Автомобильные эксплуатационные материалы. Учебное пособие автомобильные эксплуатационные материалы по дисциплинам "Автомобильные эксплуатационные материалы"
 Скачать 1.51 Mb.
|
5.3.2 Смазывающие свойстваПод смазывающими свойствами масла понимают его способность препятствовать износу узлов трения, за счёт образования на трущихся поверхностях прочной плёнки, исключающей непосредственный контакт трущихся деталей.Различают плёнки химического происхождения (хемосорбция) и физического (адсорбция).Создание смазочных плёнок силами адсорбции обуславливается наличием в смазочных материалах поверхностно-активных веществ (ПАВ), несущих электрический заряд. Они обладают способностью образовывать на поверхностях раздела жидкость - твёрдое тело достаточно прочные слои ориентированных молекул. Механизм образования таких слоёв показан на рисунке 5.1. 1 - жидкость; 2 - граничная фаза; 3 - адсорбированный монослой; 4 - химические соединения (хемосорбированная граничная плёнка); 5 - зона деформированного металла; 6 - металл. Рисунок 5.1 - Схема структуры граничных слоёвХемосорбированные плёнки являются результатом химических реакций химически - активных веществ, содержащихся в масле с металлом смазываемых деталей. Как адсорбированные, так и хемосорбированные плёнки, обладая некоторой прочностью и стойкостью, защищают поверхности трения от механических и тепловых воздействий, препятствуют взаимной адгезии (микросвариванию) трущихся поверхностей. Граничные слои с повышением температуры ослабляются, а при достижении критических значений разрушаются, что способствует задиру и заклиниванью подвижного сопряжения. Поверхностно активные (ПАВ) и химически активные вещества (ХАВ) являются основными компонентами противоизносных и противозадирных присадок. От их состава во многом зависит структура, прочность, критическая температура работоспособности граничных слоёв. 5.3.3 Противоокислительные и диспергирующие свойства Срок работы масел в двигателях зависит от их стабильности, под которой понимают способность масел сохранять свои первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах. В основном на стабильность масел, применяемых в ДВС, оказывают влияние следующие факторы: химический состав масел, температурные условия, длительность окисления, каталитическое действие металлов и продуктов окисления, присутствие воды и механических примесей, поверхность окисления. Ускоряет окисление повышенное давление воздуха. По условиям химического превращения масла в двигателе выделяют три зоны - камера сгорания, поршневая группа, картер двигателя. Отложения, образующиеся в двигателе в результате превращения углеводородов, также принято подразделять на три группы: нагары, лаки и осадки. Нагары - твёрдые углеродистые вещества (продукты глубокого окисления углеводородов), откладываются на стенках камеры сгорания, клапанах, свечах, днище поршня и на верхнем пояске боковой поверхности поршня. Количество образующегося нагара зависит от качества топлива, масла, его расхода, а предельная толщина от теплового режима работы двигателя. Чем холоднее стенки камеры сгорания, тем больший слой нагара на них формируется. Отрицательные последствия нагарообразования:
Лаковые отложения представляют собой богатые углеродом вещества, формирующиеся в виде отложений на поршне - в зоне колец, на юбке и на внутренних стенках. На процесс лакообразования влияют температура, количество и качество поступающего масла, техническое состояние поршневой группы двигателя. Наличие лаковых отложений значительно затрудняет работу двигателя: пригорают (теряют подвижность) поршневые кольца; затрудняется отвод тепла от деталей из-за теплоизоляционного действия лаковой плёнки; пригорают сепараторы подшипников качения. На механизм лакообразования влияют такие свойства масла, как термоокислительная стабильность и моющие свойства. Чтобы замедлить реакции окисления и уменьшить образование отложений в двигателе, в масло вводят антиокислительные присадки, действие которых основано на торможении образования активных радикалов в начальной стадии процесса окисления и разложении уже образовавшихся перекисей, переводе их в устойчивое к окислению состояние. Под моющими (детергенно-диспергирующими) свойствами понимают способность масла противостоять лакообразованию на горячих поверхностях за счёт предотвращения слипания и окисления углеродистых частиц, удержания их в состоянии устойчивой суспензии. Для улучшения моющих свойств масел в них вводят моющие присадки. Применяют два типа моющих присадок - зольные и беззольные. Масла с зольными