Основные свойства эксплуатационных материалов для транспортных и тра

топливо можно использовать при температурах –25 и –45 °С. Технические условия устанавливают две марки топлива: ДЗп-15/- 25 (базовое дизельное топливо с tп = –15 °С, товарное – с предельной температурой фильтруемости –25 °С) и арктическое дизельное топливо ДАп-35/-45 (базовое топливо с tп = –35 °С, товарное – с предельной температурой фильтруемости –45 °С).

Таблица 2 . 7

Характеристики дизельного экспортного топлива

(ТУ 38.401-58-110-94)

ТУ 38.1011348-89 регламентирует получение экологически чистого дизельного топлива. ТУ предусматривают производство двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива с концентрацией серы до 0,05 %

41

(вид I) и до 0,1 % (вид II). Ужесточение требований по содержанию ароматических углеводородов потребовало ввести соответствующую норму: не более 20 % для ДЛЭЧ-В и не более 10 % для ДЗЭЧ. Технологическим процессом получения экологически чистого топлива является гидроочистка, при этом разрешено использовать в качестве сырья для гидроочистки дистиллятные фракции вторичных процессов.

Городское дизельное топливо (ТУ 38.401-58-170-96) предназначено для использования в г. Москве. Городское топливо отличается от экологически чистого повышенным качеством. Это достигается введением присадок: антидымной летом, зимой – антидымной и депрессорной. Введение присадок позволяет уменьшить дымность и токсичность отработанных газов двигателя на 30–50 %. Депрессорные присадки предназначены для улучшения низкотемпературных свойств топлива. В их состав входят в основном этиленовые сополимеры и импортный винилацетат.

Евростандарт EN 590, действующий на территории Европейского экономического союза с 1996 г, регламентирует выпуск дизельных топлив для применения в различных климатических условиях. EN 590 устанавливает общие для дизельных топлив требования:

–температура вспышки > 55 °С;

–коксуемость 10 %-ного остатка < 0,30 %;

–зольность < 0,01 %;

–содержание воды < 200 ррm;

–механические примеси < 24 ррm;

–коррозия медной пластинки – т класс 1;

–устойчивость к окислению < 25 г осадка/м3.

В 1996 г. в Европе введен лимит по содержанию серы в дизельных топливах < 0,05 %. Таким требованиям отвечают отече-

ственные ТУ 38. 1011348-89.

43

3. СИНТЕТИЧЕСКИЕ МАСЛА

Современные автомобильные масла представляют собой смесь масляной основы, модификаторов вязкости и различных присадок. Базовые масла могут быть минеральными или синтетическими. Они определяют основные потребительские характеристики готового продукта. Дополнительные компоненты усиливают, ослабляют, стабилизируют существующие свойства и параметры масла или придают ему новые характеристики, необходимые для нормальной работы двигателя.

Условия работы любого двигателя никогда не являются стабильными: остывание после остановки, прогрев после запуска, постоянное изменение параметров в процессе эксплуатации – оборотов, скорости износа, температуры, давления и пр. В идеале моторное масло для любого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) должно обладать постоянными свойствами и характеристиками, не зависящими от изменения вышеперечисленных внешних факторов. Очевидно, что такое масло создать невозможно – снижение температуры масла во время перерыва ведет к увеличению его вязкости, возрастание скорости трения, наоборот, приводит к повышению температуры и др.

Все это определило особую актуальность проблемы обеспечения стабильности характеристик масла при работе в разных условиях.

Основным недостатком минеральной основы моторного масла является как раз ограниченность в плане стабилизации его свойств. Для преодоления данного фактора была получена синтетическая основа путем молекулярного синтеза. Такая основа значительно более стабильна в процессе длительнойэксплуатации.

Авиационные двигатели должны запускаться и работать при более экстремальных температурах (–40 °С и ниже), нежели автомобильные, поэтому первым потребителем синтетического моторного масла стала именно авиация. Минеральная основа в таких условиях просто замерзала. Производство синтетического

44

масла в те времена обходилось очень дорого, поэтому массовое его применение в автомобильных двигателях началось намного позже, когда цена на него значительно снизилась.

Синтетические моторные масла получаются в результате сложного химического синтеза. Они могут иметь либо однородную структуру, состоящую из углеводородов или эфиров, либо быть их смесью. Синтетические базовые компоненты входят в основу всесезонных масел с очень широким температурным спектром функциональности. Такие добавки, как загустители или депрессорные присадки, понижающие температуру застывания масел, водятсяв небольшомколичестве или не вводятся совсем.

