Моторные масла

1. Общие требования к моторным маслам

2. Вязкость моторного масла по SAE

3. Состав моторных масел

4. Присадки

5. Физические и химические методы испытаний

6. Моторные испытания

7. Синтетические масла

8. Характеристики масла Заключение Список используемой литературы

Моторные масла — масла, применяемые для смазывания поршневых и роторных двигателей внутреннего сгорания.

В зависимости от назначения их подразделяют на масла для дизелей, масла для бензиновых двигателей и универсальные моторные масла, которые предназначены для смазывания двигателей обоих типов. Все современные моторные масла состоят из базовых масел и улучшающих их свойства присадок.

По температурным пределам работоспособности моторные масла подразделяют на летние, зимние и всесезонные. В качестве базовых масел используют дистиллятные компоненты различной вязкости, остаточные компоненты, смеси остаточного и дистиллятных компонентов, а также синтетические продукты (поли-альфа-олефины, алкилбензолы, эфиры). Большинство всесезонных масел получают путем загущения маловязкой основы макрополимерными присадками.

По составу базового масла моторные масла подразделяют на синтетические, минеральные (автол) и частично синтетические («полусинтетические», смеси минерального и синтетических компонентов).

1. Общие требования к моторным маслам

Моторное масло — важный элемент конструкции двигателя. Оно может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя, только при точном соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя, условий его эксплуатации и свойств масла — одно из важнейших условий достижения высокой надежности двигателей. Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям, главные из которых перечислены ниже:

· высокие моющие, диспергирующе-стабилизирующие и солюбилизирующие способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающие чистоту деталей двигателя;

· высокие термическая и термоокислительная стабильности позволяют использовать масла для охлаждения поршней, повышать предельный нагрев масла в картере, увеличивать срок замены;

· достаточные противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной пленки, нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении и нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении масла и из продуктов сгорания топлива,

· отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя как в процессе работы, так и при длительных перерывах;

· стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств;

· пологость вязкостно-температурной характеристики, обеспечение холодного пуска, прокачиваемости при холодном пуске и надежного смазывания в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды;

· совместимость с материалами уплотнений, совместимость с катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;

· высокая стабильность при транспортировании и хранении в регламентированных условиях;

· малая вспениваемость при высокой и низкой температурах;

· малая летучесть, низкий расход на угар (экологичность).

К некоторым маслам предъявляют особые, дополнительные требования. Так, масла, загущенные макрополимерными присадками, должны обладать требуемой стойкостью к механической термической деструкции; для судовых дизельных масел особенно важна влагостойкость присадок и малая эмульгируемость с водой; для энергосберегающих — антифрикционность, благоприятные реологические свойства.

Для двухтактных бензиновых двигателей применяются специально предназначенные для них масла.

2. Вязкость моторного масла по SAE

Одними из основных свойств моторного масла являются его вязкость и зависимость от температуры в широком диапазоне (от температуры окружающего воздуха в момент холодного пуска зимой до максимальной температуры масла в двигателе при максимальной нагрузке летом). Наиболее полное описание соответствия вязкостно-температурных свойств масел требованиям двигателей содержится в общепринятой на международном уровне классификации SAE J300. Эта классификация подразделяет моторные масла 12 классов от 0W до 60: 6 зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) и 6 летних (10, 20, 30, 40, 50, 60) классов вязкости. Буква W после цифры означает, что масло приспособлено к работе при низкой температуре (Winter — зима). Для этих масел кроме минимальной вязкости при 100 °C дополнительно дается температурный предел прокачиваемости масла в холодных условиях. Предельная температура прокачиваемости означает минимальную температуру, при которой насос двигателя в состоянии подавать масло в систему смазки. Это значение температуры можно рассматривать как минимальную температуру, при которой возможен безопасный пуск двигателя. Всесезонные масла обозначаются сдвоенным номером, первый из которых указывает максимальные значения динамической вязкости масла при отрицательных температурах и гарантирует пусковые свойства, а второй — определяет характерный для соответствующего класса вязкости летнего масла диапазон кинематической вязкости при 100 °C и динамической вязкости при 150 °C. Методы испытаний, заложенные в оценку свойств масел по SAE J300, дают потребителю информацию о предельной температуре масла, при которой возможно проворачивание двигателя стартером и масляный насос прокачивает масло под давлением в процессе холодного пуска в режиме, недопускающем сухого трения в узлах трения. Аббревиатура HTHS расшифровывается как High Temperature High Shear Rate, то есть «высокая температура — высокая прочность на сдвиг». С помощью данного испытания измеряется стабильность вязкостной характеристики масла в экстремальных условиях, при очень высокой температуре. Большинство присутствующих сегодня на рынке моторных масел являются всесезонными, то есть удовлетворяют требованиям по вязкости как при низких, так и при высоких температурах.

