Дополнительные присадки

Моющие присадки

Моющие присадки являются поверхностно-активными веществами (ПАВ), которые предотвращают агломерацию (слипание) нерастворимых продуктов окисления с последующим их отложением на деталях двигателя. Моющие присадки по своему действию делят на детергенты и дисперсанты.

Детергенты являются поверхностно-активными веществами, обладающими моющими свойствами, защищающими поверхность деталей от прилипания и скопления на них продуктов окисления. Анионными детергентами обычно бывают маслорастворимые алкилбензолсульфонаты, фосфонаты и другие аналогичные соединения. Некоторые сульфонаты имеют щелочные свойства и являются эффективными нейтрализаторами кислых продуктов окисления. Сульфонаты, фосфонаты и другие детергенты являются солями металлов, поэтому при сгорании они образуют заметное количество золы. Такие присадки называют высокозольными. В настоящее время, наряду с этими, применяются также и новые органические синтетические детергенты, которые при сгорании не образуют золы. Они называются малозольными (или беззольными) присадками. В маслах для современных двигателей обычно применяются сложные композиции, включающие оба вида детергентов. Особую активность детергенты проявляют в горячем двигателе.

Дисперсанты подавляют агломерацию и слипание продуктов окисления, образование шлама или осаждение смолистых отложений на поверхности деталей. Дисперсанты поддерживают коллоидные частицы продуктов окисления и загрязнений во взвешенном состоянии. В основном они обеспечивают чистоту непрогретого двигателя. При эффективной работе дисперсантов моторное масло темнеет, а диспергированные мелкие продукты окисления не забивают фильтр и не осаждаются на горячих деталях двигателя.

Эмульгаторы. Эти соединения понижают поверхностную энергию жидкостей, вследствие чего вода в масле образует стойкую эмульсию и не выделяется в отдельный слой. Эмульгаторами служат детергенты.

Противопенные присадки. Пенообразование срывает нормальную работу системы смазки: смазывание трущихся поверхностей становится недостаточным из-за разрывов масляной пленки, ухудшается работа гидравлических систем, ускоряется процесс окисления масла в присутствии кислорода воздуха. Пенообразованию способствует интенсивное перемешивание масла. Вязкие масла являются более склонными к пенообразованию, особенно при низких температурах и в присутствии влаги. Антиокислительные и моющие присадки также усиливают пенообразование. В составе противопенных присадок обычно содержатся силиконовые масла-полиалкилсилоксаны и некоторые другие полимеры. Силиконовые масла разрушают стенки крупных пузырей, а полимеры- уменьшают количество мелких пузырей.

Присадки для обкатки и восстановления двигателя. Обычные смазочные масла для этой цели малоэффективны. Для обкатки применяются специальные масла с химически активными присадками обкатки, при воздействии которых увеличивается износ выступов на поверхностях трения. Выступы выравниваются и прирабатываются. Масла для обкатки применяются в течении относительно короткого срока, и только до приработки поверхностей.

Восстановительные присадки - это суспензия порошка мягких металлов (меди и олова) в масле. Такие присадки не только уменьшают износ поверхностей трения, но и в некоторых случаях металлизируют их, восстанавливая прежние размеры. Однако применение восстановительных присадок в составе товарных масел для двигателей внутреннего сгорания, по мнению всех автопроизводителей, является недопустимым.

Свойства и методы их определения

Свойства смазочного масла определяется по основным характеристикам качества и по явлениям, происходящим в масле при эксплуатации. На этом основании свойства делятся на следующие группы:

Физические и химические свойства;

Вязкостные свойства;

Смазывающие свойства;

Противокислительные свойства;

Моющие свойства;

Антикоррозионные свойства;

Показатели состава;

Свойства, характеризующие безопасность обращения, хранения и транспортировки

Определяемые характеристики свойств должны быть наиболее близкими к реальным, проявляющимся в условиях эксплуатации. Для этой цели применяется несколько методов испытаний:

- Лабораторные методы химического и физико-химического анализа; они проводятся в условиях стационарных и мобильных лабораторий по стандартным методикам и позволяют оценивать свойства смазочных материалов при производстве, применении и контроле качества;

