2. Моторные масла. Моторные масла
 Скачать 24.9 Kb.
|
|
РЕФЕРАТ по дисциплине: «Автомобильные эксплуатационные материалы» на тему: «Моторные масла» 1. Основа масла Моторное масло состоит из основы и присадок, которые призваны разнообразить его качество и свойства. По роду исходного сырья основы могут быть либо нефтяными, либо синтетическими. Химический состав минеральных основ зависит от качества нефти, пределов выкипания отбираемых масляных фракций, а также методов и степени их очистки. При прямой перегонке мазута из него выделяются масляные фракции с низкой вязкостью - такие минеральные основы называются дистиллятными. Основы же повышенной вязкости получают из того, что остается после перегонки, - гудрона и полугудрона, эти масла так и называются остаточными. Для получения базового масла с заданным уровнем вязкости дистиллятные и остаточные основы смешивают в определенных пропорциях. В 50–60-х годах назрела необходимость создания новых смазочных материалов, способных, с одной стороны, успешно работать в экстремальных условиях, с другой - удовлетворять постоянно ужесточающимся требованиям к двигателям по экономичности и экологии. Улучшение качества традиционных масел на минеральной основе, конечно, дает свои плоды, однако предел возможностей, видимо, уже не за горами - современные двигатели требуют масел с такими свойствами, которые существующая технология "простой" нефтепереработки обеспечить не может. Поэтому все большее распространение получают масла на синтетической основе - диэфирные, полиалкиленгликолевые, фторуглеродные, силиконовые и другие. Они выполняют те же функции, что и минеральные, но делают это на более высоком качественном уровне. Синтетические масла обладают исключительно удачными вязкостно-температурными характеристиками. 2. Основные физико-химические свойства масел Вязкость является одной из важнейших характеристик смазочных масел, определяющих силу сопротивления масляной пленки разрыву. Чем прочнее масляная пленка на поверхности трения, тем лучше уплотнение колец в цилиндрах, меньше расход масла на угар. В соответствии с нормативнотехнической документацией вязкостно-температурные свойства моторных масел оцениваются индексом вязкости. Вязкость динамическая - это сила сопротивления двух слоев смазочного материала площадью 1  , отстоящих друг от друга на расстоянии 1 см и перемещающихся один относительно другого со скоростью 1 см/с. Вязкость кинематическая определяется как отношение динамической вязкости к плотности жидкости. Индекс вязкости - относительная величина, показывающая степень изменения вязкости в зависимости от температуры. Индекс вязкости рассчитывают по значениям кинематической вязкости при 40 и 100 °С или находят по таблицам. Вязкостно-температурные свойства масел оценивают также по кинематической вязкости при низкой температуре.Кинематическая вязкость моторных масел, используемых в смазочных системах автомобильных двигателей, равна 4 … 14 мм2/с при 100°С. С понижением температуры она быстро увеличивается, достигая при –18 °С значения 10000 мм2/с и более. Масла с кинематической вязкостью 4 … 8 мм2/с используют в зимнее время, с вязкостью 10 … 14 мм2/с – летом. Температура застывания - это предельная температура, при которой масло теряет подвижность. Масла, имеющие температуру застывания –15 °С и выше, относятся к летним. Если же температура застывания –20 °С и ниже, то масла относятся к зимним. Температура застывания в какой-то мере характеризует предельную температуру, при которой возможен запуск охлажденного двигателя. Однако, температура запуска двигателя на холоде зависят не столько от температуры застывания масла, сколько от величины его вязкости при данной температуре. Противоизносные свойства характеризуют способность масла уменьшать интенсивность изнашивания трущихся деталей, снижать затраты энергии на преодоление трения. Эти свойства зависят от вязкости и вязкостно-температурной характеристики, смазывающей способности и чистоты масла. Моюще-диспергирующие свойства подразделяются на моющие и диспергирующие свойства. Моющие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя и противостоять лакообразованию на горячих поверхностях, а также препятствовать прилипанию углеродистых соединений. Диспергирующие свойства характеризуют способность масла препятствовать слипанию углеродистых частиц, удерживать их в состоянии устойчивой суспензии и разрушать крупные частицы продуктов окисления при их появлении. Противоокислительные свойства определяют стабильность масла, от которой зависит срок работы масел в двигателях, характеризуют их способность сохранять первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах. Стойкость моторных масел к окислению повышается при введении антиокислительных присадок. Антикоррозионные свойства. Коррозионная активность моторных масел зависит от содержания в них сернистых соединений, органических и неорганических кислот. Коррозионный износ деталей определяется также исходным значением щелочности и скоростью ее изменения. Чем больше проработало масло, тем ниже становится показатель