Файл: Учебное пособие по эксплуатационным материалам предна значено для лабораторных занятий студентов инженерного фа культета по специальностям.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 118
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
28
поверхности сталкиваются, что приводит к их разру- шению. Оно может проявляться в виде «обламывания» выступов или образования «борозды» в металле - зади- ре. Для предотвращения разрушения микрорельефа
(износа) в моторное масло вводят противоизносные присадки. Они химически преобразуют (модифициру- ют) поверхность металла, образуя на ней тонкую плен- ку, 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
Продолжение табл.1.1 1
2
Противоскач- ковые
Предотвращение скачкообразного движения направля- ющих скольжения
Присадки, снижающие температуру застывания
Обеспечивают текучесть масла при низкой температу- ре, предотвращая слипание парафиновых и др. кри- сталлов
Присадки, улучшающие индекс вязко- сти
Замедляют изменение вязкости масла с изменением температуры за счет изменения объема высокомолеку- лярных полимеров, из которых они состоят. При по- вышении температуры их объем увеличивается, а при снижении температуры - уменьшается
В настоящее время около 70% присадок, выпускаемых ве- дущими зарубежными фирмами, реализуется в форме «пакетов» присадок.
В последние годы этот принцип создания смазочных компо- зиций получил дальнейшее развитие за счет применения каскад- ных пакетов присадок. Реализация принципа каскадности преду- сматривает использование в композициях базового пакета приса- док, содержащего определенный набор присадок в оптимальном соотношении, и ряда усиливающих присадок - бустеров. Их ис- пользование в определенных концентрациях в базовых маслах позволяет получать композиции масел с заданным уровнем свойств.
29
До 2005 года присадки составляли до 25% объема смазоч- ных масел. После 2005 года их содержание в некоторых видах масел превышает 35%. При этом, например, станет реальным во- прос создания моторных масел, не сменяемых в течение всего срока эксплуатации двигателя.
С помощью только высококачественных базовых масел не- возможно достичь всех тех свойств, которые современное обору- дование требует от смазочных масел. В связи с этим к ним добав- ляют специальные присадки, которые улучшают свойства базо- вых масел. Однако необходимо помнить, что даже самые хоро- шие присадки не способны превратить низкокачественные базо- вые масла в высококачественные смазочные материалы.
1.6. Паспорт моторного масла
В паспорте моторного масла есть немало полезной инфор- мации для потребителя. Важно уметь правильно интерпретиро- вать паспортные данные и использовать их. Производитель мо- торного масла, согласно действующим в России правилам, обязан паспортизовать каждую выработанную партию продукта и вы- дать паспорт покупателю. В паспорте указывается марка масла, дата выработки и номер государственного стандарта (ГОСТ) или технических условий (ТУ), требованиям которых масло должно соответствовать. Требования нормативных документов к каче- ству масла - это перечень его физико-химических свойств и их предельные величины.
В паспорте масла М-10Г
2
к, выпускаемого по ГОСТ 8581-78 отражено следующее. Дата выпуска нужна для определения сро- ка годности масла. Для М-10Г
2
к он равен пяти годам. По истече- нии этого времени масло можно использовать только после по- вторной паспортизации, подтверждающей соответствие свойств продукта нормам стандарта после длительного хранения.
ГОСТ 8581-78 устанавливает нормы для марки М-10Г
2
к по следующим показателям.
Вязкость кинематическая при
100°С в пределах
10,5…11,5 мм
2
/с соответствует классу SAE 30 и гарантирует надежное смазывание двигателей при их работе в летнее время года.
30
Индекс вязкости не менее 95, плотность при 20°С не более
0,900 т/м
3
, цвет не более 3,0 единиц ЦНТ. Эти показатели харак- теризуют сырье, из которого изготовлено масло, и глубину очистки масляных фракций нефти. Чем выше индекс вязкости, меньше плотность и лучше цвет, тем благоприятнее состав базо- вого масла и качество конечного продукта, получаемого добавле- нием присадок к базе.
Массовая доля механических примесей не более 0,015%, во- ды - следы, степень чистоты не более 500 мг/100 г. Эти три пока- зателя говорят об отсутствии в масле значительного количества вредных примесей, причем в составе механических примесей не допускается наличие абразивных веществ.
