<<< ОГЛАВЛЕHИЕ >>>

Тема 3.3. «Изменение свойств масел и оценка их качества»

При эксплуатации автомобиля под воздействием различных факторов (рис. 2.18) масло теряет свои первоначальные свойства, или, как принято говорить, стареет. Загрязняющие примеси (их доля достигает 0,08-0,23 %), попадающие в двигатель вместе со свежим маслом, образуются при его изготовлении и накап­ливаются в масле в процессе его транспортирования, хранения и непосредст­венно при заправке системы смазки.

Загрязнения моторного масла по характеру про­исхождения бывают органическими и неорганиче­скими. Частицы органических загрязнений (размером немногим более 2 мкм) попадают в масло из камеры сгорания двигателя (продукты неполного сгорания топлива), а также образуются при термическом разложении, окислении и полимеризации Масла. К неорганическим загрязнениям относятся: частицы пыли, попавшие в двигатель через систему питания (с воздухом); продукты износа деталей размером 0,5-1 мкм); оставшиеся в двигателе после его изготовления технологические загрязнения (стружка, абразив); продукты срабатывания зольных присадок в маслах; вода, соединения серы и свинца, проникающие в масло из камеры сгорания двигателя.

Рис.2.16. Минеральное всесезонное моторное масло Mobil Super M

Рис.2.17. Универсальное минеральное моторное масло MANNOL Racing

Рис. 2.18. Вещества, загрязняющие моторные масла

Кроме того, при старении масла окисляются его углеводороды, срабатыва­ются присадки и др.

При старении масел изменяются практически все их физико-химиче эксплуатационные свойства: вязкость, температура вспышки, коксуемость, а держание воды, щелочное и кислотное числа, содержание нерастворимо осадка и продуктов изнашивания.

Вязкость масла в процессе работы двигателя может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Увеличивается она в результате испарения легких фракций масла, накопления в нем продуктов неполного сгорания топлива в виде с окисления углеводородов масла, уменьшается — при попадании в масло топлива, а также в результате разрушения полимерной присадки в загущенных маслах.

При нормальной работе двигателя и использовании обычного минерального (незагущенного) масла в связи с накоплением в нем продуктов окисления полимеризации, попаданием продуктов износа и сгорания топлива вязк масла, как правило, увеличивается. Интенсивность повышения вязкости масла зависит от температуры в зонах окисления, качества топлива (содержания в нем серы), совершенства процесса сгорания, эффективности Фильтрации масла и попадания в него охлаждающей жидкости. Значительное увеличение вязкости масла нежелательно, так как при этом уменьшается его поступление к парам трения и снижается эффективность фильтрации, а также ухудшаются пусковые свойства двигателя. Вязкость моторных масел оценивают с помо­щью вискозиметра типа «Флостик», вискозиметра СЭВ-1, двухкапиллярного вискозиметра и др.

При неполном сгорании топливно-воздушной смеси или вследствие утечек из системы питания в масло может попадать топливо, в результате чего вязкость масла заметно снижается. Кроме того, под воздействием легких фракций топли­ва масло окисляется значительно быстрее, образующиеся при этом органиче­ские кислоты и отложения значительно ухудшают его качество. В результате воз­можно повреждение подшипников, на деталях двигателя интенсивнее образуют­ся нагар и лаковые отложения.

Степень разжижения масла топливом и наличие в масле легких топливных фракций определяют по температуре вспышки масла в открытом тигле и с помо­щью ловушки. Современные масла при производстве имеют температуру вспышки, превышающую 200 °С. Снижение температуры вспышки масла до 175 °С и ниже обычно указывает на присутствие в нем топлива.

Коксуемость масла повышается по мере его работы в результате накопления в нем продуктов окисления и неполного сгорания топлива.

Содержание воды в масле ухудшает его эксплуатационные свойства: повы­шает коррозионность, снижает смазывающие свойства. При этом возрастают водородный износ деталей, коррозия вкладышей подшипников скольжения и других деталей из цветных металлов и сплавов при высоких температурах. Вода может попадать в масло вместе с прорывающимися газами из камер сгорания; из системы охлаждения двигателя через негерметичные уплотнения; в результате конденсации влаги при резком понижении температуры, в частности, при ох­лаждении двигателя после работы; вследствие заливки в двигатель масла, по ка­ким-либо причинам уже содержащего воду.

