Что такое моющие свойства масел

Что такое моющие свойства масел

Тема 8.1

Классификация масел

Моторные масла

Условия работы и причины старения

Старение масла происходит вследствие загрязнения его пылью, продуктами износа, сгорания топлива и физико-химических изменений углеводородов.

Старение масла может вызвать:

— закоксовывание поршневых колец;

— заклинивание клапанов в направляющих втулках;

— сокращение проходных сечений маслоприемников насосов, фильтров, каналов смазочной системы;

— повышение коррозии деталей;

Старение масла происходит вследствие загрязнения его пылью, продуктами износа, сгорания топлива и физико-химических изменений углеводородов.

Старение масла обусловлено его работой, которая происхо­дит в условиях высоких термических и динамических нагрузок и сопровождается такими факторами, которые вызывают глубокие физико-химические изменения свойств материала и ухудшение их эксплуатационных показателей. К этим факторам относятся: использование наддува; форсирование скоростных и нагрузоч­ных режимов работы двигателя; уменьшение удельной емкости смазочной системы.

В зависимости от температуры, при которой происходит окисление масла, могут образовываться шламы, лаки и нагар.

Шламы — это густые мазеобразные липкие темного цвета продукты, образующиеся при невысоких температурах (как пра­вило, не более 120 °С), выпадающие из масла в виде осадка и со­здающие отложения в картерах, масляных магистралях, фильт­рах и пр.

Шламы состоят на половину или на две трети из масла, а остальное — вода (5—35 %), топливо, продукты окисления, пыль, продукты износа.

Удаляются шламы из двигателя путем промывки его мало­вязким маслом или специальными промывочными жидкостями.

Лаки представляют собой прочные тонкие пленки толщиной 50—200 мкм с гладкой поверхностью, образующиеся на горячих деталях двигателя при температуре порядка 250 °С, где наряду с испарением часть масла окисляется и разлагается, превращаясь в твердый осадок. Лаковые отложения состоят из углерода (до 85 %), водорода, кислорода и имеют цвет от светло-желтого до черного.

В качестве растворителя лаков применяют бензол, хлоро­форм, ацетон и щелочные растворы.

Нагар — это твердая углеродистая масса с шероховатой по­верхностью, чаще черного цвета, образующаяся в камере сгора­ния, где температура более 2000 °С.

При работе на этилированном бензине нагар на 50 % состоит из соединений свинца. Основными элементами, образующими нагар при работе на неэтилированном бензине, являются угле­род (до 75 %), кислород (до 20 %) и водород (до 5 %).

В составе отработавшего масла всегда больше кислот, его коррозионность выше, а моющие свойства по сравнению со све­жим маслом того же сорта хуже. Качество работающего масла ухудшается из-за попадания в него воды. Особенно интенсивно идет образование воды при низких температурах, когда водяные пары соприкасаются с холодными стенками картера.

Эксплуатационные свойства

Смазочные свойства моторных масел имеют большое значение для нормальной работы кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов двигателя. В цилиндропоршневой группе, где возникают наибольшие силы трения, высокие смазочные свойства масел во многом определяют ресурс двигателя до его капитального ремонта. Не меньшее значение имеет постоянное наличие надежной масляной пленки в зоне контакта опорных и шатунных шеек коленчатого вала с подшипниками скольжения. Смазочные свойства моторных масел определяют испытаниями на стендах или автомобилях. В лабораторных условиях они оцениваются на четырехшариковой машине (рис. 1) при заданных осевых нагрузках, определяя индекс задира, критическую нагрузку, нагрузку сваривания и показатель износа. В испытываемое масло помещается неподвижная обойма с тремя закрепленными шариками, расположенными в горизонтальной плоскости. Над обоймой вращается шпиндель с закрепленным в нем четвертым шариком. Шарик в патроне находится в центре между трех других шариков и, вращаясь, может прижиматься к ним с заданной нагрузкой.

Рис. 1. Рабочий узел четырехшариковой машины трения:

1 — неподвижные шарики (3 шт.); 2 — вращающийся шпиндель с шариком; 3 — масло

Показатель износа, критическую нагрузку и индекс задира определяют по диаметрам пятен износа каждого из трех нижних шариков и добиваются понижения износа сопрягаемых деталей, изменяя состав масла. Для этого противозадирные и противоизносные свойства масел повышают добавлением к ним соответствующих присадок, создающих на поверхности металла трущихся деталей прочные пленки, кроме того, регулируют вязкость масла.

