Автомобильные эксплуатационные материалы

       Как и в случае бензинов, причиной коррозионной агрессивности дизельных топлив является наличие таких соединений, как водорастворимые кислоты и щелочи, органические кислоты и сернистые соединения.

       Присутствие водорастворимых кислот и щелочей  в дизельных топливах не допускается. Содержание остальных агрессивных соединений в дизельных топливах контролируется, как и в бензинах, по показателю кислотности. Кислотность не должна превышать 5 мг КОН для нейтрализации 100 мг топлива.

       Вопрос  № 3: Описать противоокислительные свойства масел.

       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.

       При хранении, транспортировании, в процессе работы в двигателях масла подвергаются глубоким химическим изменениям – окислению, полимеризации, разложению и т.п. При этом образуются кокс, смолистые, асфальтеновые и другие вещества.

       Установлено (в основном исследованиями Н.И. Черножукова  и С.Э. Крейна), что для большинства  углеводородов первичные продукты окисления – это перекисные соединения: моноалкил – перекиси R-O-O-H, диалкилперекиси R-O-O-R и др.

       При высоких температурах среди входящих в состав масла трех групп углеводородов  легче всех окисляются алкановые, затем циклановые и ароматические.

       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. Масла, стойкие к действию кислорода при высокой температуре, обладают высокой термоокислительной стабильностью.

       Стабильность  масел, применяемых в двигателях внутреннего сгорания, зависит от многих факторов. Основные из них – температурные условия, химический состав масел, наличие воды и механических примесей, а также окислительные свойства: длительность и поверхность окисления, действие продуктов окисления. С повышением давления воздуха и усилением диффузии его в масло процесс окисления ускоряется.

       Температура оказывает на окисление решающее воздействие. Так, при температуре 18-20 °С все первоначальные свойства масла сохраняются в течение пяти лет. Но уже начиная с 50-60 °С скорость окисления масел с повышением температуры на каждые 10 °С примерно удваивается. Поэтому высокая тепловая напряженность деталей форсированных двигателей (рисунок 7.12), с которыми приходится контактировать моторному маслу, и взаимодействие с прорывающимися высоконагретыми газами (на такте сжатия их температура около 150-450 °С для карбюраторных двигателей и около 500-700 °С для дизелей) резко ужесточают условия их работы.

       Повышение термической напряженности моторных масел сопряжено с отдельными конструктивными решениями: использованием наддува, применением герметизированной системы охлаждения (увеличивает температуру поршня на 10-20 °С), уменьшением объема системы смазки двигателя, масляным охлаждением поршней и др. Возрастание опасности термического и механического разрушения масляной пленки в основных сопряженных парах двигателя в условиях высокой тепловой напряженности и интенсивного контакта его деталей с нагретыми газами связано с интенсификацией процесса окисления масла и нарушением нормальной работы двигателя за счет возможного износа деталей, загрязнения продуктами окислительной полимеризации углеводородов масла и топлива с последующим закоксовыванием поршневых колец, забивкой дренажных отверстий, масляных каналов и т.д. В результате происходит снижение надежности работы двигателя, возрастают затраты на техническое обслуживание. Загрязнение масла и топлива продуктами окисления может в ряде случаев способствовать возникновению аварийных ситуаций и даже выходу двигателя из строя.

       По  условиям химического превращения  масла в двигателе выделяют три зоны – камера сгорания; поршневая группа и картер двигателя, в значительной степени различающиеся по уровню температуры, количеству масла и концентрации кислорода. Отложения, образующиеся в двигателе в результате превращения углеводородов, принято подразделять на нагары, лаки и осадки.

       Нагары  – твердые углеродистые вещества (продукты глубокого окисления углеводородов масла), откладывающиеся на стенках камеры сгорания, клапанах, свечах, днище поршня и на верхнем пояске боковой поверхности поршня. По структуре нагар может быть монолитным, пластинчатым и рыхлым. Химический состав его зависит как от качества масла и топлива, так и от режима работы двигателя, запыленности воздуха, наличия и характера присадок и т.д. Поэтому он крайне непостоянен. В составе нагара карбены и карбоиды – основная часть – составляют 50-70%, асфальтены и оксикислоты – 3-6%, смолы и масла – 15-40%, золы- 1-10%.