Для нейтрализации вредного воздействия воды следует содержать системы охлаждения и вентиляции картера двигателя в исправном состоянии, сокращать время прогрева двигателя до рабочей температуры, соблюдать оптимальный те­пловой режим двигателя.

Содержание воды в масле оцени­вают по характеру горения фильтро­вальной бумаги, пропитанной прове­ряемым маслом; при опускании в масло металлической пластины или стержня (масляного щупа); с помо­щью сульфата магния, а также гидри­да кальция.

Щелочное число масла снижает­ся при уменьшении концентрации мо­ющих присадок. При этом в масле на­капливаются кислые продукты, что по­вышает коррозионный износ деталей.

Основной функцией щелочных присадок масла является нейтрализация кислот и защита от коррозии.

Рис.2.19 Минеральное всесезонное моторное масло «Спектрол Глобал Плюс»

Рис.2.20 Минеральное моторное масло Техасо Havoline Premium

Детергентно-диспергирующие свойства и загрязнение масла оценивают методом капельной пробы и методом определе­ния объема выделившегося осадка под действием растворителя селективного ха­рактера.

Кислотное число увеличивается при ускоренной степени окисления масла и разложении присадок.

Содержание нерастворимого осадка в количественном выражении определяет интенсивность поступления в масло проду­ктов неполного сгорания топлива, частиц износа, пыли, срабатывания присадок.

Содержание продуктов изнашивания оп­ределяют методами нейтральной активации, спектрального анализа или радиоактивных изотопов.

Старение масел при работе двигателей представляет собой сложный про-

цесс. В процессе старения масла наблю­даются изменения концентрации, строения и эффективности присадок. Это происходит в результате разложения, взаимодействия с продуктами сгора­ния топлива и окисления масла, фильтрующими элементами и деталями ав­томобиля.

Повышенная температура и кислород воздуха, с которым контактирует мас­ло, вызывают окисления и окислительную полимеризацию его молекул. Такие продукты окисления углеводородов, как смолы, органические кислоты, присут­ствующие в масле в растворенном состоянии, способствуют увеличению вяз­кости и кислотного числа, а асфальтеновые соединения, вызывающие образо­вание лаковых отложений, — залеганию и пригоранию поршневых колец. Мел­кая устойчивая механическая смесь продуктов окисления приводит к образо­ванию нагара и шлама. Продукты глубокой окислительной полимеризации, от­личающиеся в зонах высокой температуры и поступающие обратно в картер, как и другие выпавшие отложения, продолжают оказывать негативное влияние на масло.

Таким образом, в картере работающего двигателя формируется сложная смесь исходного масла с самыми разнообразными продуктами его старения, от которых полностью очистить масло фильтрацией не удается.

Отложения, образующиеся в двигателе в результате превращения углеводо-родов, делятся на нагары, лаки и осадки.

Нагары — твердые углеродистые вещества, откладывающиеся на стенках ка­меры сгорания, клапанах, свечах, днище поршня и на верхнем пояске боковой поверхности поршня.

Химический состав нагара зависит как от качества масла и топлива, так и от режима работы двигателя, запыленности воздуха, наличия присадок и др. Основную часть нагара составляют карбены и карбоиды (50-70 %), смолы и масла (15-40 %), асфальтены и оксикислоты (3-6 %), зола (1-10 %).

Количество образующегося нагара зависит от качества масла и его расхода, также от качества применяемого топлива. Толщина слоя нагара зависит от теп­лового режима работы двигателя: чем ниже температура стенок камеры сгора­ния, тем больший слой нагара на них образуется. Летом нагара образуется меньше, чем зимой.

