Общие понятия о трении и износе

Маслянистый нагар – это продукты термического разложения, окисления и полимеризации углеводородов, входящих в состав масла.

Нагар вреден – изолятор, нарушающий тепловой режим ДВС склонность к калильному зажиганию и детонации. Отрываясь частицы нагара загрязняют масло.

Кокс – это вещество, образующееся в результате коксования топлива и лака на поверхности деталей цилиндро-поршневой группы в виде наростов до 200 мкм. По внешнему виду и химическому составу близок к нагарам.

Среднетемпературная зона.

Высокотемпературные газовые потоки, прорывающиеся через неплотности из камеры сгорания в картер ДВС, вызывают окисление масла. В данных условиях углеводороды входящие в состав масла недостаточно стабильны. В результате образуются отложения на деталях ДВС в виде лаков.

Лаки – это прочные тонкие пленки толщиной 50-200 мкм с гладкой поверхностью, образующиеся на горячих деталях двигателя при температуре порядка 250оС, при окислении и разложении части масла, превращаясь в твердый осадок. На интенсивность лакообразования оказывает влияние степень дисперсности в масле механических загрязнений органического происхождения. Лаковые отложения состоят из углерода – до 85%, водорода, кислорода. Степень загрязненности деталей лаковыми отложениями определяют по цвету, который изменяется от светло-желтого до черного. Лаки способствуют залеганию колец.

В качестве растворителя для удаления лаковых покрытий применяют бензол, ацетон, щелочные растворы.

Низкотемпературная зона.

Окисленные продукты износа или коррозии в присутствии воды образуют мыла, которые плохо растворяются в масле и при низкой температуре выпадают в виде шламов.

Шламы –это густые мазеобразные липкие темного цвета продукты, образующиеся при невысоких температурах (не более 120оС), выпадающие из масла в виде осадков и создающие отложения в картерах, масляных магистралях, фильтрах.

Шламы состоят из 50-66% масла, воды– 5-35%, топлива, продуктов окисления, износа и пыли. Асфальто-смолистые компоненты придают шлама липкость. Они забивают масляные каналы, сетку маслоприемника, что приводит к выходу ДВС из строя. Интенсивность осадкообразования зависит от степени изношенности ДВС, т.е. от величины объема прорывающихся газов.

Удаляются путем промывки маловязким маслом или специальными промывочными маслами.

Кроме того, при работе ДВС образуется пена из-за работы масляных реактивных центрифуг, а также наличия зон разрежения в подшипниках. При большой производительности масляного насоса, возможно захватывание не только масла, но и воздуха, что приводит к нарушениям в подаче масла к трущимся поверхностям.

Эксплуатационные свойства масел

Эксплуатационные свойства масел оказывают влияние на основные показатели работы двигателя и эффективность использования автомобиля в целом.

Выбор соответствующего сорта масла и установление сроков его замены в двигателе следует рассматривать в непосредственно связи с его эксплуатационными свойствами.

Вязкостные свойства

Под вязкостью жидкости следует понимать объемное свойство жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению слоев под действием внешней силы. Препятствию перемещению слоев создают силы межмолекулярного притяжения. Вязкость масла характеризует его текучесть. Чем меньше вязкость, тем масло подвижнее. Вязкость определяет поведение масла при работе двигателя при различных режимах его работы. Она зависит от температуры и давления.

Вязкостно-температурные свойства характеризуют зависимость вязкость масла от изменения температуры.

Температура меньше вязкость выше.

Температура, при которой масло теряет подвижность называется температурой застывания масла. Высокая вязкость прекращается подача, кроме того высокая вязкость дополнительное сопротивление вращению перерасход топлива.

Температура выше вязкость меньше. Низкая вязкость масла приводит к масляному голоданию, вытеканию его из уплотнительных соединений. Характер изменения вязкости от температуры определяют по вязкостно-температурной кривой. Более пологое протекание этой кривой характеризует лучшие вязкостно-температурные свойства, которые могут обеспечить надежную смазку узла трения при низких и при высоких температурах.

