Автомобильные эксплуатационные материалы. Рекомендации для подготовки студентов к экзамену, зачету. Учебное пособие

ров присутствия воды приводит к интенсификации тепловыделения и сокращению продолжительности сгорания, что благоприятствует снижению расхода топлива до 2…6 %. Кроме этого, уменьшается дымность отработавших газов из-за влияния водяных паров на процесс газификации углерода (сажи). Таким образом, относительно использования альтернативных топлив с перспективами их применения без учета их стоимости можно сделать следующие выводы:

1.Целесообразно внедрять МТБЭ, так как для работы на бензине с присадкой МТБЭ топливная аппаратура двигателя не требует каких-либо переоборудований. Кроме этого, наличие в бензине МТБЭ позволяет исключить выпуск этилированных бензинов, что дает возможность применять каталитические нейтрализаторы.

2.Бензометанольная 3…5%-ная смесь не требует каких-либо переделок двигателя и перерегулировок топливной аппаратуры, но при этом обеспечивается экономия бензина 1,5…3 %. А бензометанольная смесь с содержанием 15 % метанола способна обеспечить нормальную работу двигателя и экономию бензина до 14 %.

3.Водород как топливо для автомобилей пока широкого применения не находит, так как основная проблема – это взрыво- и пожаробезопасность.

4.Добавление воды к бензину с образованием ВТЭ, а также раздельная их подача в цилиндры двигателя не дают прямой экономии бензина.

Контрольные вопросы

1.Что такое критическая температура и критическое давление сжатого газа?

2.Какие преимущества имеет сжиженный газ перед бензином?

3.Какими методами можно остановить падение мощности двигателя, работающего на сжиженном газе?

4.В чем преимущества сжатых газов перед сжиженными?

5.Каким способом можно повысить эффективность применения сжатого природного газа?

6.Что необходимо сделать, чтобы улучшить пусковые качества двигателя, работающего на чистых спиртах?

7.В чем заключается главное преимущество спиртовых топлив?

8.Что такое метанол и как его получают?

41

9.Что такое этанол, как его получают и в чем его преимуще-

ство?

10.Что такое газоконденсатные топлива?

11.Вчемзаключаютсяположительныеиотрицательныекачества метилтретичнобутилового эфира?

12.В чем преимущества двигателя, работающего на бензоводородной смеси?

13.Какие антидетонационные факторы водотопливной эмульсии положительно влияют на работу бензинового двигателя?

14.Что происходит в цилиндрах дизельного двигателя, работающего на водотопливной эмульсии?

42

Раздел II Смазывающие материалы

Назначение смазывающих материалов и требования к их качеству вытекают из условий работы узлов трения. Поэтому основная роль смазочных материалов заключается:

•в уменьшении износа трущихся деталей;

•снижении затрат энергии на преодоление сил сопротивления

вузлах трения;

•отводе тепла от трущихся деталей;

•защите рабочих поверхностей от коррозии;

•улучшении компрессии цилиндропоршневой группы;

•обладании моющими свойствами;

•защите поверхностей деталей от нагаров, ухудшающих теплоотдачу.

Таким образом, все смазочные материалы обеспечивают нормальное функционирование систем автомобилей.

Смазочные материалы классифицируются:

•по агрегатному состоянию – жидкие (масла), пластичные (смазки), твердые или сухие;

•по природе сырья – нефтяные (минеральные), животные, растительные, синтетические;

•по способам получения – дистиллятные и остаточные. Смазочные материалы делятся на моторные масла, пластичные

смазки, масла для специальных гидроприводов.

Наибольшее применение в эксплуатации находят жидкие смазочные материалы – масла и мазеобразные продукты – пластичные смазки. Они могут быть минерального либо органического происхождения.

Минеральные (нефтяные) смазочные материалы являются основной группой выпускаемых смазочных масел (более 90 %). Их производят переработкой мазута.

43

Органические смазочные материалы (растительные и животные масла) обладают хорошей смазывающей способностью, но плохой стойкостью к действию повышенной температуры.

Синтетические смазочные материалы лишены недостатков, которыми обладают минеральные и органические, наоборот, они обладают хорошими эксплуатационными свойствами.

