Показатели качества масел

Важнейшими физико-химическими показателями масел, влияющих на долговечность и надежность ДВС, являются: вязкость, индекс вязкости, щелочное число, температура застывания, температура вспышки и испаряемость, термоокислительная стабильность, содержание механических примесей и воды.

Вязкость – является важнейшей характеристикой масла, она определяет величину внутреннего в слое жидкости, определяющего сопротивление ее течению.

За рубежом вязкость масел приято классифицировать номерами (категориями) SAE, численное значение которых придается маслам, вязкость которых лежит в пределах, указанных в табл. 12.1

Таблица 12.1 – Градация масел по вязкости SAE.

Вязкость определяет эффективность смазки, ее способность воздавать пленку между трущимися поверхностями, тем самым, предотвращая их непосредственный контакт, изнашивание и рост температуры в зоне контакта.

Чем выше вязкость, тем выше прочность пленки, тем более высокие удельные давления она выдерживает, тем самым, обеспечивая наиболее благоприятный режим гидродинамической смазки. С ростом вязкости масла растут потери на трение и ухудшается растекание масла, затрудняется его движение в узких щелях и каналах, что может привести к масляному голоданию в наиболее удаленных точках смазки, чаще всего встречающемуся при пуске холодного двигателя.

Чем ниже вязкость тем тоньше и слабее пленка масла между трущимися поверхностями, тем больше вероятность ее локального разрушения и касание поверхностей. Использование масел с низкой вероятностью несет и ряд преимуществ, связанных с уменьшением потерь на трение, повышением текучести масла улучшением отвода тепла из зоны трения. Низкая вязкость масел отрицательно влияет на его расход. В этом случае увеличивается заброс масла в камеру сгорания. Где оно сгорает и вместе с выхлопными газами уходит в атмосферу.

Применение вязких масел увеличивает потери масла на угар. Высоковязкие масла обладают большей склонностью к нагарообразованию, а это влечет за собой потерю подвижности и уплотняющей функции поршневых колец. Итогом является увеличение прорыва газов в картер, в ходе которого происходит сгорания части масляной пленки на зеркале цилиндра и унос ее в виде пара и газов через вентиляционную систему картера.

Масла повышенной вязкости рекомендуется применять в двигателях, режим эксплуатации которых сопряжен с высокими нагрузками, характеризующихся большими давлениями на поверхности трения и высокими температурами.

Индекс вязкости представляет эмпирическую безразмерную величину, характеризующую вязкостно-температурную зависимость масел.

Масла с высоким индексом вязкости (100 и более) характеризуются относительно малым падением вязкости при повышении температуры, малый индекс вязкости свидетельствуют о существенном падении вязкости.

При выборе масел желательно стремятся к использованию масел по возможности с более высоким индексом вязкости (85-100 и выше), т. к. они позволяют обеспечивать более стабильную вязкость в широком диапазоне температуры и тем самым гарантировать сохранение масляной пленки и гидродинамический режим смазки как на малых, так и на высоких нагрузках. Высокий индекс вязкости достигается введением в масла специальных присадок, с помощью которых обеспечивается возможность использовать масла в широком диапазоне температуры от отрицательных (-40°) до высоких положительных (+80÷100°). Этот путь используется при производстве гидравлических масел, применяемых в палубных механизмах, и в всесезонных маслах для автотракторных двигателей.

Общее щелочное число (ОЩЧ) определяется содержанием в миллиграммах едкого кали (КОН) на 1г масла. Наличие щелочного числа у масла указывают на отсутствие неорганической (минеральной)кислоты, обеспечивает защиту деталей от кислотной коррозии, которая может возникать в процессе сгорания содержащейся в топливе серы. Особенно это проявляется в высокофорсированных дизелях и при работе на сернистых топливах. Износы ЦПГ прямопропорциональны содержанию серы в топливе. Поэтому для нейтрализации вредного воздействия продуктов сгорания серы моторные масла содержат специальные присадки. Такие присадки не только надежно нейтрализуют кислоты, но и, обладая хорошими моющими свойствами, в значительной степени способствуют продлению периодов между мотоочистками с обеспечением чистоты поршневых колец и окон продолжительное время.

