ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Срабатываемость присадок и их дозированный ввод в моторные масла. ИЗ Ассортимент моторных смазочных масел из "Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания" В процессе работы двигателя свойства масла могут изменяться в различной степени, причем в некоторых двигателях эти изменения весьма велики. Масло, взятое из картера или из масляного бака двигателя через небольшой промежуток времени его работы, отличается по своему виду и качеству от свежего масла. Отработанное масло имеет темную окраску. Эти изменения — следствие химических и физических процессов в масле и его внешнего загрязнения, вызванных особенностями применения масла в двигателях. Углеводороды, содержащиеся в масле, подвергаются в двигателе внутреннего сгорания процессам окисления, полимеризации, разложения (крекинг). Наиболее интенсивно эти явления протекают при высоких температурах. В присутствии некоторых металлов или сплавов, например меди, свинца, некоторых антифрикционных материалов, течение этих процессов ускоряется. [c.103] Способность базового масла противостоять разложению зависит от структуры углеводородов, входящих в его состав. [c.103] Сложные углеводороды высокой молекулярной массы, имеющие большое число длинных боковых цепей, легче подвергаются разложению, чем более легкие молекулы. Циклические углеводороды более стойки против разложения, чем насыщенные алифатические соединения. [c.104] В результате разложения парафиновых углеводородов образуются непредельные соединения. Разложение ароматических углеводородов главным образом заключается в разрыве молекул в месте присоединения боковой цепи. Боковые цепи затем расщепляются, подобно парафиновым углеводородам, на непредельные соединения. [c.104] Углеводороды окисляются вследствие соприкосновения масла с кислородом воздуха. Однако окисление может протекать и за счет кислородсодержащих соединений, находящихся непосредственно в масле. [c.104] Интенсивность окисления зависит от температуры масла, поверхности соприкосновения его с воздухом, парциального давления кислорода, скорости и характера движения воздуха (наличия вихревых движений), каталитического действия металлов и особенностей структуры углеводородов, входящих в состав масла. Продуктами окисления нафтеновых углеводородов являются нафтеновые кислоты и оксикислоты. Наиболее стойки против окисления ароматические углеводороды при их окислении (через промежуточные реакции) образуются смолы. Наличие в масле смол в определенных дозах может быть полезным, так как они являются естественными антиокислителями и противоизносными присадками. Процесс окисления характеризуется увеличением органической кислотности масла. [c.104] Полимеризация заключается в соединении нескольких молекул в одну более сложную. При современных методах очистки нефтепродуктов в масле остается очень небольшое количество углеводородов, склонных к полимеризации, поэтому молекулы укрупняются главным образом за счет продуктов разложения и окисления. В процессе полимеризации продукты менее плотные переходят к более плотным в следующем порядке смолы — асфальтены — карбены и карбоиды. [c.104] Смолы — продукты полимеризации главным образом парафиновых и нафтеновых углеводородов. Они хорошо растворяются в масле, легком бензине, хлороформе и петролейном эфире. Асфальтены появляются в результате полимеризации смол. Они образуют с маслом коллоидный раствор. Асфальтены растворимы в хлороформе, сероуглероде и в ароматических углеводородах. Карбены и карбоиды представляют собой продукты дальнейшего уплотнения асфальтенов. Карбены растворимы в сероуглероде, карбоиды вообще нерастворимы. [c.104] Эта схема, ставшая классической, показывает, что первое направление приводит к образованию кислых, второе — нейтральных продуктов. [c.105] окисленное в лабораторных условиях, и масло, которое подвергалось действию процессов старения в двигателе внутреннего сгорания, это в значительной степени разные продукты [9]. Главное различие их в том, что в масле, окисленном в лабораторной аппаратуре, существенно изменяется его групповой химический состав. При старении масла в двигателе внутреннего сгорания групповой химический состав, как правило, не претерпевает существенных изменений. Окисление в этом случае выражается в значительной степени в образовании механических примесей органического происхождения. [c.105] Важной особенностью окисления масла в некоторых двигателях является также его высокая интенсивность. В условиях химической лаборатории для окисления масла по обычным методикам требуется весьма значительное время, даже при высоких температурах, усиленной подаче воздуха и т. д. При этом не имеются в виду лабораторные опыты, которые в последнее время ставятся с применением механизмов, имитирующих работу двигателей, в которых есть кривошипно-шатунный механизм, поршень, цилиндр и прочие типичные узлы. [c.105] Три основных фактора интенсифицируют окисление масла в двигателях омывание высокотемпературным газовым потоком тонких масляных пленок на поверхностях ЦПГ, контакт микрошероховатостей поверхностей трения (контактное окисление) и большая поверхность масляного тумана в картере. Контактное окисление сопровождается адсорбцией продуктов окисления на частице, снятой с микрошероховатости, т. е. на продукте износа. Механизм этого явления заключается в следующем. Местное мгновенное повышение температуры вызывает окисление прилегающего микрообъема масла, вязкость которого вследствие термического эффекта резко снижается. Вследствие этого продукты местного окисления не могут отдалиться от точечного контакта с микрошероховатостями. В то же время при этом процессе создаются условия, которые способствуют повышению адсорбционной активности частицы — продукта износа. Это связано с искажением кристаллической решетки металлической частицы, и, следовательно, с термодинамически неустойчивым ее состоянием. Продукты окисления, непредельные углеводороды и продукты полимеризации обладают высокой адсорбционной активностью. В результате они покрываются пленкой, состоящей из продуктов окисления масла. То же будет наблюдаться, если между шероховатостями поверхностей появится чужеродная (например, кремниевая) частица или продукт износа более твердой пары трения. Произойдет царапанье или пропахивание поверхности трения абразивом, сопровождающееся ее искажением или образованием нового продукта износа. Посторонняя частица будет покрываться слоем адсорбированных на ней полярноактивных углеводородов. [c.106] Независимо от контактного окисления масла полярноактивные продукты его окисления, образовавшиеся в тонком слое на поверхностях деталей ЦПГ или в иных условиях, в значительной степени адсорбируются на высокодисперсных взвешенных в масле продуктах износа или на частицах, проникших в масло извне (дорожная пыль), обладающих высокими удельными поверхностями и способными в силу своих термодинамических особенностей адсорбировать органические компоненты. [c.106] Некоторые опыты [9] показывают, что если исключить влияние камеры сгорания и искусственно создать соответствующую величину удельного давления колец на гильзы цилиндров и шейки коленчатого вала, то можно достигнуть относительно интенсивного окисления масла и без воздействия высокотемпературных газовых потоков. [c.107] В цилиндровой группе деталей преимущественное влияние на окисление масла оказывает то, что оно находится в тонком слое и омывается высокотемпературными газовыми потоками. По мере удаления от камеры сгорания, снижения температуры и при переходе к другим узлам трения, на которые высокие температуры непосредственно не воздействуют, роль контактного окисления возрастает. Влияние же на окисление масла большой поверхности тумана в картерной части поршневого двигателя мало существенно. [c.107] Рассмотрим закономерности протекания процесса старения масла во времени. Для количественной оценки можно взять различные показатели, определяющие состояние масла. Так, накопление в масле асфальто-смолистых компонентов вызывает повышение его вязкости. Окисление масла приводит к увеличению концентрации в нем механических примесей органического происхождения. Степень окисления может характеризоваться также кислотным числом. [c.107] Причины стабилизации состояния масла в процессе его применения в двигателях следует рассмотреть несколько глубже — в его физико-химических и физических аспектах. [c.108] Масло в его исходном состоянии является многокомпонентной гомогенной системой. Масло, находящееся на деталях цилиндропоршневой группы в тонких и особенно ультратонких слоях, реагирует с кислородом воздуха в соответствии с законом действующих масс, по которому скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Следовательно, по мере увеличения количества углеводородов масла, которые прореагировали с кислородом воздуха, скорость реакции начинает снижаться до тех пор, пока не наступит химическое равновесие. [c.108] В процессе работы двигателя масло из гомогенной системы превращается в гетерогенную. В нем появляются коллоидные и взвешенные частицы различного происхождения при этом закон действующих масс становится неприменимым. Начинает действовать новый фактор стабилизации его состояния углеводороды, обладающие наибольшим химическим сродством к кислороду, уже прореагировали и не участвуют в дальнейшем окислении масла. В нем остаются лишь те молекулы, которые в связи с особенностями своего строения характеризуются высокой антиокислительной стабильностью. В результате процесс окисления масла тормозится и наступает стабилизация, или некоторое динамическое равновесие, механизм которого достаточно обоснован физической химией. Несомненно, что изложенное понимание химической сути стабилизации масла носит лишь качественный характер. [c.108] Рассмотрим физические аспекты явления стабилизации. И в старых маслах, не имеющих присадок, и в современных маслах с комплексом присадок, работающих в высокофорсированных двигателях, наблюдается одна и та же особенность — после отделения из масла механических примесей его противоизносные свойства заметно ухудшаются (см. гл. V). Это достаточно хорошо проверенное и подтвержденное многими авторами явление связано с образованием продуктами окисления масла, адсорбированными на взвешенных частицах — механических примесях, своеобразной коллоидной защитной пленки, которая препятствует непосредственному контакту абразивных частиц с поверхностями трения. В начальный период в двигателе, когда еще не накопились механические примеси, обладающие проти-воизносным действием, наблюдается значительный съем металла с поверхностей трения, сопровождающийся локальными температурными вспышками и контактным окислением на этих поверхностях масла. В результате в масле появляются продукты износа, асфальто-смолистые и другие продукты его окисления, которые адсорбируются на этих механических примесях, а также находятся в виде отдельных сгустков. Вследствие появления этих компонентов скорость изнашивания начинает уменьшаться и, следовательно, интенсивность воздействия высокотемпературных вспышек на поверхностях контактов снижается. Процесс постепенно стабилизируется. Вообще явление стабилизации не следует понимать как прекращение процессов изнашивания или образования в масле продуктов его старения. Эти процессы продолжают протекать, но скорость их протекания становится весьма незначительной поэтому любая кривая изменения показателей состояния масла не параллельна оси абсцисс по времени. [c.109] Вернуться к основной статье