Мазеобразные продукты (пластичные смазки) получают загущением минеральных масел. Они необходимы для работы в вакуумной среде при очень низких и высоких температурах. Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные.

Глава 5 Моторные масла

К моторным маслам предъявляются высокие эксплуатационные требования:

•обладать оптимальными вязкостными свойствами на всех режимах эксплуатации;

•иметь хорошую смазывающую способность;

•обеспечивать химическую стойкость;

•быть устойчивыми к процессам испарения, выпаривания присадок, вспенивания и образования эмульсии;

•надежно защищать трущиеся поверхности деталей от коррозии. Чтобы эти требования были выполнимы, у масла должны быть

важнейшие свойства:

•вязкостно-температурные;

•противоизносные (смазывающие);

•диспергирующие (моющие);

•противокоррозионные;

•противоокислительные и др.

Эти свойства моторного масла являются основными показателями, которые характеризуют качество смазывания, распределение масла по поверхности трения, потери энергии на трение и износ деталей двигателя.

5.1. Вязкостно-температурные свойства

Вязкость – это свойство масла, оказывающее сопротивление перемещению его слоев под действием внешней силы, т. е. следствие

44

внутреннего трения масла, возникающего между молекулами. Различают вязкость масла динамическую и кинематическую.

Динамическая вязкость – это текучесть масла в экстремальных условиях, т. е. при низкой температуре в условиях пуска холодного двигателя и при высокой температуре, когда скорости сдвига близки к реальным.

Считают, что если две поверхности масла площадью в 1 м2 сдвигаются в течение 1с под действием силы в 1 Н на расстояние 1 м, то единицей измерения динамической вязкости в этом случае будет пуаз, который обозначается η, H · с/м2.

Кинематическая вязкость ν характеризует текучесть масла при нормальной и высокой температурах. Единицей измерения является стокс (Ст = см2/с) или сантистокс (сСт = мм2/с).

Сповышением температуры вязкость масла понижается, а с понижением – возрастает.

Сповышением давления вязкость возрастает. При этом величина давления в масляной пленке, заключенной между трущимися поверхностями, может быть значительно выше, чем сами нагрузки на эти поверхности. Вязкость жидких масел возрастает меньше. Зависимость вязкости масла от давления определяют по уравнению Гуревича.

От вязкости моторного масла зависят эксплуатационные факторы двигателя:

• быстрота запуска двигателя;

• прокачивание масла по системе смазки;

• охлаждение трущихся деталей;

• очистка деталей от загрязнения.

Вязкость увеличивается, если в масле накапливаются продукты окисления, сгорания и износа.

Если происходит утечка топлива из системы питания и оно попадает в картер двигателя, то масло разжижается. Наличие в масле легких топливных фракций делает масло огнеопасным и характеризуется температурой вспышки, на которую влияет атмосферное

давление. Чтобы определить температуру вспышки масла, используют формулу

tвсп = tP + 0,0345 (760 − P),

где tвсп – определяемая температура вспышки; tP – температура вспышки масла при атмосферном давлении P; P – атмосферное дав-

45

ление в момент определения температуры вспышки. Интенсивность изменения вязкости с повышением или пониже-

нием температуры определяется показателем, который называется

индексом вязкости (ИВ).

Индекс вязкости характеризует работоспособность узла трения. Поэтому в стандартах на масла параметр ИВ нормируется в количественном выражении.

У всесезонных масел высоки индексы вязкости − 115…140. Но для автомобильных моторных масел индекс вязкости должен быть не менее 90.

Масла повышенной вязкости требуются для двигателей высоконагруженных, низкооборотных (тихоходных) или работающих в условиях напряженного теплового режима.

Масла с меньшей вязкостью применяют для легконагруженных высокооборотных (быстроходных) двигателей.

Свойство, при котором масло теряет свою текучесть, называется застыванием. При понижении температуры до определенной величины текучесть масла снижается, а при дальнейшем понижении оно застывает. Процесс происходит следующим образом: с увеличением вязкости масла из него выделяются высокоплавящиеся углеводороды (парафины и церезин), а при потере текучести масла микрокристаллы твердых углеводородов (парафины) образуют пространственную кристаллическую решетку, которая связывает все масло в единую неподвижную массу.

