Совместимость с эластомерами
Совместимость масел с эластомерами оценивается по результатам воздействия масла на резиновые детали уплотнений (сальники, манжеты, прокладки и др.) при продолжительном контакте.
Для повышения стойкости к высокой температуре и уменьшения трения, в эластомеры вводятся противоокислительные, антифрикционные и другие добавки. При воздействии масел и смазок эластомерные детали могут набухать или терять свою эластичность (стареть). Интенсивность старения зависит от свойств самих эластомеров и от температуры и химического состава масла. Эластомеры быстро стареют при воздействии на них продуктов окисления масла - радикалов и гидроперекисей. Отрицательное влияние на эластомеры, особенно при повышенной температуре, оказывают противозадирные (ЕР) присадки. Сера, входящая в состав таких присадок, вулканизирует резину, которая от этого твердеет и уменьшается по объему. В лучшем случае изменение объема эластомеров не должно превышать 6 %, но на практике оно допускается и до 15 %.
Воздействие масла на эластомеры определяется стандартными методами по СЕС L-39-X-95, ISO 1817, DIN 53 521, ASTM D 471. ASTM D 2240, IP 278, ГОСТ 9.030 и др. Оценивается, например, изменение свойств образцов четырех эталонных резин при выдерживании их в масле в течение установленного времени при определенных условиях.
Оценочные показатели:
• увеличение твердости, ед. DIDC;
• изменение напряжения разрыва, %;
• изменение удлинения до разрыва, %;
• изменение объема, %, (увеличение (+), уменьшение (-)).
Биологическая разлагаемость
Биологическая разлагаемость (biodegradability). Это способность вещества подвергаться разрушению микроорганизмами на нетоксичные водорастворимые соединения. Биологическая разлагаемость масел, как свойство становится все более актуальным. Обычные минеральные масла и другие нефтепродукты, а также некоторые синтетические масла не разлагаются биологически и наносят существенный вред окружающей среде в течение продолжительного времени.
В США разработана новая методика определения биоразлагаемости (ASTM D 5864), согласно которой биоразлагаемыми считаются те масла, которые через 28 дней (не считая аклиматизационного периода) разлагаются на 60 %. В Европе пока нет такого метода, поэтому биологическая разлагаемость нефтепродуктов временно определяется по методике СЕС (CEC-L-33-A-93), предназначенной для определения биоразлагаемости моторных масел для двухтактных двигателей, а также по отраслевому стандарту Германии VDMA 24 568, предназначенному для определения биологической разлагаемости гидравлических жидкостей. Растительные масла и жиры животных обладают прекрасной биоразлагаемостью, парафиновые масла разлагаются трудно, а нафтеновые соединения не разлагаются вообще. Легко разлагаются соединения, имеющие сложно-эфирные группы, сравнительно легко разлагаются некоторые синтетические сложно-эфирные и полигликолевые масла. Для улучшения биологической разлагаемости минеральные масла подвергают химической модификации
В последнее время в некоторых странах (Германия, Швейцария, страны Скандинавии) принимаются законы, регламентирующие применение биологически не разлагаемых веществ во многих отраслях. В первую очередь внимание обращается на масла для двухтактных двигателей, попадающие в окружающую среду с выхлопными газами, а также на масла применяемые в тракторах, сельскохозяйственной технике, масла для смазывания цепей бензопил и пластичные смазки. Вследствие этого, производители нефтепродуктов Германии, Австрии, Швейцарии, Франции и других Европейских стран имеют в ассортименте своих продуктов достаточно большое количество биологически разлагаемых масел, гидравлических жидкостей и пластичных смазок. На упаковках таких продуктов наносятся соответствующие знаки (рис. 2.16).
Рис. 2.16. Знаки экологических продуктов: а) знак Европейского Союза;
(б) - "Синий ангел" Германии; (в) "Белая лебедь" стран Скандинавии; (г) - США,
(д) - Японии
Изменение свойств масла в работающем двигателе
Основные изменения свойств масла в работающем двигателе происходят по следующим причинам:
• высокотемпературное и окислительное воздействие;
• механохимические преобразования компонентов масла;
• постоянное накопление:
◊ продуктов преобразования масла и его компонентов;
◊ продуктов сгорания топлива;
◊ воды;
◊ продуктов износа;
◊ загрязнений, попадающих извне в виде пыли, песка и грязи.