       Нагар образуется в результате попадания  масла под насосным воздействием поршневых колец в камеру сгорания. Часть его испаряется и сгорает вместе с топливом. Другая часть, расплываясь по днищу и горячим стенкам камеры сгорания, остается на их поверхностях в виде слоя густой смолистой массы. Из двух различаемых фаз нагарообразования – фазы роста и фазы равновесного состояния нагар достигает предельной толщины в первой фазе. Количество нагара напрямую зависит от размера низкотемпературной зоны, прилегающей к поверхности металла: чем эта зона больше, тем больше и нагар. В высокотемпературной зоне, как отмечалось выше, масло испаряется и сгорает, а остающиеся углеродистые частицы не могут удержаться на лишенной связующей среды поверхности.

       Количество  образующегося нагара зависит также  от качества масла и его расхода, от качества топлива, а предельная его толщина – от теплового режима работы двигателя: чем холоднее стенки камеры сгорания, тем больший нагар на них формируется. Летом нагара образуется меньше, чем зимой.

       Отрицательные последствия нагарообразования  выражаются в следующем:

       - ухудшается охлаждение камеры сгорания, уменьшается ее объем (тем самым увеличивается степень сжатия двигателя), повышаются требования к детонационной стойкости топлива;

       - появляется возможность преждевременного воспламенения смеси, когда топливо поджигается до проскакивания искры между контактами свечи (воспламенение возникает от раскаленных частиц нагара, особенно, если в его состав входят соединения свинца) – при этом раздается характерный металлический стук в двигателе, снижается его мощность, возможно разрушение деталей;

       - происходит абразивный износ поверхностей трения цилиндр-поршень частицами нагара, попадая в картер, частицы нагара загрязняют масло и вызывают абразивный износ других деталей двигателя.

       С нагарообразованием борются, создавая оптимальные эксплуатационные условия, обеспечивающие поддержание нормального теплового состояния двигателя. Нагар с его деталей удаляют механическим или химическим способами, используя различные растворы.

       Лаковые отложения получили свое наименование по их сходству с лаковыми покрытиями. Они представляют собой богатые углеродом вещества, формирующиеся в виде отложений на поршне – в зоне колец, на юбке и на внутренних стенках. В составе лаковых отложений – оксикислоты, асфальтены и другие продукты глубокого окисления масла.

       На  процесс лакообразования влияют температура, количество и качество поступающего масла, техническое состояние поршневой группы двигателя. Наличие лаковых отложений, несмотря на их относительно небольшую толщину (50-200 мкм), значительно затрудняет работу двигателя. Во-первых, происходит пригорание поршневых колец, что влечет за собой проникновение масла в камеру сгорания, а следовательно, увеличение его расхода. Во-вторых, ухудшается работа двигателя: снижаются его компрессия, так как в картер прорываются газы, и мощность, изнашиваются поверхности цилиндров, повышается вероятность поломки колец, а также заклинивания поршней. Теплоизоляционное свойство лаковой пленки препятствует отводу тепла от деталей.

       На  механизм лакообразования влияют такие  свойства масла, как термоокислительная стабильность и моющие свойства.

       Термоокислительную  стабильность определяют как устойчивость масла к окислению в тонком слое при повышенной температуре методом оценки прочности лаковой пленки. Чтобы замедлить реакции окисления и уменьшить образование отложений в двигателе, в масла вводят антиокислительные присадки, действие которых основано на торможении образования активных радикалов в начальной стадии цепного процесса окисления; разложения уже образовавшихся перекисей и переводе их в устойчивое к окислению состояние, препятствуя тем самым распространению цепной реакции, уменьшении каталитического действия металлов, их окисей и солей на процесс окисления. Наиболее распространены антиокислительные присадки ДФ-11, МНИ ИП-22к, ВНИИ НП-354, ИХП-21 и др.

