Методич.пособие.Эксплат.матер.

101

неорганических кислот, щелочей и воды. В процессе старения коррозионность моторных масел возрастает.

Антикоррозионные присадки защищают антифрикционные материалы (свинцовистую бронзу), образуя на их поверхности прочную защитную масляную пленку. Антиокислители препятствуют образованию агрессивных кислот. Иногда необходимо вводить в моторные масла присадки-деактиваторы, образующие хелатные соединения с медью, предохраняющие поверхность от коррозионного разрушения. Их концентрация достигает 1 %.

Антикоррозионные присадки типа дитиофосфатов цинка, применяемые в большинстве моторных масел, не защищают от коррозии сплавы на основе серебра и фосфористые бронзы, а при высокой температуре активно способствуют их коррозии. В двигателях, в которых используют такие антифрикционные материалы, необходимо использовать специальные масла, не содержащие дитиофосфатов цинка.

Встандартах на масла предусмотрены показатели оценки коррозионности: кислотное число, выраженное в миллиграммах КОН, которое требуется для нейтрализации органических кислот, находящихся в 1 г масла; содержание водорастворимых кислот и щелочей (в свежих маслах не выше 0,4 мг).

Для определения коррозионности масел имеется ряд методов. Все они основаны на оценке степени коррозии по потере массы пластинки (чаще всего свинцовой), выраженной в г/м2, в результате ее погружения в нагретое масло.

Моюще-диспергирующие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления

изагрязнении во взвешенном состоянии. Чем выше моюще-диспергирующие свойства масла, тем больше нерастворимых веществ – продуктов старения может удерживаться в работающем масле без выпадения в осадок, тем меньше лакообразных отложений и нагаров образуется на горячих деталях, тем выше может быть допустимая температура деталей (степень форсирования двигателя).

Вкомпозициях моторных масел в качестве моющих используют зольные и беззольные присадки. Зольные присадки содержат бариевые и кальциевые соли

102

сульфокислот (сульфонаты), а также алкилфеноляты щелочноземельных металлов бария и кальция, алкилсалицилаты и фосфонаты кальция или магния и реже (по экологическим соображениям) бария. Беззольные дисперсанты-присадки снижают, главным образом, склонность масла к образованию низкотемпературных отложений

искорость загрязнения фильтров тонкой очистки масла. Модифицированные термостойкие беззольные дисперсанты способствуют также уменьшению лако-и нагарообразования на поршнях.

Механизм действия моющих присадок заключается в следующем: детергирующие компоненты вымывают продукты окисления масла и износа деталей и несут их к фильтру, а диспергирующие компоненты способствуют дроблению крупных частиц нагара на мелкие (не больше микрона). Тем самым они удерживают грязь в мелкодисперсном состоянии, не дают ей слипнуться в большие комки и пригореть к металлу.

Моющие присадки добавляют в масла очень солидными дозами – до 15÷20 % общего объема. Содержатся во всех сортах высококачественных моторных масел.

При работе двигателей на топливах с повышенным содержанием серы моющие присадки, придающие маслу щелочность, препятствуют образованию отложений на деталях двигателей также путем нейтрализации кислот, образующихся из продуктов сгорания топлива. Количественно данная способность характеризуется щелочным числом. Чем оно больше, тем большее количество кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива, может быть переведено в нейтральные соединения. В противном случае эти кислоты вызвали бы коррозионный износ деталей двигателя

иусилили процессы образования различных углеродистых отложений на них. При работе масла в двигателе щелочное число неизбежно снижается, нейтрализующие присадки срабатываются. Такое снижение имеет допустимые пределы, по достижении которых масло считается утратившим работоспособность. Поэтому при прочих равных условиях предпочтительнее масло, у которого щелочное число выше.

Металлсодержащие моющие присадки (зольные) повышают зольность масла, что может привести к образованию зольных отложений в камере сгорания, замыка-

103

нию электродов свечей зажигания, преждевременному воспламенению рабочей смеси, прогару выпускных клапанов, снижению детонационной стойкости топлива, абразивному изнашиванию. Поэтому сульфатную зольность моторных масел ограничивают верхним пределом. Ее допустимое значение зависит от типа и конструкции двигателя, расхода масла на угар, условий эксплуатации, в частности, от вида применяемого топлива. Наименее зольные масла необходимы для смазывания двухтактных бензиновых двигателей и двигателей, работающих на газе. Наибольшую зольность имеют высокощелочные цилиндровые масла.