Вязкостно-температурные свойства масел или «пологость» вязкостно-температурной кривой могут быть выражены безразмерной величиной индексом вязкости. Он характеризует по стандартной шкале понижение вязкости масла при повышении температуры. Его находят расчетным путем – отношением вязкости масла при 50оС к вязкости при 100оС. Чаще всего ИВ определяют по номограмме или по специальным таблицам. Для моторных масел ИВ не менее 90.

Выше ИВ лучше вязкостно-температурные свойства масла.

Смазочные свойства.

Смазочные свойства масел являются обобщением ряда их свойств, влияющих на процессы трения и износа трущихся поверхностей.

К смазочным свойствам относятся:

      антифрикционные – влияющие на величину трения трущихся деталей;

      противоизносные – уменьшающие износ трущихся деталей в условиях нормальных нагрузок;

      противозадирные – предохраняющие трущиеся поверхности от задира и заедания в условиях высоких нагрузок и температур.

Смазочные свойства масел определяются терминами «смазывающая способность масла», «липкость» и «маслянистость», которые являются тождественными.

Смазывающая способность масла –является важным свойством масла при граничной смазке. Образование граничной пленки может происходить путем адсорбции (прилипания) полярно активных компонентов масла или химического взаимодействия активных элементов масла с металлом. При адсорбции пленка разобщает трущиеся поверхности масла настолько, что они перестают непосредственно касаться друг друга. Это свойство называют расклинивающим. Оно возникает на основе прочной связи молекул ПВА с поверхностью трения, в результате чего граничная пленка как бы сопротивляется своему «утончению». В ней развивается противодавление, стремящееся вызвать отталкивание поверхностей, разделенных пленкой.

Смазочные свойства могут быть выражены различными показателями, такими как коэффициент трения, нагрузка, температура, под действием которых разрушается масляная пленка (или происходит разрушение детали), а также величиной износа деталей.

ЧШМ принцип действия.

Критериями оценки смазывающих свойств испытуемого масла являются износ (Ди), критическая нагрузка (Рк), нагрузка сваривания (Рс) и  индекс задира (Из).

Однако наиболее достоверными методами оценки противоизносных свойств масел являются контактные и бесконтактные методы замеров износа деталей.

К контактным методам относятся микрометрирование, профилографирование и метод искусственных баз (нарезание лунок).

К бесконтактным методам относятся методы, основанные на спектральном и физико-химическом анализах масел по определению в них железа и других металлов, а также метод активации масел или поверхностной активации участка детали.

Антиокислительные свойства.

Масло соприкасается с кислородом воздуха различными металлами в результате циркуляции в системе смазки. Оно окисляется. В результате образуются сложные продукты окисления. К начальным продуктам окисления следует отнести спирты, кислоты, альдегиды. Продукты более глубокого окисления составляют смолы, асфальтены, карбены и карбоиды.

Скорость окисления и характер образующихся веществ зависят от химического состава масла, температуры, величины поверхности соприкосновения масла с кислородом, наличия катализаторов.

В картере окисление меньше. Где тонкий слой и высокая температура больше с образованием углеродистых отложений.

Происходящие процессы окисления повышают опасность термического и механического разрушения масляной пленки на сопряженных деталях (залегание и закоксовывание колец, прогар головок поршней).

В процессе окисления образуются коррозионно-агрессивные  вещества к металлам, большое количество частиц мешающих нормальной циркуляции масла и отложения.

Способность масла противостоять изменению своих свойств под действием кислорода, температуры и других факторов называется химической стабильностью. Масла стойкие к действию кислорода при высокой температуре обладают термоокислительной стабильностью.

Способность масла обеспечить необходимую чистоту деталей работающего двигателя называют моющими свойствами.

Способность масла препятствовать слипанию углеродистых частиц и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии принято называть диспергирующей способностью.