щелочности. Поэтому показатель щелочности вводится в число показателей качества масла. Зольность масла позволяет судить о количестве несгораемых примесей в маслах без присадки, а в маслах с присадками - о количестве введенных зольных присадок. Зольность определяют в лабораторных условиях и выражают процентным отношением образовавшейся золы к массе пробы масла, взятой для анализа. Зольность масел, не содержащих присадок, не превышает 0,02 … 0,025 % по массе. У масел с присадками зольность не должна быть менее 0,4 %, а у высококачественных марок масел не менее 1,15 … 1,65 % по массе. Содержание механических примесей и воды. Механических примесей в маслах без присадок не должно быть, а в маслах с присадками их значение не должно превышать 0,015 % по массе, причем механические примеси не должны оказывать абразивного действия на трущиеся поверхности. Вода в моторных маслах должна отсутствовать. Даже небольшое количество воды вызывает деструкцию присадок, происходит процесс шламообразования. 3. Присадки. Общие сведения и назначение Базовое масло является средой-носителем специальных присадок - так называются различные добавки, вводимые в основу для того, чтобы она нормально функционировала, а также чтобы повысить качество масла и его эксплуатационные свойства. При современном уровне развития двигателестроения использование масла без присадок практически невозможно, т.е. невозможно создание масел, которые обеспечили бы эффективную защиту двигателя и одновременно не разрушались/старели в течение длительного времени. По этой причине все современные моторные масла содержат в своем составе пакет (набор) присадок, содержание которых суммарно может достигать более 20%. Наиболее крупные производители присадок: Lubrizol, Infineum (контролируется Shell/Exxon), Oronite (контролируется Chevron) и Ethyl (ныне Afton). В общей сложности им принадлежит более 90% мирового рынка присадок. На сегодняшний день в моторных маслах обычно используют несколько типов присадок: 1. Вязкостно-загущающие присадки; 2. Моющие присадки (детергенты); 3. Диспергирующие присадки (дисперсанты); 4. Противоизносные присадки; 5. Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки); 6. Ингибиторы коррозии и ржавления; 7. Антипенные присадки; 8. Модификаторы трения; 9. Депрессорные присадки. Вязкостно-загущающие присадки. Для придания маслу хороших вязкостно-температурных свойств в него вводят высокомолекулярные полимеры - полиизобутилены, полиметакрилаты и другие. Механизм их действия основан на изменении формы макромолекул полимеров в зависимости от температуры. В холодном состоянии эти молекулы, будучи свернутыми в спиральки, не влияют на вязкость масла, при нагреве же они распрямляются, и масло густеет, или, точнее, не становится слишком жидким. Масла, в состав которых входят вязкостные присадки (до 10%), называют загущенными - это зимние и всесезонные сорта. Моющие присадки. Моющие присадки нужны для предотвращения образования лаковых и сажевых отложений на деталях двигателя. Они, как правило, состоят из детергирующих компонентов, которые вымывают продукты окисления масла и износа деталей и несут их к фильтру, и диспергирующих, способствующих дроблению крупных частиц нагара на мелкие. Диспергирующие добавки удерживают грязь в мелкодисперсном состоянии, не дают ей слипнуться в большие комки и пригореть к металлу. Естественно, грязь проходит по всей системе смазки, фильтр ее пропускает, но это гораздо меньшее зло, чем если бы она осаждалась на металле. Противоизносные присадки. Основная функция - предотвращение изнашивание трущихся деталей двигателя в местах, где невозможно образование масляной пленки необходимой толщины. Механизм их действия заключается в образовании защитной пленки на поверхностях трения, что предотвращает изнашивание самого металла. Противоизносные присадки расходуются в процессе работы двигателя. Антипенные присадки. При сильном перемешивании масла с воздухом, что в частности наблюдается при работе двигателя, когда коленвал интенсивно взбалтывает масло в картере, возможно повышенное образование пены. Этому процессу также способствуют различные загрязнения, присутствующие в масле. Ее формирование значительно ухудшает эффективность смазывания деталей двигателя, что может привести к повышенному износу и ухудшению теплоотвода. Антипенные присадки сопротивляются вспениванию путем снижения поверхностного натяжения на разделе фаз «масло-воздух». Противопенные присадки не растворяются в моторных маслах, а присутствуют в виде мельчайших капелек. Их действие основано на разрушении пузырьков воздуха. Обойтись без этих присадок практически невозможно, но их присутствие не должно превышать тысячных долей процента - при термическом разложении силикона образуется оксид кремния, который является сильным абразивом. Модификаторы трения. Для современных двигателей все чаще стараются использовать масла с модификаторами трения, позволяющими снизить коэффициент трения между трущимися деталями с целью получения энергосберегающих масел. Наиболее известные модификаторы трения - графит и дисульфид