- стендовые лабораторные испытания проводятся на специальных приборах и оборудовании, имитирующих условия работы агрегатов; эти методы предназначены для непосредственной оценки одного или нескольких эксплуатационных свойств прдукта; испытания проводятся по стандартным методикам и позволяют гораздо быстрее и экономичнее, чем при эксплуатационных испытаниях, оценить реальные свойства продукта; их используют для контроля и при классификации по уровням качества

- стендовые моторные испытания проводятся на действующих агрегатах, установленных в лабораториях и оснащенных целым комплексом измерительных приборов; одновременно определяются многие эксплуатационные характеристики при различных режимах работы агрегата; это длительные испытания с целью всесторонней оценки всех свойств масла; их используют для присвоения класса качества и допуска на применение;

- дорожные испытания, проводимые при эксплуатации конкретного автомобиля или другой техники в течение определенного времени и в строго регламентированных условиях.

Цвет и прозрачность. Качество и товарный вид масла иногда оценивается по его цвету и прозрачности. В большинстве случаев, за исключением применения твердых противозадирных присадок (дисульфид молибдена, графит и т.п.), прозрачность масла должна быть полной, без видимых механических включений. Цвет масла зависит от присутствия темных смолистых веществ и от свойств нефти, из которой оно изготовлено. Нет прямой зависимости между цветом масла и содержанием смолистых веществ, особенно если масло выработано из нефти разных месторождений. По цвету масла можно лишь приблизительно судить о качестве его очистки. Иногда цвет является показателем товарного вида масла, так как покупатель склонен оценивать качество масла по его цвету. Готовое товарное масло в большинстве случаев не окрашивается и бывает от светло- желтого до темно- коричневого. Такой натуральный цвет масла определяется и численно выражается по стандартам ISO 2049, ASTN D 1500, ГОСТ 20284-74 и др. при сравнении масла с набором цветных эталонов, которые нумеруются от 0,0 (белый) до 8,0 (очень темный коричневый).

0,0 - белый

1,0 - светло- желтый

2,0 - желтый

3,0 - темно- желтый

4,0 - очень светлый коричневый

6,0 - светло коричневый

7,0 - темно- коричневый

8,0 - очень темный коричневый

На практике, некоторые потребитель пытаются по цвету работающего масла определять необходимость его замены. Однако, потемнение масла в двигателе является естественным и показывает, что масло выполняет свои моющие и диспергирующие функции. Таким образом, потемнение масла не может быть принято за основу показателя снижения ресурса работоспособности и необходимости замены. Некоторые масла окрашиваются в яркие цвета. В красный цвет окрашиваются жидкости ATF, чтобы отличить из от других масел и облегчить обнаружение утечки. Масло для двухтактных двигателей окрашиваются в зеленый, синий или красный цвет для обозначения присутствия в топливе.

Температура вспышки - это самая низкая температура, при которой пары нагреваемого нефтепродукта образуют с окружающим воздухом такую смесь, которая вспыхивает от открытого огня, но быстро гаснет из-за недостаточно интенсивного испарения. При дальнейшем нагревании достигается ТЕМПЕРАТУРА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ, при достижении которой масло горит не менее 5 секунд. Температура вспышки почти всегда указывается в списке типовых характеристик. Она связана с фракционным составом масла и структурой молекул базовых компонентов и является важной по нескольким причинам. Во-первых, это показатель пожароопасности масел, поэтому предпочтительнее более высокое значение температуры вспышки. Во-вторых, она показывает присутствие летучих фракций в масле, которые быстрее испаряются в работающем двигателе (расход масла на угар). В-третьих, при анализе работающего масла, по понижению температуры вспышки легко определяется разбавление масла топливом. Температура вспышки определяется двумя методами- в открытом и закрытом тигле. Обычно численные значения, найденные этими двумя методами, различаются примерно на 20 градусов Цельсия.

Температура застывания или температура потери текучести- это самая низкая температура, при которой масло еще обладает способностью течь. По зарубежным стандартам температурой застывания называется температура, которая на 3 градуса выше действительной температуры затвердевания- при которой масло в течение 5 сек. Находится в неподвижном состоянии. Температура застывания указывает только на возможность переливания масла, не прибегая к дополнительному подогреву.

Химические свойства и характеристики

Общее щелочное число (TBN)- показывает общую щелочность масла, включая вносимую моющими и диспергирующими присадками, которые обладают щелочными свойствами. Общее щелочное число выражается через количество гидроокиси калия (KOH) в мг, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, находящихся в 1 гр. масла (мг KOH/г).