Термоокислительная стабильность нейтрализует способность масла противостоять действию высоких температур. При работе двигателя масло подвергается температурным воздействиям в трех различных зонах. В первой зоне – камере сгорания – масло подвергается воздействию наиболее высоких температур, в результате чего на деталях отлагаются твердые коксообразные или рыхлые вещества, толщина которых может достигать нескольких миллиметров. Во второй зоне – шатунно-поршневой группе – под воздействием температур образуются лаковые отложения представляющие собой тонкий слой лака (до 100÷200 мкм), который прочно удерживается на поверхности деталей двигателя.

Лак способствует пригоранию поршневых колец, затрудняют отвод тепла. Пригорания колец облегчает проникновение масла в камеру сгорания, снижает компрессию двигателя, что способствует прорыву газов в картер, вызывает чрезмерное трение, повышенный износ деталей ЦПГ, поломку колец, а иногда и заклинку поршня в цилиндре.

В третьей зоне – картере, фильтрах, трубопроводах и других элементах масляной системы – воздействия температур менее заметно, т. к. слой масла большой, а температуры сравнительно малы. Количество образующихся осадков в картере и на фильтрах во многом зависит от антиокислительной способности масла. Осадки представляют большую опасность поскольку могут закупорить маслоканалы, маслопроводы, фильтры и вызвать аварию двигателя.

Старение масла идет в двух направлениях: срабатываются присадки и накапливаются загрязнения. Загрязнение масла происходит за счет неполного сгорания топлива, продуктов рассада самого масла продуктов износа деталей двигателя, пыли и других твердых частиц. Особенно интенсивно загрязняется масло в процессе сжигания топлива повышенной вязкости, которое содержит высокомолекулярные асфальтены, сгорающие очень медленно с образованием адизионных соединений. В двигателе масло подвергается воздействию высоких температур, превращения. Продукты таких превращений (оксикислоты, асфальтены, карбены, карбоиды) нерастворимы в масле и, накапливаясь, существенно увеличивают износы деталей двигателей.

Накопление в масле загрязнений приводит помимо повышения износов к ухудшению моющих свойств, что способствует образованию различных нагаролакоотложений, препятствуют нормальной работе дизеля.

Содержание воды в масле приводит к ряду нежелательных явлений:

- ухудшаются защитные свойства масла из-за истощения моющее-диспергирующих присадок водой, вследствие чего возрастают износы деталей ЦПГ и ускоряется загрязнение двигателя;

- укрупняются загрязняющие частицы, которые осаждаясь в отверстиях, приводят к нарушению режима смазки и повышенным гидравлическим сопротивлениям в системе;

- нарушается гидродинамический режим смазки подшипников (при повышенном содержании воды в масле);

- повышается вероятность поражения масла микроорганизмами, необходимым условием жизнедеятельности которых является наличие воды.

Температура застывания.

Температурой застывания считается та низшая температура, при которой масло теряет свою подвижность. Температура застывания масел, рекомендуемых для циркуляционных систем судовых двигателей, обычно лежит в пределах – -9÷-15°С.

Температура вспышки и испаряемость.

Температурой вспышки является низшая температура, при которой нагреваемое масло испаряется и образующиеся пары, перемешиваясь с воздухом, создают смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Определение температуры вспышки (Т_всп) осуществляется в открытом или закрытом тиглях. Т_всп, полученная в открытом тигле в среднем на 30°. Температура вспышки масел лежит в пределах 200-230°С. Основу смазочных материалов составляют фракции нефти, выкипающие при 200-500°С. Их нагревание в двигателях и механизмах приводит к потере легких фракций, что вызывает изменение углеводородного состава, ухудшение вязкостно-температурных свойств, повышение температуры застывания и, что наиболее важно, – повышенный расход масла. Об испаряемости масла судят по фракционному составу и температуре вспышки. Чем легче фракционный состав, тем при более низкой температуре, выкипают легкие фракции, тем выше будет расход масла.