§ 30. Устойчивость масел к действию температуры

При нормальных условиях минеральные масла дли­тельное время практически не окисляются. Однако, уже начиная с 50—60° С кислород взаимодействует с углево­дородами масла, а при температуре 130—150° С процесс окисления протекает весьма энергично. При дальней­шем нагревании со 150 до 250° С окисление масла уско­ряется примерно в тысячу раз

Особенно заметно окисление проявляется при работе моторных масел в двигателях, где температурные усло­вия тяжелы. Причем, в различных зонах двигателя про­цесс протекает неодинаково. На поршнях, кольцах, ци­линдрах масло окисляется при высокой температуре в тонком слое (пленке) с большой скоростью. В масло­проводах, картере, масляном радиаторе процессы идут при сравнительно невысокой температуре. Внутри дви­гателя (поршень, поршневой палец) масло находится в виде тумана. Здесь особенно велика поверхность взаимо­действия с кислородом. Несмотря на то, что в цилиндропоршневую группу одновременно попадает не так уж много масла, и оно всё время меняется, основные изме­нения вызваны процессами, происходящими именно здесь. В высокотемпературных зонах двигателя кроме окисления под действием высокой температуры могут разрушаться углеводороды.

В результате окисления и термического распада в маслах образуются новые соединения, которых раньше hp было, кислоты, смолы, асфальтовые вещества, а так­же коксоподобные соединения. Меняется не только внеш­ний вид масла — оно темнеет, но и его физико-химичес­кие свойства: из-за попадания в них продуктов, имеющих высокую молекулярную массу, увеличивается вязкость, выпадают осадки, являющиеся основной причиной обра­зования лаков и нагаров на поршнях и кольцах, отложе­ний в картере Основная часть масла окисляется в плен­ке, причем процесс сопровождается сильным испарением, а на поверхности металла образуются прочные лаковые отложения. Во многих трущихся деталях, где постоянно работает одно и то же масло, вначале окисляются его наименее стойкие соединения. Их постепенно становится все меньше, и процесс замедляется. В двигателях внут­реннего сгорания процесс окисления сложнее, так как вместо угорающего доливают свежее масло.

В стандартах склонность моторных масел к окисле­нию при высокой температуре и образованию отложений оценивают термоокислительной стабильностью. Чем она выше, тем лучше качество смазочного материала.

При эксплуатации автотракторной техники накапли­вающиеся продукты окисления являются основной при­чиной образования нагаров, лаков, а также повышения коррозионного износа деталей. Поэтому возникает необ­ходимость в создании масел более устойчивых к дейст­вию температуры, что достигается путем введения ан­ тиокислительных присадок, замедляющих процессы оки­сления

В практике эксплуатации тракторов и автомобилей иногда происходят непонятные на первый взгляд случаи. Один двигатель работает тысячи часов, и необходимость в его ремонте не возникает. Другой используется в таких же условиях, но на ином масле, и уже через несколько десятков часов работы выходит из строя; падает его мощность, из выхлопной трубы появляется густой дым, сильно угорает масло. После разборки оказывается, что одно или несколько колец залегли, потеряли подвиж­ность Связано это с одной из важнейших характеристик моторных масел — их моющими свойствами.

В начале процесса окисления образуются соединения, находящиеся в масле в растворенном состоянии (смолы, кислоты). В дальнейшем они переходят в нераствори­мые вещества (частицы размером до 1 мкм). Пока эти частицы малы, они не наносят особого вреда двигателю, так как циркулируют вместе с маслом. Но при дальней­шей работе масла и его окислении частицы слипаются, укрупняются, оседают на горячих деталях цилиндропоршневой группы, участвуют в образовании лаков, на­гаров.

Способность масла обеспечивать необходимую чисто­ту деталей двигателей, поддерживая продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии, называют мою­щими свойствами. У всех моторных масел без при­садок они примерно одинаковы и недостаточны. Совре­менные двигатели с высокой температурой деталей не могут работать на таком масле: они быстро выходят из строя вследствие загрязненности цилиндропоршневой группы, поэтому в масла добавляют моющие присадки. Моющим действием обладают самые раз­нообразные соединения, объединенные одним общим свойством: их молекулы электрозаряжены (полярно активны).

Нагар образуется при слипании крупных частиц про­дуктов окисления масла с лаковыми пленками. Присад­ки, обладающие моющим действием, препятствуют ук­рупнению продуктов окисления. Молекулы присадки ок­ружают частицы, образуя на их поверхности одноимен­ные заряды, которые отталкиваются друг от друга, в результате частицы не слипаются. В дальнейшем они задерживаются фильтрующими устройствами двигате­ля. Если в масле уже были крупные частицы, то полярно-активные соединения способны /проникнуть внутрь и разрушить их.

Эффективные присадки до некоторой степени спо­собны даже удалить уже образовавшийся нагар. Когда масло попадает на поверхность нагара, то молекулы присадки проникают между металлом и отложениями, образуя на их поверхности заряженные пленки — проч­ность нагара уменьшается, и он начинает разрушаться.

Моющие присадки нередко вводят в масла в значи­тельном количестве — до 10—15%. При правильном под­боре типа присадок и их концентрации обеспечивается необходимая чистота деталей двигателей и увеличивает­ся межремонтный период.

Следует иметь в виду, что используемые металлосодержащие моющие присадки больше других изменяют физико-химические показатели качества масел (золь­ность, коксуемость), что может вызвать увеличение из­носа, 'особенно в тех случаях, если присадка во время работы двигателя не срабатывается. Поэтому количество вводимых присадок всегда должно соответствовать уров­ню форсирования и условиям эксплуатации двигателей. Ученые работают над созданием беззольных присадок, не содержащих металлов. Такие присадки уже успешно используются в маслах для карбюраторных двигателей, в перспективе они получат распространение и в дизелях.

Моющие свойства определяют на установке ПЗВ, ко­торая представляет собой модель малолитражного одно­цилиндрового двигателя, оборудованного электроподо­гревом, привод осуществляется от электромотора. При испытании масло попадает на стенки нагретого поршня, окисляется, и образуются нагары и лаки. После прове­дения опыта установку разбирают и оценивают загряз­ненность поршня в баллах, сравнивая ее с эталонной цветной шкалой. Совершенно чистый поршень оценива­ется в ноль баллов. Если вся боковая поверхность его покрыта черным лаком, то оценка 6 баллов. Многочислен­ными испытаниями доказано, что достаточная чистота цилиндропоршневой группы в процессе эксплуатации будет обеспечена, если лакообразование при испытании масла на установке ПЗВ не превышает 0,5—1,0 балла.

При работе двигателей масло в картере энергично перемешивается воздухом и вспенивается, что приводит не только к значительным утечкам масла, но и к увели­чению поверхности его окисления. Для разрушения пены в масла для современных двигателей вводят антипенные присадки — полимерные кремнийорганические соедине­ния в концентрации 0,003%.