Исходя из требований к смазочным маслам, наибольшее значение имеют следующие их свойства:
- вязкость;
- вязкостно-температурные свойства;
- температура застывания;
- противоизносные свойства;
- химическая стабильность;
- коррозионное воздействие на металлы;
- содержание механических примесей и воды.
Вязкость – основная характеристика физико-химических свойств масла.
Вязкость – способность жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее слоев под воздействием приложенной к ней внешней силы. Силами, препятствующими перемещению слоев жидкости, являются силы молекулярного притяжения.
Чем больше эти силы, тем большей вязкостью обладает жидкость. Внешне вязкость проявляется в подвижности жидкости – чем меньше вязкость, тем жидкость подвижнее.
С повышением вязкости масла уменьшается износ деталей двигателя, так как повышенная вязкость способствует образованию жидкостного слоя трения.
В двигателе внутреннего сгорания более вязкие масла надежнее уплотняют цилиндро-поршневую группу и предотвращают прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя, лучше герметизируют неплотности в сальниках, уплотнительных прокладках крышек картеров, предохраняя масла от утечки.
|
|
Наряду с преимуществами масла повышенной вязкости, применяемые в двигателях, имеют и недостатки:
- увеличиваются затраты энергии на трение;
- затрудняют циркуляцию масла в смазывающей системе;
- ухудшают охлаждение деталей и фильтрацию масла.
Маловязкие масла лучше отводят теплоту, очищают смазывающую систему от продуктов окисления и других загрязнений, лучше фильтруются.
Однако маловязкие масла легче проникают в камеры сгорания двигателей, где испаряются и сгорают (рисунок 4.1).
|
Рисунок 4.1 – Зависимость расхода масла в двигателе на угар
от его вязкости
По этим соображениям для смазки двигателей обычно выбирают масла по возможности небольшой вязкости, но такие, которые бы обеспечивали в сборочных единицах жидкостное трение. Нормативный расход масла СТМ определяем по зависимости
, (4.1)
где К – нормативный коэффициент масла, полученный по среднестатистическим данным (для автомобилей с бензиновыми двигателями он равен 0,024; с 4-х тактными дизелями – 0,032);
СТТ – расход топлива.
Кинематическая вязкость масла γ, мм2/с, определяется по формуле
, | (4.2) |
где μ – динамическая вязкость, Па·с;
ρ – плотность, кг/м3.
Вязкость всех жидкостей, в том числе и моторных масел, зависит от температуры.
При оценке моторного масла знание величины его вязкости при какой-то одной определенной температуре еще недостаточно, надо знать насколько изменяется вязкость масла при изменении его температуры.
|
|
Для оценки вязкостно-температурных свойств моторного масла приняты три показателя:
- отношение кинематической вязкости при плюс 500С к вязкости при плюс 1000С;
- вязкость при 00С;
- индекс вязкости.
Чем меньше отношение кинематической вязкости масла при плюс 50°С и вязкость при плюс 1000С, тем более пологой будет вязкостно-температурная кривая в данном интервале температур. Для моторных масел это отношение лежит в пределах 4…9.
Значение вязкости при 00С позволяет оценить ход кривой вязкости в области низких температур.
Например, М-4З/6-В1 с вязкостью при 00С не более 6·10-6 м2 /с обладает более пологой вязкостно-температурной кривой в области низких температур, чем масло М-10-Г2, у которого вязкость при 00С может достигать 16·10-6 м2/с (рисунок 4.2).
|
1 ‑ М-10Г2-К, 2 ‑ М-4з/6-В1
Рисунок 4.2 – Зависимость вязкости масел от температуры
Индекс вязкости ‑ условный параметр, отражающий результат сопоставления по вязкостным показателям данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно-температурные свойства одного из которых приняты за 100, а второго ‑ за 0 единиц. Чем выше индекс вязкости, тем лучше вязкостно-температурные свойства масла.
Исследованиями установлено, что пуск двигателя оказывается достаточно легким и не сопровождается, как и последующий прогрев, интенсивным износом только при условии, если вязкость масел не превосходит критического значения, равного для автомобильных двигателей 104 м2/с.
Для облегчения пуска двигателей возникла серьезная необходимость получения масел с пологой вязкостно-температурной характеристикой.
Использование специальных загущенных масел позволяет производить пуск двигателей при температурах до минус 400С без применения средств подогрева.
Приоритет в создании загущенных масел на специальной масляной основе, отличающихся исключительно хорошими низкотемпературными свойствами, принадлежит нашей стране (Е.Г. Семинидо).
Загущенные моторные масла получают путем добавления в маловязкую масляную основу (например, веретенное масло АУ с вязкостью 3·10-6 м2/c при 1000С) в количестве 2-5% специальных полимерных загушающих присадок (полиметакрилат, полиизобутилен и др.). При отрицательных температурах вязкость этого масла также увеличивается, но в 5-6 раз меньше, чем у обычных незагущенных масел.