Моющие свойства — способность масла обеспечивать необ­ходимую чистоту деталей двигателя и противостоять лакообразованию на горячих поверхностях, а также препятствовать прили­панию углеродистых отложений.

Диспергирующие свойства определяют способность масла препятствовать слипанию углеродистых частиц, удерживать их в состоянии устойчивой суспензии и разрушать крупные частицы продуктов окисления.

Антиокислительные свойства определяют стабильность масла.

Противокоррозионные свойства оцениваются уровнем потерь массы металла, контактирующего с маслом в определенных условиях.

Присадки применяют для придания маслам новых свойств или изменения показателей. Многофункциональные присадки улучшают одновременно несколько свойств масел.

Присадки применяют для придания маслам новых свойств или изменения показателей. Присадки могут быть:

— антиокислительные — повышают антиокислительную устойчивость;

— противокоррозионные — защищают металлическую поверхность от коррозионного воздействия кислото- и серосодержащих продуктов;

— моюще-диспергирующие — способствуют снижению отложения продуктов окисления на металлических поверхностях;

— противоизносные, противозадирные и антифрикционные — улучшают смазочные свойства;

— депрессорные — понижают температуру застывания;

— вязкостные — улучшают вязкостно-температурные свойства;

— антипенные — предотвращают вспенивание.

На преодоление сил трения в двигателях внутреннего сгорания уходит около трети расходуемого топлива. С помощью антифрикционных присадок и подбора оптимальной вязкости моторного масла можно добиться снижения расхода топлива максимально на 4,5 %.

В настоящее время существует широкий спектр дополнительных присадок к моторным маслам для автомобиля. Следует знать, что ни одна из присадок не может продлить срок службы моторного масла, но может способствовать хорошей обкатке нового или отремонтированного двигателя, снижению износа деталей и расхода топлива, продлению времени эксплуатации изношенного двигателя. Однако следует соблюдать осторожность и не пользоваться непроверенными средствами, особенно, если реклама обещает снижение расхода топлива на 15—20 %, расход масла — 40—50 % и износ на 40—60 % и более. С помощью смазочных веществ такого эффекта добиться невозможно.

Так как современные моторные масла являются сложными, хорошо сбалансированными растворами в минеральных маслах многих химических веществ, то введение в него какого-то нового химически активного вещества может привести к непредсказуемым последствиям и требует тщательной проверки.

В табл. 1 приведен перечень присадок к моторным маслам, которые Волжский автомобильный завод после соответствующих испытаний допустил к применению.

Таблица 1. Присадки к моторным маслам, допущенные Волжским автомобильным заводом

Классификация моторных масел и их обозначение

Согласно принятой классификации масел, всем моторным маслам присвоен индекс, и они разделены на классы и группы в зависимости от их вязкости и эксплуатационных свойств.

По эксплуатационным свойствам (наличие и вид присадок) масла делят на следующие группы:

А — для нефорсированных двигателей;

Б — для малофорсированных двигателей;

В — для среднефорсированных двигателей;

Г — для высокофорсированных двигателей;

Д — для дизелей, работающих в тяжелых условиях.

Таблица 2. Классы моторных масел по кинематической вязкости

По типу двигателя маслам присваивается цифровой индекс:

1 — для карбюраторных, 2 — для дизелей. Масла универсальные не имеют индекса.

По вязкости масла подразделяются на три класса: летние, зимние, всесезонные. Летние масла нормируются значением ки­нематической вязкости при температуре 100 °С, зимние — при 100 и при —18 °С. Всесезонные масла обозначаются дробью: в числителе указывается класс вязкости зимнего, а в знаменате­ле — летнего масла.

Маркировка моторных масел включает в себя: букву «М» — принадлежность к моторным маслам; цифру — класс кинемати­ческой вязкости (при обозначении дробными цифрами в числи­теле указывается класс вязкости масла при температуре —18 , а в знаменателе — при 100 °С).

Прописные буквы указывают на группу масла по эксплуатационным свойствам, индекс 1 — для карбюраторных двигателей, 2 — для дизелей. Используют и до­полнительные индексы: рк — рабоче-консервационные масла; з — масло, содержащее загущающую присадку; цл — для цирку­ляционных и лубрикаторных смазочных систем; 20 и 30 — зна­чение щелочного числа и т. д.

