностранные масла Шелл Талона 30, Шелл Мелина 30, Шелл Арджина 30 в процессе работы в двигателе установки «Питтер W-l» заметно увеличивают коррозионную агрессивность и к свинцу и к свинцовистой бронзе, в то время как масла Шелл Ротелла 30' с меньшим количеством металлсодержащих присадок и Шелл Римула 30 изменяют ее незначительно.

Лабораторные методы оценки коррозионной агрессивности ма­ сел не могут учитывать влияния продуктов сгорания топлива и условий работы масла в двигателе на изменение коррозионной агрессивности масла.

Существенное влияние на коррозионный износ двигателей ока­ зывает трение сопряженных деталей, в результате которого про­ исходит непрерывное разрушение образующейся на поверхности металла пассивирующей пленки. Аналогичные условия трудно создать при проведении лабораторных (немоторных) испытаний. Стандартизованных лабораторных методов оценки коррозионной агрессивности масел с имитированием трения сопряженных дета­ лей не существует.

Наконец, у большинства лабораторных методов оценка кор­

подвергаются коррозионному воздействию по иным закономер­ ностям (табл. 20).

Например, масло МС-20 из малосернистых нефтей по отноше­ нию к свинцу имеет наибольшую коррозионную агрессивность, а к меди и бронзе небольшую; у этого же масла с 3% ЛЗ-325 и

63

Таблица 19

Коррозионная агрессивность масел до и после работы в -двигателе

64