Ообильный нагар ухудшает охлаждение камеры сгорания и уменьшает ее объем, в результате чего увеличивается степень сжатия, возникает детонация (хара­ктерный металлический стук), снижается мощность двигателя. Возможно, разру­шение деталей из-за преждевременного воспламенения смеси от раскаленных частиц нагара, абразивный износ зеркала цилиндра частицами нагара, а также загрязнение моторного масла.

Нагар с деталей двигателя удаляют механическим или химическим способа­ми, используя различные добавки в моторное топливо.

Лаковые отложения представляют собой богатые углеродом вещества, формирующиеся в виде отложений на поршне: в канавках под поршневые коль­ца, на юбке и внутренних стенках.

В состав лаковых отложений входят оксикислоты, асфальтены и другие про­дукты глубокого окисления масла.

Несмотря на относительно небольшую толщину (50-200 мкм), лаковые отло­жения существенно ухудшают отвод тепла от деталей двигателя из-за теплоизо­ляционного воздействия лаковой пленки. Возможно пригорание («залегание») поршневых колец, что вызывает снижение компрессии в цилиндрах и мощности двигателя, а также повышенный расход масла. Нарастает изнашивание и воз­можны задиры зеркала цилиндра, а также поломка поршневых колец и даже заклинивание поршня. Вероятно повреждение сепаратора подшипника качения, установленного в заднем торце коленчатого вала (передний подшипник первич­ного вала коробки передач).

На интенсивность лакообразования влияют температура, количество и каче­ство применяемого масла, его термоокислительная стабильность и моющая способность, техническое состояние цилиндро-поршневой группы двигателя.

Рис.2.21 Синтетическое всесезонное моторное масло « Longtime High Tech »

Рис.2.22. Синтетическое универсальное всесезонное моторное масло «Molygen»  

Рис.2.23. Синтетическое универсальное всесезонное моторное масло « Synthoil High Tech »

Кроме того, для предотвращения образования лаковых отложений в эксплуатационных усло­виях нежелательно подвергать двигатель час­тым перегрузкам и экстремальным тепловым режимам.

Осадки — это мазеобразные сгустки, откла­дывающиеся на стенках поддона картера, крышке головки блока цилиндров, шейках ко­ленчатого вала и других деталях двигателя, а также в фильтрах и маслопроводах.

Осадки состоят из масла (50-85 %), воды (5-35 %) и продуктов их окисления: оксикислот (2-15 %), карбенов и карбоидов (2-10 %), асфальтенов (0,1-15 %), а также механических примесей различного происхождения.

В результате цементирующего действия асфальтосмолистых продуктов частицы осадков образуют конгломераты размером до 30-40 мкм, которые под действием собственной мас­сы выпадают в осадок, формируя на деталях низкотемпературной зоны двигателя (в поддо­не) отложения в виде шламов. Отложение осад­ков в масляных каналах и маслопроводах приво­дит к прекращению подачи масла к трущимся поверхностям и вызывает повреждение деталей (например, задиры шатунных шеек коленчатого вала).

Для предотвращения образования осадков необходимо:

•  поддерживать оптимальный тепловой ре­жим работы двигателя;

•  применять масла, обладающие хорошей химической стабильностью;

•  вводить в масла диспергирующие присад­ки, которые сдерживают коагуляцию частиц, размягчают и даже переводят в коллоидный раствор органические примеси;

•  своевременно менять масляные фильтры и тщательно промывать картер и систему смазки двигателя перед заправкой свежим маслом.

На процесс загрязнения масла, происхо­дящий в работающем двигателе практически непрерывно, оказывают влияние прежде все­го вид и свойства топлива, качество моторно­го масла, тип, конструкция, техническое состояние (степень изношенности), режим работы и условия эксплуатации двигателя и др. факторы.

Так, например, при снижении полноты сгорания топлива и увеличении про­рыва газов в картер масло загрязняется прежде всего органическими приме­сями. Средняя скорость загрязнения масла в дизелях из-за повышенного со­держания в масле сажи в 2-5 раз выше, чем в бензиновых двигателях и в 10-20 раз больше, чем в газовых (при одинаковой их мощности). При сроке службы масла, соответствующем 6-12 тыс. км пробега автомобиля, содержание за­грязняющих примесей в бензиновых двигателях составляет 0,6-0,8 %, а в ди­зелях - 1-3%.