Температура, при которой масло полностью теряет свою текучесть, называется температурой застывания.

Нижний температурный предел применения масла на 8…12 °С выше температуры застывания, т. е. tо.в = tз − (8…12), где tо.в – нижний температурный предел окружающего воздуха,°С; tз – температура застывания масла.

Снижения tз добиваются двумя путями: депарафинизацией – частичным удалением парафинов и добавлением присадок-депрес- сантов в процессе производства масла.

Депрессанты предотвращают образование кристаллической решетки, когда кристаллы парафина объединяются в объемные структуры.

Таким образом, вязкостно-температурные свойства масла предопределяют надежную и экономичную работу двигателя на всех режимах его работы.

46

5.2.Противоизносные (смазывающие) свойства

Сповышениемтемпературымаслаегоадсорбционныйслойослабляется, а при t = 150…200 °С прочность масляной пленки достигает грани сухого трения и разрушается.

Поэтомуспособностьмаслапрепятствоватьизносуповерхностей трения и образованию на этих поверхностях прочной пленки, которая исключает контакт деталей, говорит о том, что такое масло об-

ладает противоизносными (смазывающими) свойствами.

Смазывающие свойства масла зависят:

•от вязкости масла;

•вязкостно-температурной характеристики масла;

•его смазывающей способности;

•чистоты масла.

Чем ровнее поверхность трения, тем меньше механические и больше молекулярные трения, и наоборот. С другой стороны, на мелкошероховатой поверхности масло удерживается лучше.

О смазывающей способности, или «маслянистости», масла судят по его химическому составу, вязкости и наличию присадок. На маслянистость масла оказывают влияние смолистые вещества, высокомолекулярные кислоты и сернистые соединения, которые мо- гутсодержатьсявмаслахиобладатьповерхностно-активнымисвой- ствами.

Беззольные органические соединения, содержащие в себе металлы: никель, кобальт, молибден, хром – являются основой антифрикционных присадок, которые вводят в масла для снижения потерь на трение. Дело в том, что поверхностно-активные вещества образуют в узлах трения многослойные защитные пленки с внедрением легирующих металлов в зону трения. Например, атомы молибдена способны связывать атомы железа и образовывать структуры, стойкие к местному выкрошиванию металла (питтингу), кроме этого в результате окисления поверхностных слоев молибден образует оксиды, температура плавления и твердость которых на порядок ниже, чем у металла поверхности трения.

Таким образом, от смазывающих свойств масла в значительной мере зависит скорость изнашивания деталей.

47

5.3. Противоокислительные свойства масла

При хранении моторного масла и в процессе работы двигателя оно изменяет свой химический состав: окисляется, полимеризуется и разлагается. При этом в нем образуются коксовые, смолистые, асфальтеновые и другие вещества.

Первичными продуктами окисления являются перекисные соединения углеводородов, и в дальнейшем окислительная полимеризация их продолжается еще по двум направлениям:

кислоты – оксикислоты – эфиры –

– кислые смолы

Углеводородные

перекиси

Смолы – асфальтены – карбоны –

– карбонады

Из углеводородных групп, находящихся в масле при высоких температурах, легче всего окисляются алкановые, затем циклановые и ароматические углеводороды. Если атмосферное давление повышенное, то процесс окисления ускоряется. Решающее влияние на этот процесс оказывает температура. Поэтому при работе двигателя тепловая напряженность его деталей резко ухудшает качество моторного масла.

Продолжительность работы масла в двигателе зависит от его химической стабильности, т. е. от способности масла сохранять свои первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах.

На стабильность масла оказывают влияние многие факторы:

•химический состав масла;

•температурные условия;

•длительность окисления;

•каталитическое действие металлов и продуктов окисления;

•размер площади окисления;

•присутствие в маслах воды и механических примесей.