Примеры обозначения масел:

М-8-В₁: М — моторное; 8 — класс вязкости; В — по эксплуа­тационным свойствам относится к группе В (среднефорсированные двигатели); индекс 1 — предназначено для карбюраторных двигателей.

М-10-Г_2К: М — моторное; 10 — класс вязкости; Г — по эксплуатационным свойствам относится к группе Г (высоко­форсированные двигатели); индекс 2 — предназначено для ди­зелей; индекс К — масло предназначено для автомобилей мар­ки «КамАЗ».

М-бз/10-В: М — моторное; 6 и 10 — классы вязкости; буква «з» означает, что масло имеет загущающую присадку, улучшаю­щую вязкостно-температурные свойства, и предназначено для всесезонного или зимнего применения; В (без индекса) — масло универсальное и предназначено как для карбюраторных двигате­лей, гак и для дизелей.

С 1993 года наряду с классификацией по ГОСТу применяется и мировая система классификации. В этом случае масла классифицируются по вязкости – SAE (Содружество американских инженеров) и по условиямэксплуатации или уровню качества, разработанному Американским нефтяным институтом ( API ).

Согласно SAE масла подразделяются на три категории: летние, внесезонные, зимние. Летние маркируются: 20, 30, 40, 50 (вязкость в секундах Сейболта при температуре 98,9 °С); зимние – 10 W , 15 W , 20 W , 25 W (цифры означают вязкость в секундах Сейболта, а « W » — первая буква английского слова « Winter » — зима); внесезонные (загущенные) масла имею двойную нумерацию. Например, 10 W /50 означает, что данное масло при температуре минус 17,8 °С соответствует по вязкости SAE 10, а при температуре 98,9 °С – SAE 50.

Классификация масла по уровням эксплуатации API подразделяет масла на две категории: S – категория «Сервис» (для карбюраторных двигателей) и С – коммерческая категория (для дизелей). При этом для карбюраторных двигателей применяют маркировку SA , SB , SC , SD , SE , SF , а для дизелей – CA , CB , CD . Таким образом, вторая буква обозначает степень качества масла. В настоящее время за рубежом выпускают масла только групп SF и SG для бензиновых двигателей, а для дизелей – CC , CD , CE .

Большинство современных масел универсальны, т.е. применимы как для бензиновых двигателей, так и для дизелей. Такие масла имеют двойное обозначение – SF / CC , SF / CD , CG / CD , SG / CE и др., где на основное назначение указывают первые буквы.

В определенных условиях отработавшие масла собирают и регенерируют. В маркировку таких масел добавляют букву «Р», например, М-8-Б₁Р.

Соответствие отечественных и зарубежных моторных масел по условиям эксплуатации и уровню качества

Свойства моторных масел

Рассмотрим, какими же свойствами должно обладать хорошее масло, чтобы выполнять все функции, возложенные на него.

В двигателе внутреннего сгорания неизбежны высокотемпературные отложения. Умение их смывать — одно из важнейших свойств моторного масла. Но смыть недостаточно, частицы этих отложений необходимо измельчить и нейтролизовать. За это отвечают диспергирующие свойства масла.

Моюще-диспергирующие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Чем выше моюще — диспергирующие свойства масла, тем больше нерастворимых веществ — продуктов старения может удерживаться в работающем масле без выпадения в осадок, и тем меньше нагаров и лакообразных отложений образуется на поверхности деталей. А вследствие этого — может достигаться более высокая допустимая температура в двигателе (степень форсирования ДВС).

В составах моторных масел в качестве моющих присадок используют сульфонаты, алкилфеноляты, алкилсалицилаты и фосфонаты кальция или магния. Рациональное сочетание этих зольных присадок друг с другом и с беззольными дисперсантами-присадками, обеспечивает уменьшение низкотемпературных отложений в двигателе и положительно влияет на скорость загрязнения масляных фильтров. Модифицированные термостойкие беззольные дисперсанты также способствуют уменьшению нагарообразования на поршнях и кольцах.

При работе ДВС на топливе с увеличенным содержанием серы, моющие присадки, повышающие в масле щелочное число, препятствуют образованию отложений на деталях двигателя путем нейтрализации кислот, образующихся из продуктов сгорания топлива.