Температура вспышки в открытом тигле не ниже 220°С ха- рактеризует содержание в масле легких фракций. Чем она выше, тем меньше испаряемость масла и его расход в двигателе, мед- леннее рост вязкости в процессе старения.
Температура застывания не выше -18°С характеризует ту степень охлаждения масла, при которой оно теряет способность течь. Летнее масло применяют при температуре воздуха не ниже
0°С и, следовательно, в данном случае есть большой резерв.
Отсутствие коррозии на пластинах из свинца. Этот показа- тель характеризует коррозионную агрессивность масла в отно- шении свинцовистой бронзы, из которой изготавливают вклады- ши подшипников коленчатого вала.
Моющие свойства по ПЗВ, баллы, не более 0,5. Этот показа- тель характеризует эффективность моющих присадок, добавлен- ных к маслу. Оценка 0,5 балла говорит о том, что после испыта- ния поршень практически чист.
Щелочное число не менее 6,0 мг КОН/г характеризует спо- собность масла нейтрализовать кислоты, образующиеся при сго- рании топлива и окислении масла. Чем больше щелочное число, тем лучше, но щелочность масла обусловлена наличием в его со- ставе металлоорганических моющих присадок, образующих при сгорании золу, которая является абразивным материалом и ино- гда нарушает работу выпускных клапанов.
Сульфатная зольность не более 1,15% ограничена сравни- тельно небольшой величиной в связи с тем, что сказано ранее.
Новейшие спецификации европейских автопроизводителей огра-
31
ничивают сульфатную зольность дизельных масел величиной не более 1,0% для выполнения требований Евро-4.
Стабильность по индукционному периоду осадкообразова- ния не менее 50 часов характеризует стойкость масла к окисле- нию. В течение 50 часов при температуре 200°С и контакте с воз- духом масло М-10Г
2
к не образует нерастворимых продуктов окисления.
Массовая доля активных элементов: кальция не менее
0,19%, цинка и фосфора не менее 0,05% каждого. Этими показа- телями характеризуют правильность дозирования моющих, анти- окислительных, антикоррозионных и противоизносных присадок при изготовлении масла.
Ряд показателей, имеющихся в паспорте, дает возможность контролировать работоспособность масла и выявлять некоторые неисправности двигателя путем анализа отработанного масла.
Так, например, снижение температуры вспышки на 30°С и более свидетельствует о значительном разжижении масла топли- вом из-за утечки из системы подвода топлива или нарушений в работе ТНВД или форсунок.
Повышение массовой доли воды с 0,03% (следы) до 0,2% и более указывает на утечку охлаждающей жидкости и/или нару- шения работы системы вентиляции картера. При указанном сни- жении температуры вспышки и увеличении массовой доли воды масло подлежит замене, оно стало неработоспособным.
То же относится еще к двум показателям. Сжижение щелоч- ного числа более, чем на 50% исходной величины и изменение вязкости при 100°С (снижение или рост) более, чем на 25% вле- кут за собой необходимость смены масла.
Быстрое снижение щелочного числа обычно связано с при- менением топлива, имеющего повышенное содержание серы.
Снижение вязкости сезонного (в данном случае летнего) масла - результат его разжижения топливом. Рост вязкости может быть обусловлен интенсивным окислением при длительной работе с высокой нагрузкой и высокой температурой воздуха, загрязнени- ем масла частицами сажи - продуктами неполного сгорания топ- лива, а также испарением наиболее легких фракций базового масла.
32
32
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2.
ВИДЫ КЛАССИФИКАЦИЙ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
2.1.
Классификация моторных масел по SAE J300
Одними из основных свойств моторного масла является вяз- кость и ее зависимость от температуры в широком диапазоне (от температуры окружающего воздуха в момент холодного пуска зимой до максимальной температуры масла в двигателе при мак- симальной нагрузке летом). Наиболее полное описание соответ- ствия вязкостно-температурных свойств масел требованиям дви- гателей содержится в общепринятой на международном уровне классификации SAE J300 (американское общество автомобиль- ных инженеров).
Эта классификация подразделяет моторные масла на
11
классов вязкости от 0W до 60:
- 6 зимних (W - winter, зима) - 0W, 5W, 10W, 15W, 20W,
25W;
- 5
летних - 20, 30, 40, 50, 60 (чем больше число, тем выше вязкость масла).