Общее кислотное число (TAN)- как моторное так и трансмиссионное масло может содержать и кислотные, и щелочные компоненты, содержание которых может быть определено раздельно. Кислотные компоненты нового масла имеют слабую кислотность, которая не оказывает заметного влияния на коррозию металлов и называется общим кислотным числом масла. TAN масла выражается через количество гидроокиси калия в мг необходимое для нейтрализации слабых кислот, находящихся в 1 гр. масла и определяется по стандартным методикам ASTM D664 и ГОСТ 11362-96. При анализе работающих масел ATF, а также трансмиссионных и моторных масел, иногда определяется TAN, как один из показателей, характеризующих образование кислот при окислении масел.

Содержание серы - это показатель для оценки сернистости масла. Соединения серы попадают в масло из нефти или с серосодержащими присадками. По содержанию серы в масле без присадок делаются выводы об антикоррозионных

Свойствах базового масла. При наличии серосодержащих присадок, содержание серы указывает на их наличие.

Коксуемость, склонность к коксованию. При достаточно высокой температуре масло разлагается и образуются твердые углеродистые продукты. Термостойкость масла определяется его склонностью к коксованию. Коксование- это образование твердого кокса при нагревании масла без доступа кислорода. Коксуемость – склонность масла при нагревании образовывать остаток с последующим термическим разложением остатка масла в отсутствии воздуха. Это показатель для чистого масла так как присадки могут оказывать значительное влияние на коксуемость. Поэтому коксуемость определяется только для базовых масел.

Зольность - это количество золы, образующееся при сгорании масла. Чистое свежее масло без присадок должно сгорать без остатка. Образование золы из масла без присадок является показателем его засоренности. Присадки в товарном масле значительно увеличивают зольность. Зольность определяется путем сжигания установленного количества масла в открытом тигле с последующим прокаливанием остатка и выражается в процентах от начальной массы масла. Сульфатная зольность- это показатель содержания присадок, в основном органических соединений металлов. Золу составляют продукты окисления органических соединений металлов- окиси и сульфаты металлов (MgO, BaO, CaO). Для сравнения зольности разных масел, все окиси металлов переводятся в сульфаты. Масло нагревается до образования твердого углеродистого остатка, который обрабатывается серной кислотой для превращения окисей металлов в сульфаты. Затем прокаливается при температуре 775 градусов до образования сульфатной золы. Сульфатная зольность для автомобильных масел определяется по стандартам ASTM или ГОСТ и выражается в процентах от начальной массы масла.

Вязкостные свойства

Вязкость - это внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Вязкость масла, во первых, является показателем его смазывающих свойств так как от вязкости масла зависит качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения и, тем самым, износ деталей. Во-вторых, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя и других агрегатов. Вязкость- основная характеристика масла, по величине которой частично делается выбор масла для применения в конкретном случае. Вязкость масла зависит от хим. Состава и структуры соединений, составляющих масло и является характеристикой масла как вещества. Кроме этого, вязкость масла зависит и от внешних факторов- температуры, давления и скорости сдвига, поэтому рядом с числовым значением вязкости всегда должны указываться условия определения вязкости. Вязкость определяется в капиллярных или ротационных вискозиметрах.

Вязкость характеризуется двумя показателями - кинематической и динамической вязкостью. Динамическая вязкость обычно определяется ротационным вискозиметром. Кинематическая вязкость это отношение динамической вязкости к плотности. Кинематическая вязкость характеризует текучесть масел при нормальной и высокой температурах. Методы определения этой вязкости относительно просты и точны. Стандартным прибором в настоящее время считается стеклянный капиллярный вискозиметр, в котором измеряется время истечения масла при фиксированной температуре. Стандартными температурами являются 40 и 100 градусов Цельсия.

Динамическая вязкость обычно определяется ротационными вискозиметрами. Вискозиметры разной конструкции имитируют реальные условия работы масла. Обычно выделяются крайние значения температуры и скорости сдвига.

Низкотемпературная вязкость запуска двигателя – является показателем способности масла течь и смазывать узлы трения в холодном двигателе. Она определяется при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS (Cold Cranking Simulator)

Вязкость прокачивания - является мерой способности масла течь и создавать необходимое давление в системе смазки в начальной стадии работы холодного двигателя.