Кроме того, на изменение свойств масел существенно влияют температур­ный режим и техническое состояние двигателя. Скорость окисления и загрязнения масла значительно выше в изношенных двигателях, когда увеличен прорыв газов в картер и повышена температура деталей, а также при работе авто­мобиля с перегрузкой или с неустановившимися нагрузками.

В холодное время года, при пробегах на короткие расстояния, частых пусках и остановках, продолжительной работе на холостом ходу двигатели нередко работают в пониженном тепловом режиме. При этом условия ра­боты масел столь же жесткие, как при напряженном тепловом режиме из-за ухудшения процесса сгорания топлива, увеличения попадания в картер сажи и тяжелых фракций топлива. В результате ускоряются процессы ста­рения и загрязнения масла, выпадения осадков. При работе двигателя на пониженном тепловом режиме образование осадков ускоряется в 20-30 раз. Кроме того, повышается износ деталей из-за нарушения жидкостного режима смазки трущихся поверхностей. При оптимальном тепловом режи­ме работы двигателя температура масла в картере примерно равна 95-100 °С.

Скорость срабатывания введенных в масло присадок зависит от типа и техни­ческого состояния двигателя, теплового режима его работы, условий эксплуата­ции, качества используемого топлива.

Срабатывание присадок приводит к изменению показателей качества масла: снижается его щелочное число, ухудшаются моющие свойства, повышается коррозионность и т.д.  

Таблица 2.1. Предельные значения браковочных показателей работавших моторных масел

Рис.2.24. Синтетическое моторное масло экстра-класс BP Visko 7000

Рис.2.25 Синтетическое моторное мало Castrol Formula RS

Рис.2.26 Синтетическое моторное масло ESSO Ultron , ESSO Ultron Dirsel

Рис.2.27 Универсальное всесезонное синтетическое моторное масло « Nordix »

Рис.2.28. Синтетическое моторное масло LiguiMoly Synthoil Energy (арт. 1923)

Рис.2.29. Синтетическое моторное масло MANNOL Legend + Ester

Таким образом, в работавшем масле накапливаются продукты превращения углеводородов, загрязнения, попавшие с воздухом и топливом, увеличивается количество агрессивных соединений.

Оценка изменений состава масла может быть как количественной, так и каче­ственной. Количественные изменения происходят при испарении легких масля­ных фракций, сгорании масла (угар масла), частичном вытекании через уплотне­ния. Качественные изменения связаны со старением масла и с химическими превращениями его компонентов, попаданием в масло пыли, продуктов износа деталей, воды и несгоревшего топлива. Уменьшение количества и ухудшение ка­чества работающего масла может привести к выходу современного высокофор­сированного двигателя из строя.

При контроле качества масел используются предельные значения браковоч­ных показателей состояния масла для автомобильных двигателей внутреннего сгорания (табл. 2.1). Выбор браковочных показателей зависит от типа двигателя, режима его работы, качества применяемого масла и других факторов. Замена масла в двигателе необходима, если достигнуты пре­дельные значения одного или нескольких браковоч­ных показателей. Замену масла по фактическому со­стоянию производят на основе оценки экспресс-ме­тодами в лабораториях по контролю качества масел.

Вязкость масла, зависящая от изменения рабо­тоспособности систем двигателя, режимов его ра­боты, качества эксплуатационных материалов, а так­же уровня технического обслуживания позволяет объективно оценить состояние сопряжений, узлов и агрегатов автомобиля.

При диагностировании двигателей и коробок передач наибольшее распространение получил метод спектрального анализа масла, основанный на взаимозависимости показателей качества рабо­тавших масел и технического состояния двигателей (табл.2.2).

Рис.2.30. Синтетическое моторное масло Mobil 1

Таблица 2.2. Взаимозависимость показателей качества работавших масел и технического состояния двигателей

Рис.2.31. Синтетическое моторное масло экстра-класса «Спектрол Поларм»

Рис.2.32. Синтетическое моторное масло Texaco Havoline Synthetic