присадками, сгорая, образуют золу, прилипающую к поверхности деталей. Беззольные моющие присадки не дают золу. Осадки - это мазеобразные сгустки, откладывающиеся на стенках поддона картера, крышки клапанной коробки, фильтрах, в шейках коленчатого вала, маслопроводах и других деталях двигателя. Отложение осадков в маслопроводах может привести к прекращению подачи масла к трущимся поверхностям. Осадки состоят из масла, воды, продуктов их окисления (оксикислот, карбенов, карбоидов, асфальтенов), а также механических примесей различного происхождения. Образование осадков происходит при пониженном тепловом режиме работы двигателя, когда ухудшается процесс сгорания топлива и возрастает попадание в картер продуктов его неполного сгорания. Низкая эффективность системы вентиляции картера - причины наиболее интенсивного протекания этого процесса. Чтобы моторные масла эффективно препятствовали образованию осадков, они должны сохранять высокие диспергирующие свойства на протяжении длительного периода эксплуатации. 5.3.4 Защитные и коррозионные свойства Проблемы защиты металлов от коррозии возникают при изготовлении, эксплуатации и хранении автомобилей. Роль масла в этом случае двояка: с одной стороны, оно защищает поверхности деталей от агрессивного влияния внешней среды, а с другой стороны, само вызывает коррозию из за присутствия в нём веществ, обладающих коррозионным действием. Коррозионные свойства масел зависят от наличия в них органических кислот, перекисей и других продуктов окисления, сернистых соединений, неорганических кислот, щелочей и воды. Коррозионность свежего масла по сравнению с резко возрастающей в процессе эксплуатации коррозионностью работавшего масла незначительна. В процессе использования масла содержание кислот в нём возрастает в 3 - 5 раз, что зависит от химической стабильности масла, содержания антиокислителей и условий его работы. Коррозионное действие масел связано также с содержанием в них сернистых соединений в виде сульфидов, компонентов остаточной серы и других веществ, видоизменение которых при высоких температурах приводит к появлению сероводорода, меркаптанов и других более активных продуктов. Содержание сернистых соединений в масле в процессе эксплуатации увеличивается, особенно, при работе двигателя на топливе с большим содержанием серы. Протеканию коррозии в определённой мере способствует вода, являющаяся средой для электрохимических процессов и катализатором процесса окисления масла. Защитные свойства масел обуславливаются созданием барьера - защитного слоя на пути агрессивных продуктов к металлическим поверхностям. Нижний слой представляет собой результат взаимодействия химических компонентов масла с металлом, средний - адсорбции поверхностно-активных веществ. Верхний слой - объёмный слой масла не защищает в необходимой мере металлические поверхности от проникновения влаги и газов. Поэтому основным барьером на их пути служат поверхностно-активные и химически активные вещества - ингибиторы коррозии, способствующие образованию на металлических поверхностях адсорбированных или химических плёнок. Коррозионные процессы в двигателях подавляют следующими способами: нейтрализацией кислых продуктов; замедлением процессов окисления; созданием на металле защитной плёнки. 5.4 Особенности синтетических смазочных материалов Синтетические масла - масла полученные методами синтезирования из соединений на основе диэфиров и других химических соединений (полиалкенгликоли, полисилоксаны, фторуглероды, хлоруглероды). Основной способ их производства - каталитические процессы этерификации. Практическое применение в качестве смазочных масел получили полимеры с метильными радикалами. Одно из основных преимуществ синтетических масел - это их значительно более высокий индекс вязкости, чем у нефтяных масел даже лучших сортов. Лучшая вязкостно - температурная характеристика в зоне отрицательных температур, а также более низкая температура потери подвижности обеспечивают благоприятный пусковой режим при более низких температурах. У синтетических масел меньшая склонность к образованию низкотемпературных отложений, что способствует нормальной эксплуатации двигателей в районах севера. В то же время высокие показатели вязкости при рабочих температурах, которые обеспечивают условия гидродинамической смазки при более жёстких нагрузочных и тепловых режимах, термическая стабильность, низкая испаряемость и малая склонность к образованию высокотемпературных отложений дают возможность применять синтетические масла в высоконагруженных теплонапряжённых