Буква W перед цифрой означает, что масло приспособлено к работе при низкой температуре (Winter - зима). Для этих масел кроме минимальной вязкости при 100°C дополнительно дается температурный предел прокачиваемости масла в холодных условиях. Предельная температура прокачиваемости означает минимальную температуру, при которой насос двигателя в состоянии подавать масло в систему смазки. Это значение температуры можно рассматривать как минимальную температуру, при которой возможен безопасный пуск двигателя.
Всесезонные масла обозначаются сдвоенным номером, пер- вый из которых указывает максимальные значения динамической вязкости масла при отрицательных температурах и гарантирует пусковые свойства, а второй определяет характерный для соот- ветствующего класса вязкости летнего масла диапазон кинемати- ческой вязкости при 100°С и динамической вязкости при 150°С.
Методы испытаний, заложенные в оценку свойств масел по
SAE J300, дают потребителю информацию о предельной температуре масла, при которой возможно проворачивание двигателя стартером и масляный насос прокачивает масло под
33 давлением в процессе холодного пуска в режиме, недопускающем сухого трения в узлах трения.
Аббревиатура HTHS расшифровывается как High Tempera- ture High Shear Rate, т.е. «высокая температура - высокая прочность на сдвиг». С помощью данного испытания измеряется стабильность вязкостной характеристики масла в экстремальных условиях при очень высокой температуре.
Большинство присутствующих сегодня на рынке моторных масел являются всесезонными, т.е. удовлетворяют требованиям по вязкости как при низких, так и при высоких температурах.
Таблица 2.1 - Степень вязкости моторных масел SAE J300 DEC99
К
л ас с вя зк о
ст и
Низкотемпературная
(динамическая) вязкость
Высокотемпературная вязкость проворачивание
(по методу
ASTM D 5293) прокачиваемость
(по методу
ASTM D 4684) кинематическая при
+100 °С
(по методу ASTM
D 445) динамическая при
+150 °С и скорости сдвига
10 6
с
-1
(по методу ASTM D 4683) максимальная вязкость, МПа·с, при температуре min max
0W 6200 при -35 °С 60000 при -40 °С
3,8
-
-
5W 6600 при -30 °С 60000 при -35 °С
3,8
-
-
10W 7000 при -25 °С 60000 при -30 °С
4,1
-
-
15W 7000 при -20 °С 60000 при -25 °С
5,6
-
-
20W 9500 при -15 °С 60000 при -20 °С
5,6
-
25W 13000 при -10 °С 60000 при -15 °С
9,3
-
-
20
-
-
5,6 9,3 2,6 30
-
-
9,3 12,5 2,9 40
-
-
12,5 16,3 2,9*
40
-
-
12,5 16,3 3,7**
50
-
-
16,3 21,9 3,7 60
-
-
21,9 26,1 3,7
Примечание: * - для классов SAE 0W-40, 5W-40, 10W-40;
** - для классов SAE 40, 15W-40, 20W-40, 25W-40.
Необходимо обратить внимание на то, что для двигателей различной конструкции температурные диапазоны работоспособности масла данного класса по SAE существенно отличаются. Они зависят от мощности стартера, минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала, требуемой для пуска двигателя, от производительности масляного насоса, от
34 гидравлического сопротивления маслоприемного тракта и многих других конструкционных, технологических и эксплуатационных факторов (техническое состояние автомобиля, качество бензина или дизтоплива, квалификации водителя и др.).
Предварительные рекомендации по подбору масел по вязкости:
- при пробеге автомобиля менее 25% от планового ресурса двигателя (или новый двигатель) необходимо применять масла классов SAE 5W-30 или 10W-30 всесезонно;
- при пробеге автомобиля 25…75% от планового ресурса двигателя (технически исправный двигатель) целесообразно применять летом масла классов SAE 10W-40, 15W-40, а зимой -
SAE 5W-30 и 10W-30, всесезонно - SAE 5W-40.
Примечание: выпускаются синтетические моторные масла классов вязкости
SAE 0W-30 и SAE 10W-60 для применения при температурах окружающего воздуха ниже -40 °С и выше +50 °С соответственно.
Рисунок 2.1 - Типичные диапазоны работоспособности зимних, летних и всесезонных масел
35
Ориентировочные диапазоны температур окружающего воздуха, при которых обеспечивается холодный пуск и надежное смазывание двигателя моторными маслами некоторых классов вязкости по SAE (рис. 2.1).