Классификация моторных масел.

В настоящее время существуют различные классификации масел по вязкостно-температурным свойствам и по эксплуатационным свойствам (назначению и качеству). Единственной признанной во всем мире системой классификации транспортных масел по вязкости является спецификация SAE.

В классификации масел по качеству и назначению в настоящее время существует одновременно несколько систем - API, ACEA, JASO, ILSAC и ГОСТ 17479.1-85. Крупные производители автомобилей и техники (OEM) и Военное ведомство США (MIL) выдвигают также дополнительные требования (спецификации) к качеству масел.

Отечественная система классификации моторных масел.

Согласно Российской классификации по ГОСТ 17479.1-85 всем маслам присвоены индекс, а также они подразделены на классы и группы в зависимости от их вязкости и эксплуатационных свойств.

Изменения №3 к ГОСТу 17479.1-85 увеличили число классов вязкости и изменили их границы, ввели новые группы по назначению и уровням эксплуатационных свойств, а также некоторые наименования. Например, по всему тексту стандарта масла для карбюраторных двигателей называются более точным термином - маслами для бензиновых двигателей.

По кинематической вязкости ГОСТ 17479.1-85 подразделяет все моторные масла на 4 зимних (3З, 4З, 5З, 6З), 8 летних (6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24 ) и 10 всесезонных классов (3З/8, 4З/6, 4З/8, 4З/10, 5З/10, 5З/12, 5З/14, 6З/10, 6З/14, 6З/16). Число обозначает кинематическую вязкость масла «число*10-6 м2/с», Летние масла нормируются показателем кинематической вязкости при температуре 100оС, зимние при температурах 100оС и -18оС. Всесезонные масла обозначаются дробью – в числителе указывается класс вязкости зимнего, а в знаменателе – летнего масла.

По типу двигателя маслам присваиваются индексы:

1 – для бензиновых двигателей;

2 – для дизельных двигателей.

Универсальные масла не имеют цифрового индекса.

По эксплуатационным свойствам (наличию присадок) масла делят на следующие группы:

А – нефорсированные двигатели;

Б – малофорсированные двигатели;

В – среднефорсированные двигатели;

Г – высокофорсированные двигатели;

Д1 – высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых, чем для масел группы Г1

Д2 – высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений;

Е1 – высокофорсированные бензиновые двигатели и дизели, работающие в эксплуатационных условиях более тяжелых, чем для масел групп Д1 и Д2.

Е2 – отличаются повышенной диспергирующей способностью, лучшими противоизносными свойствами.

В прежней нормативной документации дополнительные характеристики условий применения и особенностей свойств масел вводились в стандартные обозначения без скобок (М-8Г2к, М-10ДМ, М-16ДР и т.п.), иное назначение масла обозначала группа Е (раньше так обозначали цилиндровые масла для лубрикаторных смазочных систем крейцкопфных дизелей), употреблялись и нестандартные марки (МТ-16п, М-16ИХП-3). Поскольку старые марки содержатся в многочисленных инструкциях по эксплуатации техники, нормативной документации на масла, картах смазки и другой документации, не представляется возможным единовременно исключить все ранее принятые обозначения.

Маркировка моторных масел включает в себя:

букву «М» - принадлежность к моторным маслам;

цифру – класс кинематической вязкости;

прописную букву – указывающую группу масла по эксплуатационным свойствам;

цифру – определяющую тип двигателя;

дополнительные индексы:

рк – рабочее-консервационные масла;

з – масло, содержащее загущающую присадку;

цл – для циркуляционнх и лубрикаторных смазочных систем;

20 и 30 значение щелочного числа.

Примеры:

М-6З/10 В - моторное масло всесезонное, универсальное для среднефорсированных дизелей и бензиновых двигателей (группа В).

М-4З/8-В2Г1 — моторное масло всесезонное, универсальное для среднефорсированных дизелей (группа В2) и высокофорсированных бензиновых двигателей (группа Г1).