Моющие свойства определяют методами на установках ПЗВ или «скользящее кольцо», в основе которых лежит определение степени лакообразования в баллах от 0 до 6 на боковой поверхности поршня и сопоставление ее с эталонной цветной шкалой.

Численные значения показателя моющих свойств масел для бензиновых двигателей составляют 0,5–1,0 балл.

Противоизносные свойства моторного масла характеризуют его способность препятствовать износу поверхностей трения, образованию на трущихся поверхностях прочной пленки, исключающей непосредственный контакт деталей. Высокие противоизносные свойства масла особенно востребованы при небольших частотах вращения коленчатого вала, когда высоки удельные нагрузки, а также когда геометрические формы или размеры деталей имеют существенные отклонения, что чревато задирами, схватыванием и разрушением трущихся поверхностей. Они зависят от химического состава и полярности базового масла, состава композиции присадок и вязкостно-температурной характеристики масла с присадками, которая в основном предопределяет температурные пределы его применимости (защита деталей от износа при пуске двигателя, при максимальных нагрузках и температурах окружающей среды).

Для снижения потерь на трение в моторные масла вводят антифрикционные присадки, основой которых служат беззольные органические соединения, содержащие благородные элементы: никель, кобальт, хром, молибден. Малорастворимые

104

поверхностно-активные вещества такого типа образуют в узлах трения многослойные защитные пленки с внедрением легирующих компонентов в зону трения. Особое место при этом принадлежит молибдену, атомы которого способны связывать атомы железа и образовывать структуры, стойкие к питтингу (местному выкрашиванию металла), фреттинг-коррозии и др. Более того, только этот металл образует в результате окисления поверхностных слоев оксиды, температура плавления и твердость которых на порядок ниже, чем у металла поверхности трения. Содержание противоизносных компонентов составляет до 2 %.

Антипенные свойства. При работе двигателя масло непрерывно взбалтывается и разбрызгивается, в результате чего в масло попадают воздух, пары топлива и отработавшие газы. Выходя из масла, пузырьки воздуха образуют на поверхностях деталей двигателя обильную пену. Появление пены в масле – явление крайне нежелательное, так как при этом ухудшается процесс смазывания трущихся поверхностей. Из-за пузырьков воздуха в масле увеличивается его расход вследствие потерь через сапун или масляный бак, снижается надежность подачи к трущимся поверхностям необходимого количества масла, так как при пенообразовании вместе с маслом подается большое количество воздуха. На образование пены в масле оказывает влияние попадание воды. Способность масла противостоять образованию пены носит название антипенного свойства масла. Одним из наиболее эффективных путей снижения пенообразования в системе является введение в масло специальных противопенных присадок.

Противопенные присадки (обычно это силиконы или полилоксаны) 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.

Присадки вводятся «пакетом», и в зависимости от того, чего в нем больше, меняются свойства масла. Естественно, каждая присадка, подобно лекарству, оказыва-

105

ет не только прямое действие, но дает и побочные эффекты. Некоторые присадки сильно влияют друг на друга, причем иногда с взаимоуничтожающим результатом. Их подбор – дело исключительной тонкости.

Самостоятельное использование присадок нежелательно, так как может привести к непредсказуемым последствиям. Добавление даже самого хорошего компонента неизбежно нарушает баланс. В результате какой-либо показатель может быть улучшен, но другие при этом, почти наверняка, пострадают. В совокупности эффект будет в лучшем случае нулевым, в худшем – отрицательным.

Если вы все же рискнете добавить присадки самостоятельно, то не рекомендуется добавлять больше 250 мл на 4 л масла, иначе масло потеряет характеристики как чистый продукт. В современных же маслах производители доводят содержание присадок иногда до 28 % и более. Но их количество, комплексность, сбалансированность и совместимость были достигнуты в лабораторных условиях.