агрегатах и при эксплуатации автомобиля в условиях жаркого климата. Синтетические масла имеют в несколько раз больший срок службы, чем нефтяные, и обеспечивают хорошее состояние смазываемых агрегатов, так как характеризуются лучшими противоокислительными, диспергирующими свойствами и механической стабильностью, равными или лучшими противоизносными и противозадирными свойствами. Большой срок службы синтетических масел до замены на 30 - 40 % сокращает расход масла. Для улучшения свойств в синтетические масла возможно введение композиции присадок. Их можно смешивать в промышленных условиях с минеральными (на синтетическую основу приходится, как правило, 30 - 40 %). В среднем стоимость синтетических масел в 2 - 3 раза выше нефтяных. Тем не менее они перспективны не только с эксплуатационной точки зрения, но и с экономической, так как обладают, как уже отмечалось, большим сроком службы до замены, и позволяют снизить затраты на ремонт. 5.5 Особенности работы масла в гидромеханических передачах Поскольку гидромеханическая передача (ГМП) включает несколько разнохарактерных узлов - гидротрансформатор, шестерённую коробку передач, сложную систему автоматического управления - к маслу, работающему в ГМП, предъявляются более жёсткие требования, чем к маслу для обычных механических коробок передач. К специфичным требованиям следует отнести:
5.6 Изменение свойств масел при эксплуатации Изменения, происходящие с маслом в двигателях, можно охарактеризовать как количественные и качественные. Количественные изменения происходят при испарении лёгких масляных фракций, сгорании масла (угар), частичном вытекании через уплотнительные устройства. Качественные изменения связаны со старением масла и с химическими превращениями его компонентов, попаданием в масло пыли, продуктов износа деталей, воды и несгоревшего топлива. Старение масел при работе двигателей представляет собой очень сложный процесс. Повышенная температура и кислород воздуха, с которым контактирует масло, вызывают окисление и окислительную полимеризацию его молекул. Такие продукты окисления углеводородов, как смолы, органические кислоты, присутствующие в масле в растворённом состоянии, способствуют увеличению вязкости и кислотного числа, а асфальтеновые соединения являются основой образующихся лаков, особо опасных липких осадков способствующих залеганию и пригоранию поршневых колец. Ещё одна группа продуктов окисления - мелкая устойчивая механическая взвесь - является источником образования нагара и шлама. Выделяют две основные группы примесей, загрязняющих масло: органические (продукты неполного сгорания топлива, продукты термического разложения окисления и полимеризации масла) и неорганические (пылевые частицы, частицы износа деталей, продукты срабатывания зольных присадок, технологические загрязнения, оставшиеся в двигателе после его изготовления). Из камеры сгорания в масло могут попадать вода, соединения серы и свинца. На интенсивность процесса загрязнения влияют следующие факторы: вид и свойства топлива; качество масла; тип, конструкция, техническое состояние, режим работы и условия эксплуатации двигателя и другие факторы. Срабатывание присадок приводит к изменению многих показателей качества масла, снижается щелочное число, ухудшаются моющие свойства, повышается коррозионность и т.д. Скорость срабатывания введённых в масло присадок зависит прежде всего от следующих факторов: типа и теплонапряжённости двигателя, его технического состояния, условий эксплуатации, качества используемого топлива. Основной расход присадок приходится на выполнение ими своих основных функций. Часть присадок теряется с угоревшим маслом. Оптимальный уровень концентрации присадок в какой-то мере поддерживают своевременными доливами свежего масла. Несмотря на глубокие изменения качества при работе масла в двигателях, основной его углеводородный состав меняется незначительно. Если из масла удалить все механические примеси и продукты окисления, то вновь можно получить базовое масло хорошего качества. 