Металлсодержащие моющие присадки повышают зольность масла, что может привести к образованию зольных отложений в камере сгорания, замыканию электродов свечей зажигания, преждевременному воспламенению рабочей смеси, прогару выпускных клапанов, снижению детонационной стойкости топлива. Поэтому сульфатную зольность моторных масел ограничивают верхним пределом. Ее допустимое значение зависит от типа и конструкции двигателя, расхода масла на угар, условий эксплуатации, (в частности, от вида применяемого топлива). Наименее зольные масла необходимы для смазывания двухтактных бензиновых двигателей, а также двигателей работающих на газе.

Антиокислительные свойства в значительной степени определяют стойкость масла к старению. Условия работы моторных масел в двигателях настолько жестки, что предотвратить их окисление полностью практически не возможно.

Окисление масла приводит к росту его вязкости и коррозионности, склонности к образованию отложений, загрязнению масляных фильтров и другим неблагоприятным последствиям (затруднение холодного пуска, ухудшение прокачиваемости масла).

Значительно затормозить процессы окисления масла можно соответствующей очисткой базовых масел от нежелательных соединений, присутствующих в сырье, использованием синтетических базовых компонентов, а также введением эффективных антиокислительных присадок.

Окисление масла в двигателе наиболее интенсивно происходит в тонких пленках масла на поверхностях деталей, нагревающихся до высокой температуры и соприкасающихся с горячими газами (поршень, цилиндр, поршневые кольца, направляющие и клапаны). В объеме масло окисляется менее интенсивно, так как в поддоне картера, радиаторе, маслопроводах температура ниже и поверхность контакта масла с окисляющей газовой средой меньше.

На скорость и глубину окислительных процессов значительно влияют загрязнения неорганического происхождения, которые накапливаются в масле в результате изнашивания деталей двигателя, (соединения меди, железа и других металлов, образующиеся в результате коррозии деталей двигателя). Еще больше на окисление масла влияют попадающие в него продукты неполного сгорания топлива. Они проникают в масло вместе с газами, прорывающимися из надпоршневого пространства в картер.

Стойкость моторных масел к окислению, повышается введением в его состав антиокислительных присадок. Наилучший антиокислительный эффект достигается при добавлении в масло присадок, обладающих различным механизмом действия. В качестве антиокислительных присадок к моторным маслам применяют диалкил и диарилдитиофосфаты цинка, которые улучшают противоизносные и антикоррозионные свойства. Их часто комбинируют друг с другом и с беззольными антиокислителями. Довольно энергичными антиокислителями являются некоторые моюще-диспергирующие присадки, в частности, алкилсалицилатные и алкилфенольные.

Противоизносные свойства моторного масла зависят от химического состава базового масла, общего состава присадок и вязкостно-температурных характеристик масла. Это в основном и определяет температурные пределы его применяемости (защита деталей от износа при холодном запуске двигателя и максимальных температурных нагрузках).

При работе на топливе с высоким содержанием серы, а также в условиях, способствующих образованию азотной кислоты из продуктов сгорания (газовые двигатели, дизели с высоким наддувом), важнейшей характеристикой способности масла является предотвращение коррозионного износа поршневых колец и цилиндров.
Множественность факторов, влияющих на износ деталей в ДВС и принципиальные различия режимов трения, затрудняют оптимизацию противоизносных свойств моторных масел. Придание маслу максимальной нейтрализующей способности и введение в его состав дитиофосфатов цинка, часто оказывается достаточным для предотвращения коррозионно-механического изнашивания и избежание задиров. Однако тенденция к применению маловязких масел, для достижения экономии топлива и уменьшения расхода на угар, требует улучшения противоизносных свойств масел. Это достигается введением специальных присадок, содержащих серу, фосфор, галогены, бор, а также беззольные дисперсанты, содержащие противоизносные фрагменты.

Большое влияние на износ оказывает наличие в масле абразивных загрязнений. Их наличие в свежем масле не допускается, а масло, работающее в двигателе, должно подвергаться очистке в фильтрах, центрифугах, сепараторах. Высокие диспергирующие свойства масла так же уменьшают вред, оказываемый действием абразивных частиц.