молибдена. Молибденит MoS2 - мягкий свинцово-серый минерал с металлическим блеском. Подобно графиту используется как компонент смазок, особенно для пар трения, работающих в вакууме. Наиболее важное сырье для производства молибдена. Молибденит - полупроводник, применяемый в радиотехнике для изготовления детекторов. Депрессорные присадки. При сильном понижении температуры масла в нем начинают образовываться кристаллы парафинов, которые срастаясь, образуют пространственный каркас, что ведет к потере подвижности масла и в результате ухудшается низкотемпературный пуск двигателя и прокачиваемость масла по каналам. В процессе производства базовых масел часть парафинов удаляют, но полное их удаление по технологическим и экономическим причинам невозможно. Обычно минеральное базовое масло имеет температуру застывания около -15°С. Возможность получения минеральных моторных масел с температурами застывания -30°С …-35°С достигается путем введения в масло депрессорных присадок. Эти присадки предотвращают срастание кристаллов парафина, но не предотвращают их появление вообще. Депрессорные присадки могут занимать в объеме масла до 1% могут снизить температуру его застывания - на 20°C и более. Пакет присадок. Все компоненты, входящие в состав моторного масла, поставляются в виде сбалансированного пакета присадок, в котором соотношение компонентов четко фиксировано, проверено на совместимость и обеспечиваются наилучшие эксплуатационные свойства для каждого типа моторного масла с заданными требованиями. Именно по этой причине большинством производителей техники и смазочных материалов категорически запрещены дополнительные присадки в масла. Разработка нового пакета присадок часто занимает не один год и стоимость его для компании может составлять несколько миллионов долларов. Пакеты присадок смешивают по четко прописанной рецептуре с базовыми маслами согласно схеме. Некоторые присадки сильно влияют друг на друга, причем, иногда с взаимоуничтожающим результатом. Их подбор - дело исключительной тонкости. Стремясь избежать мороки с составлением "коктейлей", многие производители пытаются создать единую присадку на все случаи жизни. Это не в полной мере, но удается. Появляются и находят все большее применение многофункциональные, или комплексные присадки. 4. Классификации моторных масел по составу Потенциал нефтяных смазок не безграничен, и он уже исчерпан по ряду параметров: термическая стабильность, антиокислительная стойкость, износостойкость и энергосберегающая способность, температурно-вязкостные свойства. Принципиальное отличие синтетических смазок от нефтяных или, как их часто называют, минеральных, заключается в том, что в качестве основы применяются материалы, которые синтезируют химическим путем из органических компонентов, а не переработкой нефти. Синтез с использованием определенных химических соединений позволяет получать продукты с запланированными свойствами. В основном это ПАО или сложные эфиры, обладающие значительно более высокими по сравнении с нефтяными основами значениями названных выше параметров. Синтетические масла - лучшее из того, что предлагает современная нефтехимия. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с минеральными. Они легкотекучие, следовательно, обеспечивают меньшие потери мощности на трение и, как следствие, снижение расхода топлива и имеют самые низкие температуры прокачки, т. е. позволяют работать двигателю даже при температуре ниже минус 30 С. Они имеют меньшую испаряемость при высокой температуре, повышенный срок службы. Главный недостаток, ограничивающий их повсеместное применение, это большая цена. Синтетические масла в среднем в два-пять раз дороже минеральных. Минеральные масла наиболее дешевые и используются в двигателях средней напряженности. Использование этих масел на отечественных автомобилях самое оптимальное. Выигрыш в уменьшении потерь на трение и снижении расхода топлива при использовании синтетики или полусинтетики может и не покрыть значительных затрат на масло. Изготавливаются из нефти путем дистилляции и рафинирования. Для обеспечения требуемого уровня эксплуатационных характеристик такие масла обычно содержат большое количество различных присадок, которые в процессе эксплуатации быстро разрушаются, вследствие чего такие масла требуют более частой замены. Гидрокрекинговые масла изготавливают из базовых минеральных масел, получаемых в процессе гидрокрекинга из нефти и комплекса присадок. Разные производители по-своему называют процесс получения масел с помощью гидрокренкинга. Полусинтетические масла, как правило, содержат в базовом продукте смесь продуктов перегонки и ПАО плюс пакет функциональных присадок, причем синтетический компонент составляет 20—40%. Они улучшают условия пуска холодного двигателя, эффективно очищают двигатель и обеспечивают хорошую защиту от износа. Типовое значение вязкости 10W40. Синтетические масла тоже имеют нефтяную основу, но являются специально разработанной заменой минеральным маслам, производятся другими способами и обладают существенно отличающейся от предыдущих молекулярной структурой. |