Синтетическое масло производится путем синтеза определенных химических соединений для придания продукту требуемых характеристик.

Для получения синтетических смазочных масел, работоспособных в широком интервале температур, а также высокотемпературных теплоносителей, гидравлических и охлаждающих жидкостей успешно используются эфиры кремниевых кислот. Эти соединения обладают весьма ценными для смазочных материалов свойствами. Для них характерны: низкая летучесть, стойкость к действию высоких температур, стойкость к действию солнечного света и радиоактивного излучения, отличные вязкостно-темпе- ратурные и электроизоляционные свойства. Правда, они не стойки к окислению, но их стабильность довольно легко повысить добавками, например ароматическими аминами. Смазывающие свойства эфиров ортокремниевой кислоты удовлетворительны при низких нагрузках, но недостаточны в более жестких условиях граничного трения. Для улучшения смазочных характеристик также рекомендуются различные добавки, причем высокая растворяющая способность ортокремниевых эфиров позволяет совмещать их с различными соединениями.

Сырьем для получения синтетических жирных кислот и спиртов являются очищенные нормальные алканы с числом углеродных атомов в молекуле выше 10. Циклоалканы и арены, а также фенолы, серо- и азотсодержащие соединения в сырье не только

45

загрязняют оксидат, но и препятствуют должному развитию процесса окисления, подавляя распад образующихся гидропероксидов. Хорошей основой для получения синтетических масел являются также длинноцепныеалкилароматическиеуглеводороды.

Синтетическое масло от минерального отличается молекулярной структурой базы (основы) масла. При производстве синтетических масел «строятся» (синтезируются) молекулы с заданными оптимальными эксплуатационными характеристиками, синтетические масла в отличие от минеральных имеют максимальную химическую и термическую стабильность. Химическая стабильность масла характеризуется отсутствием каких-либо химических процессов при работе двигателя (окисления, парафинизации и т.п.), снижающих его эксплуатационные свойства. Сохранение вязкости масла в широком диапазоне температур на оптимальном уровне определяет термическую стабильность. От этого показателя зависят легкость и безопасность пуска двигателя на холоде и вдобавок максимальная защита агрегатов и систем двигателя, работающих на высоких скоростях и нагрузках, а значит, подверженных высокотемпературному нагреву. Особенности молекулярной структуры синтетического масла определяют его более высокую текучесть и проникающую способность, а также высокую температуру испарения, т.е. масло не будет чувствительно к нагреву и перегреву. По своим основным качествам минеральное масло уступает синтетическому, однако оно значительно дешевле. А несомненные достоинства синтетических масел приводят к тому, что они в разы дороже минеральных. Применение «синтетики» оправданно в тяжелых условиях эксплуатации (низкие и высокие температуры, большие нагрузки на автомобиль).

За счет более однородной, чем в минеральных маслах, молекулярной структуры синтетические смазочные материалы допускают большие температурные колебания, дольше сохраняют потребительские качества в процессе эксплуатации, не вызывают коррозию металла, не оказывают отрицательного влияния на материалы прокладок и уплотнений (рис. 3.1).

46

Рис. 3.1. Схема смазывания минерального и синтетического масел

Полусинтетические (частично синтетические) и гидрокре-

кинговые масла являются компромиссом между этими двумя видами моторных масел. Полусинтетическое масло производится путем смешивания качественных минеральных (нефтяных) и синтетических базовых составляющих. В итоге получаем масло дешевле полностью синтетического, к тому же с более высокими эксплуатационными свойствами, чем минеральное.

Применение «полусинтетики» целесообразно в умеренном климате при умеренных нагрузках. Гидрокрекинг – это процесс, при котором происходит «выпрямление» углеводородов путем перегруппировки атомов, что приводит к получению изомеров. Недостаток метода заключается в том, что изомеризация идет и в обратном направлении, поэтому гидрокрекинговое масло получается близким по качеству к «синтетике», но быстро стареет, теряет свои свойства. Современные двигатели, особенно работающие в режиме продленных сервисных интервалов, требуют для оптимальной работыдвигателя моторных масел именно насинтетическойоснове.

3.1.Условия работы моторных и трансмиссионных масел

итребования к ним

Основными компонентами масел, смазок и некоторых других специальных жидкостей являются жидкие минеральные масла, извлекаемые из мазута.

47

Мазут представляет собой нефть, лишенную наиболее легких ее фракций. Поэтому полученные из мазута масла, как и топлива для двигателей, в основном состоят из углеводородов.