Антикоррозионные свойства моторных масел зависят от состава базовых компонентов, концентрации и эффективности антикоррозионных, антиокислительных присадок и деактиваторов металлов. Антикоррозионные присадки защищают антифрикционные материалы, образуя на их поверхности прочную защитную пленку. Антиокислители препятствуют образованию агрессивных кислот, а присадки-деактиваторы предохраняют поверхности металлов от коррозионного разрушения. Минеральные масла из малосернистой нефти, с высоким содержанием парафиновых углеводородов, наиболее подвержены коррозионности в процессе старения. Их углеводороды, в ходе окисления, образуют органические кислоты, которые взаимодействуют с цветными металлами и их сплавами.

Вязкостно-температурные свойства — одна из важнейших характеристик моторного масла. От этих свойств зависит в каком диапазоне температур окружающей среды, данное масло сможет обеспечить запуск двигателя без предварительного подогрева, беспрепятственное прокачивание насосом по всей системе, надежное смазывание, очистка и охлаждение деталей двигателя при наибольших допустимых нагрузках.

Даже в умеренных климатических условиях, диапазон изменения температуры масла от холодного пуска зимой до максимального прогрева, в подшипниках коленчатого вала или в зоне поршневых колец составляет от -30° до +150°С. Вязкость масел в этом интервале температур изменяется многократно.

Летние масла, имеющие достаточную вязкость при высокой температуре, обеспечивают легкий запуск двигателя при температуре окружающей среды не ниже 0°С. В свою очередь зимние масла, обеспечивающие холодный пуск при отрицательных температурах, имеют недостаточную вязкость при высокой температуре. Таким образом, сезонные масла независимо от их наработки (пробега автомобиля) необходимо менять дважды в год, или использовать так называемые «всесезонные» масла.

Вязкостно-температурные свойства «всесезонных» масел таковы, что при отрицательных температурах они подобны зимним, а в области высоких температур — летним. Вязкостные присадки относительно мало повышают вязкость базового масла при низкой температуре, но значительно увеличивают ее при высокой температуре.

В отличие от сезонных, «всесезонные» масла изменяют вязкость под влиянием не только температуры, но и скорости сдвига, причем это изменение временное. С уменьшением скорости относительного перемещения смазываемых деталей вязкость возрастает, а с увеличением — снижается. Этот эффект больше проявляется при низкой температуре, но сохраняется и при высокой, что имеет два позитивных последствия: большее снижение вязкости в начале проворачивания холодного двигателя стартером, облегчая его запуск, а в прогретом двигателе, небольшое снижение вязкости масла в зазорах между поверхностями трения деталей, уменьшает потери энергии на трение и дает экономию топлива.

Характеристиками вязкостно-температурных свойств служат кинематическая вязкость, динамическая вязкость, а также индекс вязкости — безразмерный показатель пологости вязкостно-температурной зависимости, рассчитываемый по значениям кинематической вязкости масла, измеренной при 40° и 100°С. Синтетические базовые компоненты имеют индекс вязкости 120-150, что дает возможность получать на их основе всесезонные масла с очень широким температурным диапазоном работоспособности.

К низкотемпературным характеристикам масел относят температуру застывания, при которой масло не течет под действием силы тяжести, т. е. теряет текучесть. Она должна быть на 5-7°С ниже той температуры, при которой масло должно обеспечивать прокачиваемость. В большинстве случаев застывание моторных масел обусловлено образованием в объеме охлаждаемого масла кристаллов парафинов.

Температура застывания масла указывает только на возможность перелить масло из канистры в картер двигателя, не прибегая к предварительному подогреву. Однозначной взаимосвязи температуры застывания масла с его пусковыми свойствами на холоде не существует.

Температура вспышки. Если масло нагревать, то его пары образуют с воздухом смесь. Температуру, при которой эти пары способны воспламениться, называют температурой вспышки. Температура вспышки связана с фракционным составом масла и структурой молекул базовых компонентов. При прочих равных условиях высокая температура вспышки предпочтительна. Она существенно снижается по сравнению с исходным значением, если в процессе работы масло разжижается топливом из-за неисправностей двигателя. В сочетании со снижением вязкости масла, понижение температуры вспышки служит сигналом для поиска неисправностей системы подачи топлива, системы зажигания или карбюратора.