       Под моющими (детергентно-диспергирующими) свойствами понимают способность масла противостоять лакообразованию на горячих поверхностях, препятствуя прилипанию углеродистых отложений (лака, нагара) путем торможения процессов окисления и их коагуляции. Диспергирующим свойством масла называют его способность препятствовать слипанию углеродистых частиц и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии. При использовании масел с хорошими моющими свойствами детали двигателей выглядят чистыми, как бы вымытыми, отсюда и появление термина «моющие».

       Для улучшения моющих свойств масел  в них вводят моющие присадки, обычно в составе композиций присадок. Моющие присадки удерживают продукты окисления масла во взвешенном состоянии, переводят нерастворимые в масле продукты окисления в коллоидный раствор и препятствуют прилипанию продуктов окисления масла к поверхности нагретых деталей. Моющие свойства масел оценивают в баллах от 0 до 6 (максимальное лаковое отложение) по методу ПЗВ, основанному на создании в небольшом одноцилиндровом двигателе условий интенсивного лакообразования. Образование лаковых отложений на поршне двигателя, работающего на маслах с моющими присадками, уменьшается в 3-6 раз (с 3,0-4,5 до 0,5-1,5 балла).

       Применяют два типа моющих присадок – зольные  и беззольные. К первому типу присадок относятся бариевые и кальциевые соли сульфокислот (сульфонаты), а также алкилфеноляты щелочно-земельных металлов бария и кальция. Их вводят в базовые масла в количестве 2-10%. Масла, содержащие зольные присадки, при сгорании образуют золу, которая прилипает к поверхностям деталей. Беззольные присадки не содержат в своем составе металла, поэтому масла, их включающие, при сгорании не дают золы. Применяются два типа беззольных присадок – сукцини-миды и полярные полимеры. 

       Чтобы в эксплуатационных условиях предотвратить  лакообразование, следует избегать работы двигателя с большими перегрузками и повышенным тепловым режимом. Необходимо также следить за техническим состоянием поршневой группы.

       Осадки  – это мазеобразные сгустки, откладывающиеся на стенках поддона картера, крышке клапанной коробки, фильтрах, в шейках коленчатого вала, маслопроводах и других деталях двигателя. Осадки представляют собой продукты превращения углеводородов масла и топлива в результате процессов окисления, а также загрязнения, попавшие извне. Они способствуют лакообразованию, а отложение осадков в маслопроводах препятствует подаче масла к трущимся поверхностям.

       Осадки  состоят из масла (50-85%), воды (5-35%) –  основные составляющие продуктов их окисления – оксикислот (2-15%), карбенов и карбоидов (2-10%), асфальтенов (0,1-15%), а также механических примесей различного происхождения. Вода в осадках обычно находится в виде стойкой эмульсии.

       Образование осадков происходит при пониженном тепловом режиме работы двигателя, когда ухудшается процесс сгорания топлива и возрастает попадание в картер продуктов его неполного сгорания. Поэтому эти осадки (шлам) нередко называют низкотемпературными отложениями. Если напряженный тепловой режим работы двигателя наиболее опасен образованием нагаров и лаков на деталях цилиндропоршневой группы, то пониженный тепловой – шламообразованием в двигателе. Углистые частицы, водяные пары, тяжелые фракции топлива, кислотные соединения и т.д. активно конденсируются на его деталях, полимеризуются и попадают в масло. Прорыв картерных газов, низкая эффективность системы вентиляции картера – причины наиболее интенсивного протекания этого процесса. При работе карбюраторного двигателя в условиях низкотемпературного режима загрязнение центрифуги шламами в 28 раз больше, чем при работе на высокотемпературном режиме. Чтобы моторные масла эффективно препятствовали образованию осадков, они должны сохранять высокие диспергирующие свойства на протяжении длительного периода эксплуатации.