В смазочных маслах, получаемых из мазута, кроме углеводородов обязательно присутствуют нафтеновые кислоты, сернистые соединения и смолисто-асфальтовые вещества.

По способу производства масла делятся на дистиллятные и остаточные.

Дистиллятные масла получают перегонкой мазута, выделяя из него не менее трех дистиллятов, содержащих углеводороды с температурой кипения 300–500 °С (рис. 3.2). Остаток от мазута после отбора масел – гудрон – используют как топливо для котлов, для получения битумов, высоковязких масел и других целей.

Отмеченные на рис. 3.2 дистилляты масел не являются готовыми к употреблению маслами, так как содержат избыточное количество нафтеновых кислот, смол, сернистых соединений и других вредных примесей. Поэтому все без исключения масляные дистилляты подвергаются очистке.

Рис. 3.2. Принципиальная схема получения дистиллятных масел при вакуумной перегонке мазута

48

Остаточными маслами называют очищенные гудроны. Они содержат по сравнению с дистиллятными больше смоли- сто-асфальтовых веществ и высокоплавких углеводородов, поэтому их очистка производится более тщательно, несколькими способами.

Большую часть товарных масел готовят смешением только дистиллятных компонентов либо добавкой в такие смеси остаточных масел, а иногда готовят только из остаточных масел (для коробокпередач автомобилей Минского автомобильного завода).

Однако, несмотря на тщательную очистку масел, их свойства не всегда полностью удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Поэтому для обеспечения соответствующих качеств масел в готовые масла вводят синтетические присадки, улучшающие одно или одновременно несколько свойств.

Качество масел регламентируется условиями, в которых оно работает.

В поршневых двигателях условия работы масла наиболее тяжелые, так как основными узлами трения являются высоконагруженные подшипники скольжения и имеется такая своеобразная пара трения, как поршень – цилиндр. Температура газов в камере сгорания достигает 2500 °С, а температура деталей в картере обычно находится в пределах 50–200 °С. При этом часть масла сгорает. При смазке поршня и цилиндра масло кроме своих основных функций выполняет еще и функцию уплотнительных материалов.

При работе двигателя в масле накапливаются нерастворимые продукты: сажа, нагар, продукты окисления масла и механические частицы износа деталей, а также растворимые в масле продукты (кислоты, смолы), образующиеся в результате окисления масла, топлива и содержащихся в них присадок. И, наконец, в масло попадает несгоревшее топливо, чаще всего его тяжелые фракции и вода. Поэтому в процессе работы масло изменяет не только цвет, но и свойства: уменьшается или увеличивается вязкость, понижается температура вспышки, увеличивается кислотное число, возрастает зольность, коксуемость и содержание механических примесей.

49

Продукты, не растворимые в масле, вызывают повышенный износ, однако при наличии хорошей фильтрации масла этого частично можно избежать. Растворимые в масле продукты вызывают опасность для двигателя, еще большую опасность для него представляет снижение вязкости. В этом случае масло необходимо менять.

Таким образом, в зависимости от типа двигателя и условий эксплуатации к маслу предъявляют специфические требования. Но в первую очередь необходимо, чтобы масло сохраняло работоспособность в широком диапазоне температур, нагрузок и скоростей движения трущихся деталей, не изменяло своих свойств при хранении, транспортировании и перекачке, а также не было токсичным. Масло должно обеспечивать надежную и экономичную работу двигателя.

Расход масла в двигателе – один из важнейших эксплуатационных показателей и в известной мере характеризует техническое состояние двигателя. Этот показатель находится в сложной зависимости от конструктивных особенностей двигателя и его системы смазки, а также от режима и условий работы, качества применяемых топлив и масел и, наконец, изнашивания цилиндропоршневой группы.

Потери масла от сгорания самые большие, но они неизбежны. Их можно уменьшить до минимума, но исключить полностью невозможно, так как масло проникает в камеру сгорания через поршневые кольца, которые подобно насосу перекачивают туда часть масла, попадающего на стенки цилиндров. Причем чем больше изношен двигатель, т. е. чем больше зазор между цилиндром и кольцами, тем больше сгорает масла. Количество сгораемого масла зависит и от зазоров в кривошипно-шатунном механизме, так как чем больше эти зазоры, тем больше масла разбрызгивается на стенки цилиндров и тем больше его проникает в камеру сгорания.

Расход масла очень сильно растет с увеличением частоты вращения вала двигателя, так как в этом случае на стенки цилиндра попадает больше масла, и оно интенсивнее прокачивает-

50