Сульфатная зольность. При сгорании масла образуется зола, которая, в свою очередь, состоит из солей и минералов, находящихся в масле во взвешенном состоянии. При очистке базового масла зольность должна быть минимальной и составляет порядка 0,005% и меньше. Однако, при введении необходимых для качественного масла присадок, зольность резко возрастает и достигает 1-1,5%. Сульфатная зольность масла в процессе работы двигателя, почти не изменяется и в нормативной документации ограничена верхним пределом. Это обусловлено тем, что излишне зольное масло может способствовать повышенному износу деталей, вследствие абразивного воздействия на поверхности трения, а также приводить к преждевременному воспламенению рабочей смеси из-за образования отложений в камере сгорания и неблагоприятно влиять на работоспособность свечей зажигания.

Базовые масла практически беззольны. Довольно высокая сульфатная зольность моторных масел в основном, обусловлена наличием в их составе моющих присадок, содержащих металлы. Эти присадки необходимы для предотвращения нагара и лакообразования на поршнях, кольцах, клапанах и придания маслам способности нейтрализовывать кислоты. Чем больше щелочное число, тем большее количество кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива, может быть переведено в нейтральное соединение. В противном случае эти кислоты вызвали бы коррозионный износ деталей двигателя и усилили процессы образования различных углеродистых отложений. При работе масла в двигателе, щелочное число неизбежно снижается. Такое снижение имеет допустимые пределы, по достижении которых масло считается утратившим свою работоспособность. Поэтому, при прочих равных условиях, предпочтительнее масло у которого щелочное число выше.

Моющие свойства масел

Способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателей, поддерживая продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии, называют моющим свойством. Чем выше моющие свойства, тем меньше нагара и лаков накапливаются на деталях цилиндропоршневой группы двигателей и тем больше может находиться в масле в устойчивом состоянии взвешенных продуктов загрязнения, которые циркулируют с маслом, не осаждаясь на нагретых деталях.

Моющие свойства масел зависят от химического состава, способов получения и очистки. Всем моторным маслам предъявляются жесткие требования по этому показателю, так как современные двигатели с высокой температурой быстро выходят из строя из-за загрязненности цилиндропоршневой группы.

Для улучшения эксплуатационных свойств в масла вводят моюще- диспергирующие присадки. Моющим действием обладают самые разнообразные соединения, объединенные одним общим свойством: их молекулы электрозаряжены (полярно-активны). Моющие присадки нередко вводят в масло в значительном количестве, иногда более 10%. Моюще-диспергирующие присадки (как правило, органические соединения бария и кальция) больше других изменяют физикохимические показатели качества масел (зольность, коксуемость), что может вызвать увеличение износа. Поэтому концентрация вводимых присадок всегда должна соответствовать уровню форсирования и условиям эксплуатации двигателей (о количестве присадок можно судить по значению щелочного числа масел).

При использовании масла с хорошими моющими свойствами детали двигателя выглядят как бы вымытыми. Кроме того, моющие присадки удерживают продукты окисления масла во взвешенном состоянии, препятствуя прилипанию их к поверхностям нагретых деталей и сращиванию частичек между собой, что нарушило бы поступление масла к трущимся деталям (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Схема углеродистой дисперсии в масле, наблюдаемая с помощью электронного микроскопа: а — без моющей присадки; б — с моющей присадкой

Моющие свойства масел оценивают по цветной эталонной шкале в баллах от 0 до 6 с помощью прибора ПЗВ, работающего на принципе создания в небольшом одноцилиндровом двигателе условий интенсивного лакообразования. Работающее масло со временем изменяет цвет от светло-желтого до темно-коричневого.

Образование лаковых отложений на поршне двигателя, работающего на масле с моющими присадками, уменьшается в 3—6 раз (с 3,0—4,5 до 0,5—1,5 баллов). Применяют моющие присадки двух типов — зольные и беззольные, которые вводят в базовые масла в количестве 2—10%.

Типичными продуктами окисления масла в низкотемпературной зоне являются органические кислоты, преобразующиеся частично в кислые смолы, которые в виде осадков (мазеобразных сгустков) откладываются на стенках поддона картера, крышке клапанной коробки, фильтрах и т.д. Отложение осадков в маслопроводах может привести к прекращению подачи масла к трущимся поверхностям.

Для предотвращения образования осадков необходимо поддерживать оптимальный тепловой режим работы двигателя, применять масла с хорошей химической стабильностью.