5.7 Контроль качества и оценка старения масел Выбор браковочных параметров для оценки качества работавшего масла и определения срока его службы - одна из основных задач при решении вопроса повышения экономичности и увеличения моторесурса двигателей. В зависимости от типа двигателя, режима его работы, качества применяемого масла и других факторов комплекс браковочных параметров может быть весьма различным. В качестве основных показателей, характеризующих свойства масла, следует назвать: вязкость, щелочность, содержание нерастворимых продуктов загрязнения, воды и др. (таблица 5.1). В процессе эксплуатации изменение вязкости масел определяется условиями протекания двух взаимопротивоположных процессов: накоплением продуктов окисления, вызывающих увеличение вязкости масла, деструкцией вязкостных присадок, ведущей к уменьшению его вязкости, и разбавлением масла топливом. В результате этого исходная вязкость может оставаться неизменной, увеличиваться или уменьшаться, но индекс вязкости масла всегда уменьшается. При использовании масел со щелочными присадками для форсированных двигателей присадка может реагировать с продуктами окисления масла - образуются высоковязкие вещества. В этом случае вязкость масла может возрасти до 150 %. Для нейтрализации продуктов неполного сгорания топлива (особенно с высоким содержанием серы) и предотвращения их коррозионного воздействия на детали двигателя современные моторные масла обладают определённым щелочным запасом (как правило, 2 - 10 мгКОН/г). В зависимости от условий эксплуатации, применяемого топлива и качества моторного масла его щелочной запас в процессе работы расходуется с различной интенсивностью. Скорость расходования и исходное значение щелочности определяют величину коррозионного износа деталей, особенно в верхней части цилиндров дизельных двигателей. При работе дизельных двигателей на сернистом топливе маслу необходим больший запас щелочных свойств (не менее 5,5 мгКОН/г). В маслах, полностью отработавших свой срок в двигателе, показатель щёлочности снижается до 1 - 0,5. Температура вспышки - это наименьшая температура, при которой пары нагретого масла образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении пламени (для моторных масел 165 - 220 0С). По ней можно судить об огнеопасности масла и наличии в масле легкоиспаряющихся углеводородов, а также разбавлении масла топливом. Чем ниже эта температура, тем лучше испаряемость масла и тем большим будет его расход. Лучшие масла одного и того же назначения имеют более высокую температуру вспышки и поэтому меньший угар. Эксплуатационные испытания являются наиболее достоверным средством целесообразности оценки межсменного срока службы масел в двигателе. По браковочным показателям работавших масел, представленным в таблице 5.1, можно дать предварительную оценку. Замена масла в двигателе необходима, если достигнуты предельные значения одного или нескольких браковочных показателей. Таблица 5.1 - Браковочные показатели работавших масел
* Большие значения для масел высших групп. ** А/Б-отношение общего А и крупнодисперсного осадка Б. 5.8 Пути снижения расхода смазочных масел Расход масла в эксплуатации зависит от трёх факторов: периодичности его замены, объёма системы смазки и величины потерь на межсменном пробеге (угар). Сроки смены масла определяют экспериментальным путём. Обычно их указывают в техническом паспорте на двигатель или на автомобиль и связывают со временем наработки двигателя (в мото-часах) или пробега автомобиля (в километрах). Однако при таком методе не учитывается режим работы двигателя. Значение оптимизации периодичности смены масла трудно переоценить. Если сроки смены масла необоснованно завышены, эксплуатационники сталкиваются с ухудшением его свойств, возрастают отложения в двигателе, увеличивается его износ. При заниженных сроках смены возрастают эксплуатационные затраты на смазочное масло. Сроки замены масла могут быть оптимизированы следующими методами: на основании накопленного опыта эксплуатации эмпирически устанавливают новую периодичность смены и проводят эксплуатационные испытания до выбранного пробега; длительность работы масла без смены устанавливают по его фактическому качеству, которое определяется во время стендовых и эксплуатационных испытаний, проводимых по типовой программе для каждого механизма. Угар масла предопределяется следующими факторами: сгоранием, испарением, утечками и выбросом масла через систему вентиляции картера. Он зависит от степени износа поршневых колец и других уплотнительных элементов. Влияют также конструктивные особенности двигателя и режим его работы. С повышением частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель угар масла возрастает. Снижению угара масла способствует улучшение конструкции маслосъёмных, компрессионных колец и уплотнительных устройств. Уменьшение расхода масла также может быть достигнуто понижением до определённого предела ёмкости системы смазки. 5.9 Существующие системы классификации смазочных масел. Взаимозаменяемость с зарубежными аналогами | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||