Стабильность к сдвигу это способность масла сохранять постоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига при эксплуатации. При быстром скольжении поверхностей трения достигается высокая скорость течения масла в узких зазорах и проявляется высокая деформация сдвига, которая вызывает деструкцию молекул полимеров входящих в состав масла. Устойчивость к деформации сдвига является важным показателем для масел, применяемых в современных высокоскоростных, высоконагруженных, мощных и малогабаритных двигателях. Способность масла сохранять стабильную вязкость определяется временем в течении которого вязкость изменяется до определенной величины. При сравнительно не большой деформации сдвига полимерные молекулы только раскручиваются, а после снятия напряжения смогут восстановить свою конфигурацию и вязкость. Такое снижение вязкости называют временным.

Зависимость вязкости от давления - при повышении давления уменьшается объем, усиливается взаимное притяжение молекул и увеличивается сопротивление течению, т.е. вязкость масла увеличивается. При повышении температуры имеет место противоположный процесс и вязкость масла уменьшается.

Индекс вязкости – это эмпирический безразмерный показатель для оценки зависимости вязкости масла от температуры. Чем выше численное значение индекса вязкости, тем меньше вязкость масла зависит от температуры.

Смазывающие свойства – смазывание при работе пары трения можно наблюдать разные явления смазывания, которые зависят от нагрузки, скорости скольжения и от состояния материалов смазки. В нормальным условиях между поверхностями трения, находиться жидкий слой масла, такое смазывание называется – гидродинамическим, когда сила трения зависит только от вязкости масла. При увеличении нагрузки или при повышении температуры основная часть масла выдавливается из межповерхностного пространства и на поверхностях трения остается только тонкая пленка адсорбированного масла. Такое смазывание называется граничным. Сила трения в таком случае уже не зависит от вязкости масла, а износ определяется стойкостью адсорбционной пленки и ее адгезии к металлу (т.е. липкостью масла). Для повышения липкости в масла вводятся специальные липкостные присадки, которые уменьшают трение и износ в условиях граничной смазки. При критической нагрузке или предельном давлении трущиеся поверхности нагреваются до критической температуры (более 150^оС), при которой адсорбционная пленка разрушается, трение усиливается, а поверхности металла нагреваются и свариваются в точках их соприкосновения, если в масле присутствуют активные соединения серы, фосфора, хлора – противозадирных присадок, то на местах наибольшего трения активные соединения разлагаются, с выделением активных элементов которые реагируют с металлом и образуют на его поверхности сульфидную, хлоридную или фосфидную, хемосорбционную пленку (пленку твердой смазки). Эта пленка является более стойкой, чем адсорбционная пленка масла, кроме того, она химически связана с металлом, и поэтому может предохранять трущиеся поверхности от износа и уменьшать трения в условиях высокой температуры и давления, активные элементы наиболее интенсивно реагируют с металлом, на выступах контактирующих поверхностей, благодаря чему трущиеся поверхности выравниваются и полируются. Хемосорбционная пленка предохраняет трущиеся поверхности от схватывания и задиров. Наибольший эффект в предохранении от износа и сваривании деталей достигается при применении хорошо подобранных и совмещенных липкостных и противозадирных присадок.

Нагрузочные, несущая способность – это способность масляной пленки к самоудержанию на поверхности металла и к защите металла от интенсивного износа в условиях высокой нагрузки, скорости сдвига и температуры. Нагрузочная способность масла определяется методами исследования смазывающих свойств (ЧШМ и FZG) оп изменению скорости износа и по величине предельной нагрузки. Иногда нагрузочную способность в конкретном испытании называют ОК нагрузкой и выражают в Ньютонах.

Фрикционные свойства. Трение. Для передвижения сопряженных поверхностей необходима сила для преодоления трения. Эта сила называется силой трения. Сила трения от нагрузки, т.е. от силы, прижимающей поверхности одну к другой и от свойств поверхностей. Каждый материал обладает постоянной величиной трения, которая называется коэффициентом трения. При рассмотрении вопроса трения в узлах и механизмах автомобилей основным является наружное трение твердых тел, различают трение качения и трение скольжения. Сила трения скольжения зависит от нагрузки и коэффициента трения. Коэффициент трения качения во много раз (около 10) ниже коэффициента трения скольжения. Трение можно уменьшить разделением поверхностей тонким слоем жидкого или пластичного смазывающего материала.