В процессе работы моторные масла способны сильно вспениваться. Торможение пенообразования достигается введением в масла противопенных присадок, например ПМС-200А.

Что такое моющие свойства масел

Жидкости и масла

Свойства моторных масел

Для обеспечения надежной работы двигателя моторное масло должно обладать определенным комплексом свойств, несколько различающихся для разных условий эксплуатации и моделей ДВС.

Моторное масло выполняет в двигателе одновременно несколько функций: снижает износ, силы трения между деталями двигателя, защищает их от коррозии, моет, удерживает в себе продукты неполного сгорания топлива и износа, уплотняет зазор между поршнем, его кольцами и цилиндром и т.д.

Для получения необходимого комплекса свойств все масла изготавливают из основы (базового масла) и точно подобранного пакета присадок.

Моторные масла, как и большинство смазочных материалов, изменяют вязкость в зависимости от своей температуры. Чем ниже температура, тем больше вязкость и наоборот.

Всесезонное масло работает в диапазоне температур от -35 (холодный пуск зимой) до 150-1800С (работа двигателя летом под полной нагрузкой), что соответственно вызывает многократное изменение его вязкости.

Чтобы обеспечить холодный пуск двигателя (проворачивание коленвала стартером и прокачивание масла по системе смазки) при низких температурах, вязкость не должна быть очень большой.

При высоких температурах масло не должно иметь очень малую вязкость, чтобы создавать прочную масляную пленку между трущимися деталями и необходимое давление в системе.

Для обеспечения необходимой вязкости во всем диапазоне рабочих температур всесезонные моторные масла изготавливают из маловязкой основы и полимерных загущающих присадок (модификаторов вязкости). Основа, имеющая небольшую вязкость, обеспечивает нужные низкотемпературные характеристики. Молекулы загущающих присадок представляют собой “клубки” полимеров (веществ, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев), “набухающие” при нагревании, что сохраняет достаточную вязкость при высокой температуре.

Вязкость загущенного всесезонного масла зависит также и от скорости перемещения его слоев относительно друг друга. С ее увеличением вязкость временно снижается, поскольку “клубок” полимерной присадки “растягивается” и оказывает меньшее сопротивление перемещению слоев.

Способность снижать вязкость в зависимости от скорости уменьшает потери на внутреннее трение в масле и, соответственно, потери мощности двигателя. Например, при движении поршня от верхней или нижней мертвой точки его скорость возрастает и в определенный момент возникает гидродинамический режим смазки (масло полностью разделяет поверхности деталей, рис. 1). Полимерная загущающая присадка в это время понижает вязкость масла, тем самым снижая потери мощности, развиваемой двигателем.

Противоизносные свойства моторного масла определяются его способностью предотвращать механический износ деталей двигателя и коррозионный износ цилиндров, поршней, их колец.

Механическому износу подвержены пары трения — сопряженные детали, двигающиеся относительно друг друга. При небольшой скорости перемещения и больших нагрузках (например, деталей газораспределительного механизма) масло не полностью разделяет детали, и они контактируют друг с другом (граничный режим смазки). Во время перемещения выступы микрорельефа поверхности сталкиваются, что приводит к их разрушению. Оно может проявляться в виде “обламывания” выступов (рис. 2) или образования “борозды” в металле — задире (рис. 3). Для предотвращения разрушения микрорельефа (износа) в моторное масло вводят противоизносные присадки. Они химически преобразуют (модифицируют) поверхность металла, образуя на ней тонкую пленку (рис. 4), по которой и происходит скольжение.

Коррозионный износ поршней, цилиндров и их колец возникает из-за воздействия кислот, образующихся при окислении масла (см. ниже) и сгорании топлива. Для их нейтрализации в масло вводят щелочные присадки.

Моющие свойства характеризуют способность масла очищать детали двигателя от различных лакообразных отложений, нагара и т. д. Эти свойства обеспечивают введением моющих присадок, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые “отрывают” частички отложений от деталей и переносят их в масло.

Диспергирующие свойства (от лат. dispersio — рассеяние) удерживают нерастворимые в масле вещества (частицы нагара, продукты неполного сгорания топлива и т. д.) во взвешенном состоянии и не дают им выпасть в осадок. Для придания маслу этих свойств в него вводят присадки-дисперсанты, создающие оболочку вокруг частиц загрязнений. Она не позволяет им прилипать к поверхностям двигателя и слипаться друг с другом.