Использование для двигателей загущенных всесезонных масел, обеспечивающих надежную их работу в рабочем диапазоне рабочих температур – одно из важнейших требований, предъявляемых к маслам на современном этапе. Широкое применение в эксплуатационных условиях загущенных масел дает существенный технико-экономический эффект ‑ облегчается пуск двигателя, снижаются механические потери на трение, на 3-7% повышается мощность двигателя, экономится топливо, увеличивается долговечность деталей и срок службы масел.
При работе двигателей на загущенных маслах достигается экономия топлива – до 5% при длительных пробегах и до 15% при коротких пробегах в зимнее время с частыми пусками.
К недостаткам загущенных масел относят низкую стабильность загущающих присадок при высоких температурах, что вызывает ухудшение вязкостно-температурных характеристик при длительной работе их в двигателях.
При охлаждении масла до определенной температуры оно теряет подвижность – застывает. Показателем, характеризующим подвижность масел при низких температурах, является температура застывания. Несмотря на некоторую условность этого показателя, по нему ориентировочно судят о нижнем температурном пределе применения масел. На практике считают, что масло можно применять при температуре воздуха на 10–150С выше температуры его застывания.
|
|
Показатель температуры застывания имеет большое значение. Застывшее масло нельзя слить без разогрева из цистерны, перекачать обычными средствами или заправить смазывающую систему.
Пуск двигателя с застывшим маслом практически невозможен.
Введение в масла депрессорных присадок (депрессоров) вызывает большое снижение (депрессию) температуры застывания. Например, депрессатор АзНИИ, добавленный в количестве 0,3-0,5%, понижает температуру застывания масла на 15-200С. Согласно нормативно-технической документации температура застывания для масел: М-8В1 ‑ минус 250С, M-43/6B1 ‑ минус 420С; М-63/10В ‑ минус 400С.
Под противоизносными свойствами масла понимается его способность образовывать на трущихся поверхностях прочную пленку, препятствующую непосредственному контакту трущихся поверхностей и уменьшающую трение между ними. Такая пленка способна также изолировать металл от коррозионно-агрессивных продуктов.
Противоизносные свойства масел связаны с явлениями адсорбции и химического взаимодействия присадок с металлом. В зонах контакта образуются прочные сульфидные и фосфидные пленки. Противоизносные присадки обычно содержат фосфор и серу (ЭФО, ЛЗ-23К, ОТП и др.).
Противоизносные свойства масла в значительной мере зависят от условий эксплуатации, режимов работы двигателей и агрегатов трансмиссии.
Износ деталей может резко возрасти от попадания в масло пыли. Система фильтрации масла должна надежно задерживать все абразивные загрязнения (пыль, продукты износа, частички нагара и т.д.).
Под химической стабильностью понимается противоокислительная устойчивость масла, то есть способность его противостоять изменению своих свойств при воздействии кислорода и других способствующих окислению факторов.
В результате окисления изменяется химический состав масла и, как правило, ухудшаются его эксплуатационные свойства. Решающее влияние на процесс окисления имеет температура. В течение пяти лет сохраняют свои первоначальные свойства масла, хранящиеся при температуре 18–200С, то есть в них практически не содержатся непредельные углеводороды. Но уже с температуры плюс 50–600С скорость окисления масел с повышением температуры на каждые 100С примерно удваивается. От химической стабильности зависит срок работы масла.
|
|
Наиболее эффективными антиокислительными присадками, препятствующими образованию в масле кислот и других агрессивных соединений, являются присадки ДФ-11, НП-360, вводимые в масло в количестве 0,1–0,5%.
Коррозионность масел обуславливается наличием органических или минеральных кислот, которые содержатся в них или образуются в процессе работы двигателя.
Особенно подвержены коррозии детали из свинцовистой бронзы, которые под воздействием коррозии в масле разрушаются в 450 раз быстрее оловянистого баббита.
Органические кислоты всегда имеются в небольшом количестве. Содержание неорганических кислот, в виду их особой коррозионности, в масле не допускается.
Противокоррозионным эффектом обладают присадки, содержащие в своем составе серу, фосфор, осерненное масло, ДФ-11, ДФ-1, и др.
Степень коррозионности масел оценивается путем определения величины потери металла при его соприкосновении с маслом в определенных условиях (в граммах с площади 1 м2 за определенный период).
Механические примеси – это вещества, находящиеся в масле во взвешенном состоянии.
В свежем масле без присадок содержание механических примесей недопустимо, так как примеси абразивного характера вызывают усиленный износ трущихся деталей.
В маслах с присадками допускается небольшое содержание примесей неабразивного характера. Содержание примесей, нерастворимых в бензине: для бензиновых – не более 1%, для дизелей – не более 3%.
Вода в масле крайне нежелательна и вредна. Содержащаяся в масле вода способствует образованию осадков, разрушает присадки, приводит к вспениванию масла и вызывает коррозию металлов. Стандартом предусматривается отсутствие в масле воды. Однако допускается в летний период эксплуатации содержание воды не более 0,3%.