Расход энергии на преодоление трения составляет значительную часть общего расхода энергии, поэтому возможностям уменьшения трения уделяется большое внимание. Введение в моторное масло присадок повышающих липкость или модификаторов трения приводит к уменьшению коэффициента трения и усилению адсорбционной пленки на трущихся поверхностях деталей, что позволяет применять масла с пониженной вязкостью и уменьшать расход топлива на преодоление трения.

Фрикционные свойства масел являются важными в нескольких случаях. Во первых масло должно уменьшить трение трущихся поверхностей и их износ. Кроме этого на автомобилях устанавливаются механизмы, работа которых основана на трении – сцепление, тормоза и другие фрикционные элементы.

Противоизносные свойства. Эти свойства заключаются в способности смазочных материалов снижать процесс изнашивания трущихся деталей за счет образования на них граничного слоя, препятствующего непосредственному контакту трущихся поверхностей. Изнашивание деталей происходит в результате механического, абразивного, гидроабразивного, коррозионно-механического и окислительного воздействия на трущиеся поверхности и отделения материала с поверхности твердого тела при трении с постепенным изменением размеров и формы тела.

Изнашивание- процесс разрушения и отделения материала с поверхности трения, сопровождаемый изменением размеров и формы тела.

Износ- результат изнашивания, это разрушение твердых тел с отщеплением от поверхности частиц вещества материала.

Задир- образование в результате схватывания различимой невооруженным глазом борозды с оттеснением материала как в стороны, так и по направлению скольжения.

Заедание, залипание, заклинивание- наиболее яркая форма проявления схватывания, в результате которого может произойти полное заклинивание деталей. Заедание наблюдается в тяжелонагруженных подшипниках скольжения, зубчатых зацеплениях, шарнирных соединениях, в деталях ЦПГ.

Усталостное изнашивание- это разновидность механического изнашивания, при котором от усталости металл выкрашивается с поверхности трения. Усталостное изнашивание обычно проявляется в подшипниках качения и на профилях зубьев шестерен.

Эрозионно-механическое изнашивание- изнашивание, вызываемое совместно механическим и химическим или электрохимическим воздействием на поверхности трения. Коррозия ускоряет механическое изнашивание. По своему механизму эрозионно-механическое изнашивание бывает окислительным и питтингоэрозионным.

Окислительное или коррозионное изнашивание- механическое изнашивание, вызываемое химической реакцией поверхности металла с кислородом или другой окисляющей средой. Примером такого изнашивания может служить изнашивание стенок цилиндра дизельного двигателя и вкладышей подшипников коленвала при применении сернистого топлива.

Методы определения смазывающих свойств.

Испытания смазывающих свойств показывают, в какой мере масло выполняет свои основные функции- уменьшает силу трения и предохраняет детали от износа. При испытаниях имитируются реальные условия режимов трения. На практике существует довольно много частных случаев смазывания и поэтому имеется относительно много методов испытаний смазочных свойств. Наиболее часто моделируется трение скольжения на небольшой поверхности. В ходе испытания постепенно повышается нагрузка и/или скорость скольжения и измеряется или регистрируется сила трения и ее изменение, а также износ поверхностей трения. Из полученных данных рассчитываются критические параметры: критическая нагрузка, нагрузка сваривания, нагрузочная способность масла, показатель степени износа и пр.

Метод четырех шариков. это наиболее распространенный и информативный метод определения смазывающих свойств масел и смазок. Четырехшариковая машина трения (ЧШМТ или ЧМТ) с точечным контактом, была разработана компанией Шелл.

Методом ЧМТ определяются: характер износа, кривая износа, показатель износа (в условиях граничного трения- по пятнам износа шариков), критическая нагрузка, нагрузка сваривания (по точкам перегиба на кривой износа) и индекс задира (по предельному давлению). Характер изменения степени износа от нагрузки показывает противоизносные свойства масла или смазки при постоянной нагрузке, которая ниже критической. В ходе испытания периодически измеряется диаметр пятен износа на нижних шарах и рассчитывается среднее значение износа. Интенсивность износа от начала и до сваривания зависит от способности смазочного материала уменьшать износ и характеризуется индексом задира. В начальном интервале нагрузки износ поверхностей трения происходит в условиях граничного трения и является пропорциональным нагрузке. В этом режиме соотношение между нагрузкой и соответствующим ей износом является постоянной величиной и может характеризовать противоизносные свойства масла или смазки. Индекс нагрузки выражается в Ньютонах.