Окисление
В работающем двигателе горячее масло постоянно циркулирует и контактирует с воздухом, продуктами полного и неполного сгорания топлива. Кислород воздуха ускоряет окисление масла. Этот процесс происходит быстрее в маслах склонных к пенообразовамию. Металлические поверхности деталей выступают в роли катализаторов процесса окисления масла. Масло нагревается, соприкасаясь с нагретыми деталями (в первую очередь, с цилиндрами, поршнями и клапанами), что значительно ускоряет процесс окисления масла. Результатом могут стать твердые продукты окисления (отложения).
На характер изменения масла в работающем двигателе оказывают влияние не только химические превращения молекул масла, но и продукты полного и неполного сгорания топлива, как в самом цилиндре, так и прорвавшиеся в картер.
Влияние температуры на окисление моторного масла. Выделяются два вида температурного режима двигателя:
• работа полностью прогретого двигателя (магистральный режим)
• работа непрогретого двигателя (частые остановки автомобиля).
В первом случае наблюдается высокотемпературный режим изменения свойств масла в двигателе, во втором - низкотемпературный. Существует множество промежуточных условий работы. При определении уровня качества масла, моторные испытания проводятся как в высокотемпературном, так и в низкотемпературном режимах.
Продукты окисления и изменение характеристик моторного масла Кислоты (acides). Наиболее существенными продуктами окисления масла являются кислоты. Они вызывают коррозию металлов, а на нейтрализацию образующихся кислот расходуются щелочные присадки, вследствие чего ухудшаются диспергирующие и моющие свойства и сокращается ресурс работы масла. Возрастание общего кислотного числа, TAN (total acid number) является основным показателем образования кислот. Кислотное число определяется методами потенциометрического (ASTM 664, ISO 6619-96, ГОСТ 11362-96) и колориметрического титрования (ASTM D 3339).
Углеродистые отложения в двигателе (carbon deposits). На горячих поверхностях деталей двигателя образуются разнообразные углеродистые отложения, состав и строение которых зависят от температуры поверхностей металла и масла. Различают три вида отложений:
• нагар,
• лак,
• шлам.
Необходимо подчеркнуть, что образование и накопление отложений на поверхностях деталей двигателя является результатом не только недостаточной окислительной и термической стабильности масла, но и недостаточной его моющей способности. Поэтому износ двигателя и снижение ресурса масла является комплексным показателем качества масла.
Нагар (varnish, carbon deposits) это продукты термической деструкции и полимеризации (cracking and polymerisation) масла и остатков топлива. Он образуется на сильно нагретых поверхностях (450-950 °С). Нагар имеет характерный черный цвет, хотя иногда может быть белого, коричневого или другого цвета. Толщина слоя отложений периодически изменяется - когда отложений много, ухудшается отвод тепла, повышается температура верхнего слоя отложений и они сгорают. Меньшее количество отложений образуется, в разогретом двигателе, работающем под нагрузкой. По структуре, отложения бывают монолитными, плотными или рыхлыми.
Нагар оказывает отрицательное влияние на работу и состояние двигателя. Отложения в канавках поршня вокруг колец препятствуют их движению и прижиманию к стенкам цилиндра (заклинивание, залипание, прихватывание колец (ring sticking). В результате заклинивания и затруднения движения колец, они не прижимаются к стенкам и не обеспечивают компрессию в цилиндрах, мощность двигателя падает, возрастает прорыв газов в картер и расход масла. Прижимание колец отложениями к стенкам цилиндра приводит к чрезмерному износу цилиндров (excessive wear).
Полирование стенок цилиндров (bore polishing) - отложения на верхней части поршней (piston top land) полируют внутренние стенки цилиндров. Полировка препятствует удержанию и сохраняемости масляной пленки на стенках и значительно ускоряет скорость износа.
Лак (lacquer). Тонкий слой твердого или клейкого углеродистого вещества от коричневого до черного цвета, который образуется на умеренно нагретых поверхностях вследствие полимеризации тонкого слоя масла в присутствии кислорода. Лаком покрываются юбка и внутренняя поверхность поршня, шатуны и поршневые пальцы, стержни клапанов и нижние части цилиндров. Лак значительно ухудшает отвод тепла (особенно поршня), снижает прочность и сохраняемость масляной пленки на стенках цилиндров.
Отложения в камере сгорания (combustion chamber deposits) образуются из частиц углерода (кокса), в результате неполного сгорания топлива и солей металлов входящих . в состав присадок в результате термического разложения остатков масла попадающих в камеру. Эти отложения накаляются и вызывают преждевременное возгорание рабочей смеси (до появления искры). Такое зажигание называется преждевременным или калильным зажиганием (preignition). Это создает дополнительные напряжения в двигателе (детонация), что приводит к ускоренному износу подшипников и коленчатого вала. Кроме того, перегреваются отдельные части двигателя, снижается мощность, повышается расход топлива.