Таблица 2.2 - Соответствие различных классов вязкости мм
2
/С
(сСт)
°Е
SUS
R.I. мм
2
/С
(сСт)
°Е
SUS
R.I.
2 1,12 32,6 30,4 130 17,2 603 528 4
1,31 39,2 35,3 140 18,5 649 568 6
1,48 45,6 40,6 150 19,8 695 609 8
1,65 52,1 46,1 160 21,1 742 650 10 1,83 58,9 51,9 170 22,4 788 690 12 2,02 66,0 58,0 180 23,8 834 731 14 2,22 73,6 64,5 190 25,1 881 771 16 2,34 81,3 71,2 200 26,4 927 812 18 2,65 89,4 78,1 220 29,0 1020 893 20 2,88 97,8 85,2 240 31,7 1112 974 24 3,3 115 100 260 34,3 1205 1056 28 3,8 133 116 280 37,0 1298 1137 32 4,3 150 131 300 39,6 1390 1218 36 4,8 168 147 340 44,9 1576 1380 40 5,4 186 164 380 50,2 1761 1543 44 5,9 204 180 420 55,4 1947 1705 48 6,4 223 196 460 60,7 2132 1868 52 6,9 241 212 500 66,0 2317 2030 56 7,4 260 228 540 71,3 2503 2192 60 8,0 278 244 580 76,6 2688 2355 65 8,6 301 265 620 81,8 2874 2517 70 9,3 324 285 660 87,1 3059 2680 75 9,9 348 305 700 92,4 3245 2842 80 10,6 371 325 750 99,0 3476 3045 85 11,2 394 345 800 105,6 3708 3248 90 11,9 417 366 850 112,2 3940 3451 95 12,6 440 386 900 118,8 4172 3654 100 13,2 464 406 950 125,4 4403 3857 110 14,5 510 447 1000 132,0 4635 4060 120 15,8 556 487
-
-
-
-
Примечание. Вязкость можно сравнивать только при одинаковых значениях температуры.
36
Рисунок 2.2 - Соотношение классов вязкостей
Значения вязкости в различных единицах:
- мм
2
/с = сСт (сантистокс) - кинематическая вязкость;
- °Е - градусы Энглера (Engler);
- SUS - Единицы Сейболда (Saybold Universal second);
- R.I. - секунды Редвуда (Redwood).
37
2.2.
Классификация моторных масел по API
Обозначения эксплуатационных свойств моторных масел по классификации API - Американского Нефтяного Института.
APIсистема классификации моторных масел (API Engine
Service Classification System) развивалась с 1969 года в результате совместной работы API, ASTM и SAE. Система полностью из- ложена в стандартах ASTM D 4485 «Стандартная спецификация на качество эксплуатационных свойств моторных масел»
(Standart Performance Specification for Performance of Engine Oils) и SAE J183 APR96 «Качество эксплуатационных свойств мотор- ных масел и эксплуатационные классификации двигателей (за исключением энергосберегающих масел)» (Engine Oil Perfor- mance and Engine Service Classifications (Other than «Energy Con- serving»).
Новый качественный шаг в развитии качества и классифи- кации моторных масел был сделан в 1983…1992 годах, когда под руководством API и участии представителей производителей ав- томобилей (ААМА), двигателей (ЕМА) и технических союзов
(ASTM и SAE) была создана и развита «Система лицензирования и сертификации моторных масел EOLCS» (Engine Oil Licensing and Certification System, API Publication No. 1509). Эта система постоянно совершенствуется. В настоящее время аттестация мо- торных масел проводится согласно требованиям EOLCS и «Свода правил СМА» (СМА Code of Practice).
По системе API (ASTM D 4485, SAE J183 APR96) установ- лены три эксплуатационные категории (три ряда) назначения и качества моторных масел:
- S (Service) - состоит из категорий качества моторных ма- сел для бензиновых двигателей, идущих в хронологическом по- рядке. Для каждой новой генерации присваивается дополнитель- ная буква по алфавиту: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH, SJ, SL и
SМ (категория SI - намеренно пропущена API, для исключения путаницы с Международной системой мер).
Категории SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG на сегодняшний день признаны недействительными, как устаревшие, однако в некото- рых странах масла этих категорий еще выпускаются, категория