Метод FZG (Four-square gear oil test), называемый также методом Немана. Это один из основных методов определения противоизносных и противозадирных свойств трансмиссионных масел. Свойства масел определяются при помощи двух цилиндрических шестерней, погруженных в исследуемое масло. Шестерни, находящиеся под нагрузкой прокручиваются по 15 минут при постепенном повышении нагрузки и измерении потери массы шестерен. Испытание заканчивается по достижении потери массы в 10 мг или после 12 циклов (если потери не достигают 10 мг). Смазывающие свойства масла выражаются через число выдержанных циклов повышения нагрузки. Кроме этого, определяется предельная нагрузка, при которой шестерни начинают застревать, она называется ОК нагрузкой и выражается в Ньютонах.

Метод Тимкен (Timken extreme pressure test). Этим методом определяются противозадирные свойства масла при предельной нагрузке, т.е. критическую нагрузку задира или Тимкен ОК нагрузка, которая выражается в Ньютонах. Это нагрузка, которую может выдержать масляная пленка на поверхности трения до появления задира в условиях данного эксперимента. Такая нагрузка показывает нагрузочную способность масла.

		Схема метода Тимкена по определению противозадирных свойств масла.

Ни один из приведенных методов не позволяет определить абсолютные параметры трения и износа или подобрать масло для конкретного применения в двигателях внутреннего сгорания, но дает возможность сравнивать качество применяемых присадок в определенных рабочих условиях (малые скорости скольжения и высокие нагрузки). Определение смазывающих свойств моторных масел возможно только при проведении испытаний на реальных двигателях.

Определение стабильности к окислению.

Окисление масла. Масло как и все углеводородные соединения легко окисляется. Процесс окисления масла ускоряется при: повышении температуры, увеличении доступа кислорода, каталитческом действии ионов некоторых металлов, механическом напряжении в условиях большой скорости сдвига и т.п.

Стойкость к окислению. Стабильность к окислению или антиокислительная стабильность это способность масла противостоять окислению. Окисление углеводородов является многостадийным процессом. В начале окисления накапливаются исходные продукты- перекиси, которые впоследствии резко ускоряют процесс. Этот первый этап окисления практически не вызывает заметных изменений физических свойств масла и называется индукционным периодом. Его продолжительность служит показателем стойкости масла к окислению. Изучение хода реакции окисления по расходу кислорода является одним из наиболее простых и точных методов изучения окисления органических соединения. Определяются два показателя- индукционный период расхода кислорода и скорость расхода кислорода после индукционного периода. Стабильность к окислению моторного масла для бензиновых двигателей методом поглощения кислорода тонким слоем.

После индукционного периода начинаются другие самоускоряющиеся реакции окисления, заметно изменяющие химические и физические свойства масла. Образуются кислоты, смолы, увеличивается вязкость масла. Из смол на нагретых поверхностях образуются углеродистые отложения, нагар, лак, накопление которых может привести к повышенному износу, заклиниванию колец, толкателей и др. кислые продукты окисления способствуют коррозии деталей двигателя. Кроме того, продукты окисления ускоряют старение резиновых деталей.

Процесс окисления масла в двигателе протекает при высокой температуре. Такое окисление имеет свои особенности и называется термоокислением.

Стабильность к термоокислению- это показатель, оценивающий стойкость моторного масла к образованию нагара на горячих поверхностях цилиндропоршневой группы. Испытание проводится путем нагревания металлической поверхности с тонким слоем масла до испарения летучих фракций. Остаток масла разделяется на фракцию масла и на нагар. Стабильность масла к термоокислению – это время (в минутах) в течение которого масло, нагретое до температуры 250 градусов Цельсия превращается в остаток, состоящий из 50% фракций масла и 50% нагара. Это испытание имитирует реальные условия работы моторного масла.