Кроме этого, повышение тепловой напряженности деталей зависит от конструкции двигателя и принципов его работы. В результате воздействия этих факторов возможен износ деталей и загрязнение масла продуктами окисления. Для замедления реакции окисления

48

вмасла вводят противоокислительные присадки, действие которых основано:

•на замедлении и торможении образования активных радикалов

вначальной стадии процесса окисления;

•разложении образовавшихся перекисей;

•переводе их в устойчивое к окислению состояние;

•остановке распространения цепных реакций;

•уменьшении действия окисей и солей металлов на процесс окисления.

Таким образом, чтобы остановить окислительный процесс рабочего моторного масла, а также при его стационарном хранении, и не допустить его химического изменения, необходимо присутствие

вмасле противоокислительных присадок.

5.4.Противокоррозионные свойства масла

Коррозионный процесс, разрушающий поверхностный слой металлических деталей, обычно усиливается, когда двигатель эксплуатируется или хранится в условиях жаркого или морского климата, т. е. с повышением влажности и температуры воздуха двигатель подвергается коррозионному воздействию.

Моторное масло при этом играет двойную роль: с одной стороны, оно защищает поверхности деталей от агрессивного влияния внешней среды, а с другой – масло само вызывает коррозию из-за присутствия в нем веществ, обладающих коррозионным действием.

Причиной этого является содержание в масле перекиси органических и неорганических кислот, сернистых соединений и щелочей. В работающем масле перекисей накапливается еще больше и коррозионность его усиливается.

Всвежих маслахобычносодержится15…20%сернистыхсоединений в виде сульфидов и компонентов остаточной серы, которые при высоких температурах приводят к выделению сероводорода (H2S), меркаптанов и других активных продуктов. Попадая в условия высоких температур, сернистые соединения становятся агрессивными к цветным металлам (медь, свинец, цинк и др.). Содержание кислот в работающем масле возрастает примерно в 3…5 раз. Показателем коррозионной стойкости масла является кислотное число, которое не должно превышать 0,4 мг едкого калия КОН (гидроксида калия) на 1 г масла.

49

Находящаяся в свежем масле кислота слабо диссоциирует, а в работающем масле при высоких температурах кислоты, образующиеся при окислении масла, становятся наиболее опасными. Их низкомолекулярная масса обладает повышенной коррозионной агрессивностью из-за хорошей растворимости в воде и лучшей диссоциации.

Кислород, входящий в состав перекисей, в присутствии свободногокислородаи водыпагубно действуетнаметаллы.Металлыподвергаются электрохимическому растворению:

Металл + H2O + 0,5 О2 → Металл (OH2)

Если в картер двигателя вместе с парами воды попадают серный (SO2) и сернистый (SO3) ангидриды, то в результате химической реакции образуются серная и сернистая кислоты, очень коррозионноагрессивные к цветным металлам и сплавам.

Коррозионные процессы подавляют следующими способами:

•нейтрализацией кислых продуктов;

•замедлением процесса окисления;

•созданием на металле защитной пленки.

Чтобы замедлить образование перекисей кислот, в масло вводят антиокислительные присадки, которые, однако, полностью не предотвращают накопление окислительных продуктов. Тогда дополнительно в масло вводят пассиваторы.

Пассиваторы – это органические соединения, содержащие серу и фосфор, которые способствуют образованию на поверхности деталей стойких защитных пленок.

Кроме этого, в масла вводят присадки, обладающие щелочными свойствами, для нейтрализации кислых продуктов. Чтобы нейтрализовать основные соединения, используют соляную кислоту HCl, количество которой должно соответствовать (быть эквивалентно) количеству гидроксида калия KОН, т. е. HCl = KOH, HCl + KOH = = KCl + H2O. Но количество соляной кислоты HCl расходуется полностью на нейтрализацию всех основных соединений, содержащихся в 1 г масла, и не должно превышать 2…6 мг. Понижение этого числа говорит о том, что у масла повышенная коррозионность.

Таким образом, щелочное число масла показывает, как нейтрализованы основные соединения с помощью соляной кислоты HCl. Но выражаетсяоноопределеннымколичествомгидроксидакалияKOH, который равен (эквивалентен) количеству соляной кислоты HCl.

50