3. Состав моторных масел

Моторные масла представляют собой сложные смеси, которые лучше всего можно охарактеризовать как соединения, состоящие из базовых масел и присадок. По сравнению с другими группами смазочных материалов базовые масла играют очень важную роль. Не особенно вдаваясь в характеристики и подробности производства композиции, можно сказать, что базовые масла подбирают таким образом, чтобы они по вязкости и функциональным характеристикам принципиально соответствовали классификации. Конечные продукты сбывают как полусинтетические (масла гидрокрекинга) или синтетические моторные масла, созданные на базе минеральных масел.

Точная международная номенклатура подразделяет базовые масла на шесть групп:

* Группа 1. Растворимые маловязкие масла с содержанием насыщенных углеводородов < 90%, 80 < ИВ < 120, содержание S > 0,03%

* Группа 2. Масла гидрокрекинга с содержанием насыщенных углеводородов > 90%, 80 < ИВ < 120, содержание S < 0,03%

* Группа 3. Масла гидрокрекинга с содержанием насыщенных углеводородов > 90%, ИВ > 120, содержание S < 0,03%

* Группа 4. ПАО

* Группа 5. Сложные эфиры и прочие

* Группа 6. Продукты олигомеризации олефинов с внутренними двойными связями синтетический моторный масло присадка

4. Присадки

В зависимости от используемого базового масла и требуемых характеристик двигателя моторные масла могут содержать до 30 различных присадок, процентное содержание которых может варьироваться в пределах от 5 до 25% суммарно. В производстве базовых масел различают функциональные, вязкостные и улучшающие текучесть присадки. Как правило, функциональные присадки составляют самую большую группу. Вязкостные присадки можно разделить на две группы: неполярные, недиспергируюшие и полярные, диспергирующие присадки. В принципе, первая группа необходима только для установления вязкости всесезонных масел. Вязкостные присадки увеличивают вязкость масла и индекс вязкости путем изменения их растворимости при различных температурах В зависимости от химической структуры и растворимости в базовом масле, при абсолютной концентрации от 0,2 до 1,0%, они могут увеличивать вязкость на 50−200%. Благодаря специальной модификации диспергирующие вязкостные присадки часто используются в роли беззольных дисперсантов, обладающих дополнительными загущающими эффектами. Кроме того, вязкостные и депрессорные присадки влияют на вязкость соединений при низких температурах (измеряемую как температуру застывания, с помощью CCS и MRV) и оказывают сильное влияние на вязкость при высоких температурах и высоких скоростях сдвига. На данный момент в США выдвигаются такие дополнительные требования к низкотемпературной стабильности (определенные значения индекса желатинизирования), которые недостижимы без правильно подобранных к базовому маслу вязкостных и депрессорных присадок.

5. Физические и химические методы испытаний

Физико-химические свойства моторного масла обычно оцениваются стандартными методами в лаборатории. Эта оценка в основном фокусируется на реологических опытных значениях и ранее рассмотренной классификационной системе SAE.

Для точного определения низкои высокотемпературной вязкости применяются различные вязкостные методы испытаний. Определенная таким образом вязкость характерна для моторного масла в определенном состоянии двигателя. При низких температурах (от —10 до —40°С) для определения кажущейся вязкости используют MRV миниротационный вискозиметр) с низким градиентом сдвига; таким образом, определяют текучесть масла в зоне масляного насоса. Кроме того, максимальную вязкость как пороговую величину определяют в пять градуированных ступеней. Динамическая CCS (имитатор холодного проворачивания коленчатого вала) вязкость, которую определяют при температурах от -10 до -40°С с высоким градиентом сдвига, также является кажущейся вязкостью, отражающей трибологические условия на коленчатом валу во время холодного запуска двигателя. Максимальные значения, заложенные в SAE J 300, гарантируют надежную циркуляцию масла в фазе запуска.

Динамическая вязкость при температуре 150 °C и скорости сдвига 10⁶с^-1, т. е. высокой температуре и высокой скорости сдвига (HTHS), описывает реологические характеристики при высоких термических нагрузках, которые имеют место при работе с полным открытием дросселя. Соответствующие пороговые значения также гарантируют смазочную пленку, удовлетворяющую всем требованиям даже в этих условиях.