Ход термоокисления, характер продуктов и его последствия в реальных условиях эксплуатации автомобиля являются сложными и завися от: температуры масла и деталей двигателя, взаимодействия с продуктами сгорания топлива и др.

Термоокислительные процессы ухудшают эксплуатационные свойства и поэтому стойкость к окислению является одной из основных характеристик масел. Для оценки стойкости моторных масел к окислению, при определении их уровня качества, используют не только лабораторные, но и стендовые (моторные) испытания, которые наиболее близко соответствуют реальным условиям эксплуатации.

Определение моющих свойств.

Способность смывать загрязнения внутри двигателя является одной из важнейших характеристик современного масла, т.к. безотказная работа двигателя в течение продолжительной эксплуатации возможна только при сохранении чистоты всех его деталей. Чистыми должны быть поршневые канавки поршней, чтобы кольца не теряли подвижность, сами поршни, чтобы обеспечить отвод тепла, а также масляные каналы, клапанный механизм, кулачки и другие трущиеся детали. Ресурс работы масла обусловлен главным образом его моющими свойствами, поэтому почти во всех моторных испытаниях моющим свойствам уделяют большое внимание.

Двигатель загрязняется ввиду интенсивного окисления масла, контактирующего с горячими поверхностями деталей. Отложения и кокс заполняют кольцевые канавки, уменьшают подвижность колец, лак и смолистые отложения покрывают все остальные детали двигателя, а смолы образуют в картере шлам, который способствует закупориванию масляного фильтра и масляных каналов. Масло должно препятствовать образованию продуктов окисления и не допускать их отложения на поверхностях деталей. Если при продолжительной работе двигателя детали не загрязняются, считается, что масло обладает хорошими моющими свойствами. Моющие свойства моторных масел оцениваются непосредственно чистотой деталей двигателя и косвенно общим щелочным числом (TBN) и коксуемостью.

Чистота двигателя. – это комплексная характеристика, включающая в себя не только моющие свойства масла, но и его стойкость к окислению, а также способность подавлять коксо и смолообразование. Смолистые отложения практически не образуются пока в масле находятся моющие присадки. Моющие свойства масел определяются при помощи стендовых моторных испытаний. Чистота каждого типа двигателя определяется разными методами испытаний, при которых устанавливаются разные режимы работы двигателя (предельно высокая температура и частота вращения коленвала, неполный прогрев двигателя в режиме старт- стоп и т.д.). Общая моющая способность определяется после разборки двигателя и оценки количества загрязнений на отдельных деталях.

При моторных испытаниях моющая способность масла определяется по следующим показателям:

Бензиновый двигатель:

Отложения при высокотемпературном окислении (150 С)

Заклинивание колец

Заклинивание толкателей

Лакообразование

Отложения на межкольцевой части поршня

Отложения на подушках коромысла

Отложения при низкотемпературном окислении (46- 100 С)

Лакообразование на юбке поршня

Лакообразование в двигателе

Заклинивание колец

Отложения на крышке клапанного механизма

Отложения на поршне

Дизельный двигатель:

Засорении верхней кольцевой канавки

Отложения на поршне

Отложения кокса на верхней части поршня

Моющие свойства масел непосредственно оказывают влияние на полировку стенок цилиндров. В США моющая способность масла оценивается по прихватыванию колец и количеству загрязнений (отложений) в кольцевых канавках. Для этого проводятся испытания на двигателях Caterpillar в разных режимах работы согласно стандарту ASTM.

Определение антикоррозионных свойств

Коррозионность масла. Углеводороды, составляющие масло, не корозионны. Источниками коррозионности масел являются: продукты сгорания сернистого топлива, продукты окисления масла, вода попадающая в масло с продуктами сгорания или из окружающей среды, некоторые хлор-, фтор- и серосодержащие противозадирные присадки.

В бензине содержится до 0,1%, а дизельном топливе до 0,5% серы. При попадании продуктов сгорания в картер, оксиды серы превращаются в серную и сернистую кислоты. Образовавшиеся кислоты могут быть нейтрализованы щелочными присадками.

При окислении масла образуются органические кислоты, которые способствуют коррозии цветных металлов вкладышей подшипников. Процесс образование органических кислот в масле подавляется путем введения противоокислительных присадок. Коррозионный износ цветных металлов и ржавление усиливаются в присутствии воды, поэтому содержание воды в свежем масле лимитируется. В процессе эксплуатации вода попадает в моторное масло как компонент продуктов сгорания топлива, а также вместе с влагой воздуха. Антикоррозионные присадки блокируют поверхности деталей путем образования сплошной адсорбционной пленки.