Способность моторного масла выполнять многочисленные функции проверяется в основном путем испытаний в двигателях на стендах по стандартным процедурам классификационных испытаний, а также методами лабораторных испытаний ряда физико-химических свойств. Некоторые фирменные спецификации включают как обязательный этап эксплуатационные испытания.

6.2Классификация моторных масел

Всвязи с многообразием типов, конструкций двигателей и условий их работы был разработан ряд классификаций моторных масел. Разработчиками классификаций моторных масел являются: американское общество автомобильных инженеров; американский институт нефти; ассоциация европейских производителей автомобилей (с 1996 г. заменила ССМС – комитет производителей автомобилей европейского общего рынка); международный комитет по стандартизации и одобрению смазочных материалов – совместная американо-японская классификация; спецификации военного ведомства США; российская классификация.

106

Производители классификаций моторных масел имеют следующие условные названия:

-SAE (Society of Automotive Engineers – Американское общество автомобиль-

ных инженеров);

-API (American Petroleum Institute – Американский институт нефти);

-АСЕА (Association des Constructeurs Europeen des Automobiles – Ассоциация европейских производителей автомобилей);

-ILSAC (Международный комитет по стандартизации и одобрению смазочных материалов – совместная американо-японская классификация);

-MIL-L (Military Specifications – спецификации Военного ведомства США);

-ГОСТ 17479.1-85 (Российская классификация).

Дополнительно ведущие производители автомобилей подвергают масла испытаниям по собственным программам, после чего допускают масла, выдерживающие такие испытания, в качестве масел первой заправки для всех или определенных типов техники своего производства. Такие спецификации называют допусками.

Важнейшие, наиболее часто упоминаемые фирменные спецификации (допуски) моторных масел имеют следующие обозначения:

-Volvo VDS, Volvo VDS-2;

-Volkswagen: VW 500.00, VW 501.00, VW 502.00, VW 505.00;

-Rower: RES 22 OL G-4, RES 22 OL PD-2, RES 22 OL D-5;

-BMW «Special Oils»;

-Mercedes-Benz: MB 229.1, MB 228.5, MB 228.2/3, MB 228.0/1, MB 227.0/1;

-MAN 270, MAN 271, MAN QC 13017, MAN M 3275, MAN M 3277;

-MTU Type 1, MTU Type 2;

-MACK EO-K, MACK EO-L;

-Ford: E3E-M2C 153-Е (в США), WSE-M2C 903 (в Европе);

-General Motors: GM 6094 M, GM 4718 M, GM 4717 M.

Пример информации, заложенной в фирменные спецификации, представлен в

таблице 16 [6, 7, 8].

107

Таблица 16

Данная классификация подразделяет масла по вязкости с учетом способности масла течь и одновременно «прилипать» к поверхности металла. Она действует в Европе, США, Японии и других странах.

Класс SAE сообщает потребителю диапазон температуры окружающей среды, в котором масло обеспечит проворачивание коленчатого вала двигателя стартером, прокачивание масла масляным насосом по смазочной системе под давлением при холодном пуске в режиме, не допускающем сухого трения в узлах трения (минимальная температура), и надежное смазывание летом при длительной работе в максимальном скоростном и нагрузочном режиме [6] (таблица 17).

В соответствии с этим классификация подразделяет моторные масла на шесть зимних (Winter) классов (0W, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W) и пять летних (20, 30, 40, 50 и 60).

Каждая цифра означает вязкость в секундах Сейболта, которая для зимних классов измерена при температуре –17,8 °С; летних – при +98,8 °С. Таким образом, чем больше число, тем больше вязкость масла. Всесезонные масла, пригодные для круглогодичного применения, обозначают сдвоенным номером, один из которых

108

указывает зимний, а другой – летний класс (например, SAE 10W, SAE 50, SAE 5W-

30).

Таблица 17

Классификация SAE J 300 APR 97

* Динамическая вязкость определяется по методу ASTM D 2602 «Метод определения кажущейся вязкости моторного масла в диапазоне температур от –40 до 0 °С на имитаторе холодного пуска (CCS)».

** Для определения предельной температуры прокачивания моторного масла SAE 0W, 20W, 25W используется метод ASTM D 3829 или СEС L-32-T-82. Для моторного масла SAE 5W, 10W, 15W используется метод ASTM D 4684 (миниротационный вискозиметр).

