6.3. Класифікація мастильних матеріалів

Надійна робота машин та механізмів в умовах впливу різноманітних факторів (температура, тиск, навантажен­ня, швидкості відносного руху тертьових поверхонь та ін.) забезпечується застосуванням різних видів та сортів масти­льних матеріалів.

За походженням усі мастильні матеріали поділяють на:

• нафтові чи мінеральні,

• органічні (рослинного або тварин­ного походження),

• синтетичні та змішані, що містять у своє­му складі у різних співвідношеннях нафтовий і синтетич­ний компоненти.

За агрегатним станом розрізняють чотири групи мас­тильних матеріалів:

• рідкі,

• пластичні,

• тверді,

• газоподібні.

Звичайно під час експлуатації масло виконує одну чи кілька функцій. Тому в промисловості виробляють масла, що мають певне призначення й забезпечують у цій галузі найбільший ефект. Залежно від призначення масла поді­ляють на:

• моторні,

• трансмісійні,

• гідравлічні,

• індустріаль­ні,

• іншого призначення.

7. Масла для двигунів внутрішнього згоряння

7.1. Умови роботи й вимоги до якості масел

Удосконалення конструкції двигунів, підвищення рівня форсування навантажувальних і швидкісних режимів їх ро­боти та розширення діапазону кліматичних умов експлуата­ції техніки ставлять високі вимоги до якості масла. Якість масла є одним з вирішальних факторів, що визначають працездатність двигунів внутрішнього згоряння.

Основним призначенням моторного масла є зменшення тертя, зниження спрацювання й запобігання задиру кон­тактуючих поверхонь. Однак роль змащувального матеріалу в двигунах внутрішнього згоряння не обмежується цими функціями. Крім здатності адсорбуватися на поверхнях тер­тя з утворенням граничних змащувальних шарів моторне масло є тепловідводячим і хімічно активним по відношенню до матеріалів деталей середовищем, що набуває особливо­го значення в тяжких специфічних умовах роботи пар тертя що визначаються високими контактними тисками й швид­костями переміщення, температурними режимами, агресив­ністю середовища продуктів згоряння.

Умови роботи масла в двигуні внутрішнього згоряння різко відрізняються залежно від типу змащувального вузла тертя.

Так тиск поршневих кілець на стінки циліндра змінює­ться по ходу поршня в межах 0,5...2,0 МПа при швидкості ковзання від 0 (у верхній та нижній мертвих точках) до 15 м/с.

Тиск у зоні тертя підшипників колінчастого вала досягає 20—30 МПа. При цьому залежно від режиму роботи двигу­на суттєво змінюється частота обертання колінчастого вала.

Високі контактні навантаження 500...700 МПа й вище характерні для пари тертя між кулачком й штовхачем меха­нізму газорозподілення.

Важливим фактором, що характеризує умови роботи масла в двигуні є температура. Інтервал температур, при якому працює моторне масло, різноманітний, залежно від конструкції, режиму роботи двигуна й температури оточуючого середовища. Перед пуском двигуна в зимових умовах температура масла в картері й на поверхнях тертя знижує­ться до —З0°С й нижче, а під час роботи на номінальному режимі перебуває в межах 80...110°С й вище. Масло зазнає високих термічних дій під час роботи двигуна при взаємодії з високотемпературними газами. Так температура газів у камері згоряння досягає 2500°С. Температура газів, які про­риваються з камери згоряння у картер через ущільнюючу масляну плівку, в зоні циліндро-поршневої групи на такті стиску становить 150...450°С у карбюраторних двигунах й 500...700°С у дизелях. Різко підвищується теплова напру­женість двигунів внутрішнього згоряння при використанні наддуву. Одним з основних критеріїв, що визначають вимо­ги до моторних масел, є температура поршня в зоні першо­го поршневого кільця. Для сучасних автотракторних двигу­нів з використанням сучасних високоякісних моторних ма­сел вважається допустимою температура канавки першого поршневого кільця 220...240°С. Більш високі температури при тривалій експлуатації двигуна можуть викликати при­горяння поршневих кілець.

З підвищенням температури тертьових поверхонь погір­шується змащувальна властивість через низьку в'язкість, спрацьовування в ньому присадки, збільшується кількість високотемпературних відкладень.

Для сучасних автотракторних двигунів характерні та­кож низькотемпературні режими, пов'язані з частими пус­ками й зупинками, тривалою роботою на холостому ходу. При зниженій температурі циліндро-поршневої групи вини­кає небезпека конденсації в канавках поршня води й кис­лот з газів, що прориваються в картер. Краплини води, яка сконденсувалася на поверхнях поршневого кільця, підхоп­люються потоком газу й разом із маслом потрапляють у кар­тер двигуна. Підвищення вмісту води в картерному маслі погіршує умови його роботи, бо інтенсифікує утворення про­дуктів окислення, головним чином оксикислот—найбільш небажаних для двигуна. Крім того, при зниженій температу­рі поршня у воді, яка конденсується, розчиняються наявні в продуктах згоряння палива СО₂, СО, SО₂, SО₃ та інші спо­луки, утворюючи кислоти, що викликають інтенсивну коро­зію деталей двигуна.

Враховуючи все викладене моторне масло розглядають як складову змащувальної системи двигуна. Воно може дов­го й надійно виконувати свої функції лише при відповід­ності фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей тим термічним, механічним і хімічним впливам, яких масло за­знає в змащувальній системі двигуна й на поверхнях змащувальних та охолоджуваних деталей. Тільки при взаємній відповідності хіммотологічної системи «моторне масло — конструкція двигуна — умови експлуатації» може бути до­сягнута висока експлуатаційна надійність двигуна.

До якостей моторного масла для кожного типу двигуна внутрішнього згоряння залежно від умов його експлуатації ставиться ряд вимог, часто специфічних. При високих тем­пературах моторні маслі повинні зберігати досить високу в'язкість для забезпечення необхідного режиму мащення й створення надійного ущільнення між поршнем і гільзою.

При низьких температурах навколишнього середовища в'язкіснотемпературні властивості масла повинні забезпе­чувати можливість легкого запуску двигуна.

В'язкість масла особливо важлива для створення гідро­динамічного режиму мащення, наприклад у шатунних та корінних підшипниках колінчастого вала.

Для забезпечення мінімального спрацювання в умовах граничного мащення масла повинні мати здатність модифі­кувати тертьові поверхні й нейтралізувати утворені при роботі продукти кислотного характеру.

Через високі термічні впливи, яких зазнає масло в дви­гуні, ставляться високі вимоги до його окислювальних влас­тивостей й антикорозійних якостей, особливо по відношенню до кольорових металів. Крім того, моторні масла повинні мати миюче-диспергуючу властивість по відношенню до не­розчинних забруднень у поєднанні з ефективною нейтралі­зуючою дією, забезпечуючи чистоту деталей у всіх темпера­турних зонах двигуна.

В останній час велике значення надається захисним влас­тивостям масла для двигунів, працюючих на низькотемпе­ратурних режимах, а також під час роботи з короткочасни­ми і тривалими перервами в роботі.

До деяких моторних масел ставлять специфічні додатко­ві вимоги. Так масла, загущені в'язкісними присадками, по­винні мати досить високу стійкість до механічної та терміч­ної деструкції, для масел судових двигунів особливо важ­лива вологостійкість присадок й мала емульгованість з водою.