Лабораторными методами коррозионность масла оценивается по следующим характеристикам:

Содержание водорастворимых кислот и щелочей

Кислотное число

Содержание серы

Содержание воды

Характер коррозии медной или другой металлической пластинки

Коррозионность масла чаще всего определяется методом воздействия на металлическую пластинку. Испытанию подвергаются только те металлы, которые контактируют с маслом и являются наиболее чувствительными к воздействию коррозии. Коррозионность масла в присутствие воды определяется по стандарту ASTM D665 и оценивается, терминами «соответствует» или «не соответствует». Примером коррозии может послужить коррозия деталей клапанной системы. Такая коррозия проявляется при:
Низкой температуре, например при езде с недостаточно прогретым двигателем (старт-стоп режим)

Продолжительном простое автомобиля

Конденсации паров воды и кислот на поверхностях деталей

Последствиями коррозии являются повышенный износ и возможное залипание клапанов.

(в масло погружаются медные и свинцовые пластины, которые показывают коррозионное воздействие масла. После испытания осматривается поверхность пластин и измеряется потеря массы)

Склонность к пенообразованию.

При интенсивном перемешивании и взбалтывании работающего масла, в нем может образовываться пена, которая ухудшает его смазывающие и защитные свойства, ускоряет окисление, уменьшает производительность масляного насоса. Вспениваемость зависит от химического состава масла, вязкости, поверхностного натяжения, наличия присадок, условий эксплуатации и др.

По стандарту ASTM D892 вспениваемость определяется через два показателя- склонность к пенообразованию и стабильность пены. Склонность к пенообразованию определяется как объем пены, образующийся в масле в градуированном мерном цилиндре, прогретом до 24С и продуваемом воздухом в течение 5 мин. Объем пены после определенного интервала времени отстаивания (по ASTM 10 мин.) определяется как стабильность пены.

При повышении температуры и уменьшении плотности масла, склонность к пенообразованию увеличивается, а стабильность пены уменьшается. Моющие, вязкостные, противоизносные, антикоррозионные присадки увеличивают вспениваемость масел. Склонность к пенообразованию значительно увеличивается при наличии в масле воды. Вспениваемость масел уменьшают путем введения в их состав противопенных присадок (в основном силиконовых жидкостей).

Совместимость с эластомерами.

Совместимость масла с эластомерами оценивается по результатам воздействия масла на резиновые детали уплотнений (сальники, манжеты, прокладки и т.п.) 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 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 (EP) 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 допускается и до 15%.

Воздействие масла на эластомеры определяется стандартными методами по ГОСТ, ASTM и т.д. 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

Изменения напряжения разрыва %

Изменения удлинения до разрыва %

Изменение объема, % (увеличение (+), уменьшение (-))

Биологическая разлагаемость.

Биологическая разлагаемость – это способность вещества подвергаться разрушению микроорганизмами на нетоксичные водорастворимые соединения. Б.Р. масел, как свойство становится все более актуальным. Обычные минеральные масла и другие нефтепродукты, а также некоторые синтетические масла не разлагаются биологически и наносят существенные вред окружающей среде в течение продолжительного времени.

В США разработана методика определения биоразлагаемости согласно которой биоразлагаемыми считаются те масла, которые через 28 дней (не считая акклиматизационного периода) разлагаются на 60%. В Европе пока нет такого метода, поэтому биоразлагаемость нефтепродуктов временно определяется по методике, предназначенной для определения биоразлагаемости моторных масел для двухтактных двигателей, а также по отраслевому стандарту Германии предназначенному для определения биоразлагаемости гидравлических жидкостей. Растительные масла и жиры животных обладают прекрасной биоразлагаемостью, парафиновые масла разлагаются трудно, а нафтеновые соединения не разлагаются вообще. Легко разлагаются соединения, имеющие сложноэфирные группы, сравнительно легко разлагаются некоторые синтетические сложноэфирные и полигликолевые масла. Для улучшения биоралагаемости минеральные масла подвергают химической модификации.

Классификации и спецификации