*** Кинематическая вязкость определяется в капиллярном вискозиметре по методу ASTM

D 445.

**** Некоторые изготовители двигателей рекомендуют пределы вязкости, измеренной при температуре 150°С и скорости сдвига 106 с-1 (на коническом имитаторе подшипника).

2,9*а Это значение для классов SAE 0W-40, 5W-40, 10W-40. 3,7*б Это значение для классов SAE 40, 15W-40, 20W-40, 25W-40.

Классификация SAE J 300 распространяется только на вязкостно-темпе- ратурные свойства моторных масел и не сообщает никакой информации об их эксплуатационных качествах.

Для выбора температурного диапазона использования масла по системе SAE (приблизительно) можно предложить следующие рекомендации.

109

Минимальная температура в градусах Цельсия, при которой возможно использование масла, определяется по формуле

tmin = – (35 – X),

где Х – первые цифры маркировки.

Максимальную температуру можно принять приближенно по последним цифрам маркировки. Для точного определения температурного диапазона, в котором можно применять масло, следует использовать данные, приведенные в таблице [6]

18.

6.2.2 Классификация масла по API

Классификация API подразделяет масла по уровню эксплуатационных свойств, разделяя их на две категории: «S» (Service) и «С» (Commercial). К первой относятся масла, предназначенные для применения в бензиновых двигателях, а ко второй – в дизельных двигателях. Универсальные масла, которые могут использоваться для смазывания, как бензиновых двигателей, так и дизелей, имеют обозначения обеих категорий (через дробь). Например: SF, CD, SJ/CF-4.

Обозначение состоит из двух букв, первая из которых определяет принадлежность к одной из двух категорий, а вторая обозначает уровень эксплуатационных свойств. Чем ближе находится вторая буква к началу латинского алфавита, тем ниже эксплуатационные свойства данного масла. Чем дальше по алфавиту эта буква, тем для более современных моделей автомобилей предназначено масло. При этом спе-

110

цификация, идущая первой, говорит о предпочтении использования, т.е. SG/CD – «более бензиновое», а CD/SG – «более дизельное».

Некоторые классы дизельных масел подразделяются на масла для 2- и 4- тактных дизелей, обозначаемых дополнительной цифрой, например, CF-2.

Уровни эксплуатационных свойств в категории «S» подразделяются на девять классов (SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH и SJ), а в категории «С» – на одиннадцать классов (СА, СВ, СС, CD, СD-II, СЕ, CF, CF-2, CF-4, CG-4, СН-4) в порядке возрас-

тания. Характеристика каждой категории представлена в таблице 19 [6].

В настоящее время классы масел SA–SG – для бензиновых и СА–СЕ – для дизельных двигателей являются устаревшими. Однако эти классы не сняты с производства, так как применяются автомобили с двигателями, требующими этих масел.

Моторные масла, сертифицированные на соответствие тем или иным классам API, маркируются стандартным символом, наносимым на бочки, канистры, контейнеры и другую тару. В центре круга указывают класс вязкости по SAE. Категорию и класс по уровню эксплуатационных свойств указывают в верхнем полукольце, а наличие или отсутствие энергосберегающих свойств у данного масла указывают в нижнем полукольце. В описаниях способность масла обеспечивать экономию топлива часто обозначают аббревиатурой после класса по API (например, API SJ/CF-4, ЕС II, где ЕС означает Energy Conserving – энергосберегающее). Отсутствие надписи в нижнем полукольце указывает на то, что в сравнении с эталонным маслом данный продукт не дает экономии топлива. Градация ЕС I означает наличие умеренных энергосберегающих свойств – экономию топлива не менее 1,5 %, ЕС II – не менее

2,5 %, ЕС III – не менее 3 %.

Цифры экономии получены в лабораторных условиях. Если последнее не заполнено, то данное масло не относится к энергосберегающим. Требования к моторным маслам со стороны европейских производителей автомобилей существенно отличаются от требований классификации API. Отличия обусловлены особенностями эксплуатационных условий и конструкционных решений в США и странах Западной Европы.