Засорение свечей зажигания (spark plug fouling). Отложения, скопившиеся вокруг электрода свечи, замыкают искровой промежуток, искра становится слабой, зажигание - нерегулярным. В результате этого снижается мощность двигателя и повышается расход топлива.
Смолы, шлам, смолистые отложения (осадки) (resins, sludge, sludgy deposits) в двигателе шлам образуется в результате:
• окисления и других превращений масла и его компонентов;
• накопления в масле топлива или продуктов разложения и неполного сгорания;
• воды.
Смолистые вещества образуются в масле в результате его окислительных превращений (сшивания окисленных молекул) и полимеризации продуктов окисления и неполного сгорания топлива. Образование смол усиливается при работе недостаточно прогретого двигателя. Продукты неполного сгорания топлива прорываются в картер двигателя при продолжительной работе на холостом ходу или в режиме стоп-старт. При высокой температуре и интенсивной работе двигателя, топливо сгорает полнее. Для уменьшения смолообразования в моторные масла вводятся диспергирующие присадки, которые предотвращают коагуляцию и осаждение смол. Смолы, углеродистые частицы, водяной пар, тяжелые фракции топлива, кислоты и другие соединения конденсируются, коагулируют в более крупные частицы и образуют в масле шлам, т.н. черный шлам, (black sludge).
Шлам (sludge) - это суспензия и эмульсия в масле из нерастворимых твердых и смолистых мазеобразных веществ от коричневого до черного цвета. Состав картерного шлама:
• масло - 50-70 %,
• вода - 5-15%,
• горючие, продукты окисления масла и неполного сгорания горючего, твердые частицы - остальное.
В зависимости от температуры двигателя и масла, процессы шламообразования несколько различаются. Различают низкотемпературный и высокотемпературный шлам.
Низкотемпературный шлам (low temperature sludge). Образуется при взаимоимодействии в картере прорывных газов, содержащих остатки топлива и воды, с маслом. В разогретом двигателе вода и топливо испаряются медленнее что способствует образованию эмульсии, которая впоследствии превращается в шлам. Образование шлама в картере sludge in the sump) является причиной:
• возрастания вязкости (загустения) масла (viscosity increase);
• закупоривания каналов системы смазки (blocking of oil ways)',
• нарушение подачи масла (oil starvation).
Образование шлама в коробке распределительного механизма (rocker box) является причиной недостаточной вентиляции этой коробки (foul air venting). Образовавшийся шлам шляется мягким, рыхлым, однако при нагреве (при продолжительной поездке) становится 'Нердым и хрупким .
Высокотемпературный шлам (high temperature sludge). Образуется в результате соединения между собой окисленных молекул масла под влиянием высокой температуры. Увеличение молекулярной массы масла приводит к повышению вязкости.
В дизельном двигателе образование шлама и увеличение вязкости масла вызывается накоплением сажи. Образованию сажи способствуют перегрузки двигателя и увеличение жирности рабочей смеси.
Расход присадок. Расход, срабатывание присадок является определяющим процессом снижения ресурса масла. Наиболее важные присадки моторного масла - моющие, диспергирующие и нейтрализующие, расходуются на нейтрализацию кислотных соединений, одерживаются в фильтрах (вместе с продуктами окисления) и разлагаются при высоких теммпературах. О расходе присадок косвенно можно судить по уменьшению общего щелочного числа TBN. Кислотность масла повышается вследствие образования кислотных продуктов окисления самого масла и серосодержащих продуктов сгорания топлива. Они реагируют с присадками, щелочность масла постепенно уменьшается что приводит к ухудшенню моющих и диспергирующих свойств масла.
Влияние увеличения мощности н форсирования двигателя. Противоокислительные и моющие свойства масла особенно важны при форсировании двигателей. Бензиновые двигатели форсируются путем увеличения степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала, а дизельные - увеличением эффективного давления (в основном при помощи гурбонаддува) и частоты вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения коленчатого вала на 100 оборотов в минуту или при повышении эффективного давления на 0,03 МПа, температура поршня увеличивается на 3 °С. При форсировании двигателей обычно уменьшают их массу, что приводит к увеличению механических и тепловых нагрузок на детали.
Дата добавления: 2021-01-26; просмотров: 432;