Определяют стойкость масла к потере его свойств — старению. Для замедления этого процесса вводят антиокислительные присадки. Они защищают основу масла от действия кислорода воздуха, препятствуя процессу окисления.

Условия работы масла в двигателе настолько жестки, что полностью предотвратить его окисление пока не представляется возможным. После выработки антиокислительных присадок начинается рост вязкости масла, коррозионной активности, склонности к образованию отложений и т. д.

Полимерные загущающие присадки вместе с модификаторами трения позволяют создавать энергосберегающие масла на маловязких основах, обеспечивающие экономию топлива. В зависимости от класса масла и режима эксплуатации автомобиля экономия топлива может составлять от 1,5—2 до 5,5—6%.

Модификаторы трения используют двух типов — твердые (например, дисульфит молибдена — Мо₂S) и жидкие. Первые представляют собой твердые смазывающие вещества, тонко диспергированные (измельченные) в масле. За счет адгезии (сцепления) они связываются с поверхностями трения и уменьшают его величину при граничном режиме смазки. Жидкие модификаторы трения — соединения, обладающие высокой адсорбцией (поглощение поверхностным слоем твердого тела жидкостей или газов) к металлу и образующие на его поверхности “мягкий ворс”, снижающий силы трения.

при выборе моторного масла руководствоваться перечнем масел, допущенных к применению производителем автомобиля. Эти смазочные материалы прошли испытания на автозаводе, имеют необходимый комплекс свойств и соответствующий допуск к применению;

замену масла производить в сроки, установленные производителем. При эксплуатации в городе, по бездорожью и т. д. движение осуществляется преимущественно на низших передачах, соответственно двигатель совершает большее количество оборотов на тысячу километров пробега, чем при движении по трассе. Поэтому в таких условиях эксплуатации менять моторное масло необходимо в 1,5 — 2 раза чаще, чем указано в инструкции;

для автомобилей со значительным пробегом замену масла производить чаще, так как условия его работы в изношенных двигателях более жесткие (прорыв раскаленных газов в картер из-за увеличенных зазоров между поршнями и цилиндрами и т. д.);

смену масляного фильтра проводить вместе с заменой масла. При использовании топлива сомнительного качества и большом пробеге по запыленной местности желательно заменять его чаще, чем масло (в разумных пределах). Большое количество продуктов неполного сгорания топлива и пыли из воздуха может вывести фильтр из строя раньше времени;

недопустимо смешивать минеральное и синтетические масла, а также доливать минеральное в частично синтетическое из-за разной растворимости присадок в минеральной и синтетической основах. Результатом смешивания может быть выпадение присадок в нерастворимый осадок;

доливать следует тот же сорт масла, который залит в двигатель. Масла разных производителей содержат различные пакеты присадок, которые могут быть несовместимы. По результатам исследований ЦНИИ Морского флота, проводимых с целью изучения возможности “дозаправки” судов маслами в различных портах, даже совместимые масла после работы в двигателе не могут смешиваться без потери свойств;

если в процессе эксплуатации масло заменялось своевременно и имело соответствующее качество, промывку двигателя проводить не надо;

если неизвестно, какое масло заливал прежний владелец автомобиля, перед заменой необходимо промыть систему смазки специально предназначенным для этого промывочным маслом. В противном случае свежее высококачественное масло может смыть большое количество отложений, что приведет к быстрому засорению фильтра системы смазки;

добавление в моторное масло различных препаратов может улучшить одни его свойства и резко ухудшить другие, что неблагоприятно скажется на состоянии двигателя. Это связано с тем, что в качественном масле пакет присадок точно сбалансирован, а добавление в него какого-либо препарата, как правило, нарушает этот баланс;

при выборе не стоит ориентироваться на цвет масла. Большинство вводимых в него присадок делают его более темным;

в непрогретом до рабочей температуры масле щелочные присадки не успевают нейтрализовать кислоты, образующиеся из продуктов неполного сгорания топлива, соответственно происходит усиленный коррозионный износ поршней, их колец и цилиндров. Под нагрузкой (при движении автомобиля) двигатель прогревается быстрее. Поэтому в холодное время его прогрев “на месте” следует производить не более 3 — 5 мин.