Наряду с реологическими характеристиками, испытания по НОАК, испытания моторных масел и присадок на испаряемость, а также на склонность к пенообразованию и деаэрации могут быть характеризованы и с помощью простых методов. Кроме того, совместимость высоколегированных масел с уплотнениями испытывают на стандартных эталонных эластомерах статическими методами испытания на набухание с последующим удлинением.

6. Моторные испытания

Поскольку проверка моторных масел путем лишь долговременных эксплуатационных испытаний не дает реальной возможности оценки их качества, ряд международных комитетов учредил методы испытаний в определенных опытных двигателях, работающих в воспроизводимых и практически релевантных условиях. В Европе за испытание, допуск и стандартизацию масел отвечает СЕС (Координационный европейский совет по разработке и проведению испытаний смазочных материалов и топлив). Требования АСЕА (Европейской ассоциации конструкторов автомобилей) к эксплуатационным характеристикам устанавливаются в форме последовательных методов испытаний масел, разработанных совместно с производителями присадок и смазочных материалов. В США эту задачу выполняют автомобильная промышленность и Американский нефтяной институт {API). Этот институт разрабатывает методы испытаний и предельно допустимые значения. Азиатский комитет ILSAC в основном принимает американские спецификации на автомобильные смазочные материалы.?? В принципе, методы испытаний фокусируются на следующих общих оценочных критериях:

*окисление и термическая стабильность;

*дисперсия частиц сажи и шлама;

*защита от износа и коррозии;

*стойкость к пенообразованию и сдвигу.

Спецификации на методы испытаний моторных масел разработаны дифференцированно для бензиновых и дизельных двигателей легковых и грузовых автомобилей, причем каждый испытанный двигатель характеризуется по одному или по группе критериев.

7. Синтетические масла

Наряду с обычным минеральным маслом, продуктом прямой переработки нефти, существует масло синтетическое, полученное в результате реакции синтеза при взаимодействии различных молекул веществ животного или растительного происхождения. Масло, приготовленное на синтетической основе, как правило, на 20—30% дороже, зато оно обеспечивает больший пробег до очередной замены масла, а при регулярном использовании — долгую жизнь двигателю. «Синтетика» — прекрасный смазочный материал, многие его показатели превосходят аналогичные показатели масел с нефтяной основой: лучшая вязкость, меньшая испаряемость, более широкий диапазон рабочих температур, более высокая сопротивляемость окислению. Синтетическое масло обеспечивает легкий пуск двигателя в сильные морозы и прекрасно защищает изнашивающиеся детали при больших нагрузках, позволяя экономить топливо, да и эксплуатационный расход масла снижается. Например, синтетическое масло NESTE-I 5W/50 имеет рекордно широкий диапазон рабочих температур: от —51 до +215 оС. Некоторые классы вязкости возможны только у синтетических продуктов, например, 5W — ADDINOL Super light 5W-40 или OW-CASTROL Formula SLX OW-30. Последний продукт появился в 1995 г., ему в полной мере присущи перечисленные выше достоинства: чрезвычайно благоприятная вязкостно-температурная характеристика при гарантированном обеспечении высоких смазывающих свойств в любых условиях и режимах. Масло OW-30 очень выигрывает в текучести при О°С, а при сильном перегреве (+150°С) по вязкости его можно сравнить с гораздо более густым маслом сорта 5W-40. Следует заметить, что смешивать при эксплуатации синтетическое масло и «натуральное» нельзя, если это специально не оговаривается на упаковке. Ведущие производители масел достигли такого уровня технологии, при котором можно смешивать синтетическое масло с другими типами моторных масел данного производителя. Использование масла более низкого качества (например, группы Б вместо рекомендуемой Г) неизбежно приведет к снижению долговечности двигателя. По ряду причин не следует применять масла более «высоких» групп, чем рекомендованные.

8. Характеристики масла

По некоторым данным, смазочные материалы впервые понадобились человеку около 6 тысяч лет назад. Многие ученые считают, что в те времена люди изобрели колесо, а потом и более-менее сложные механизмы для различных хозяйственных и военных нужд. Естественно, механизмы требовали смазки. Несмотря на то, что нефть была известна человечеству с давних времен, она долго использовалась только в чистом виде. Когда нефть научились перерабатывать, из нее извлекали в основном керосин, а ценнейший, как потом выяснилось, остаток — мазут, который составляет 70—90% ее массы, использовали только как топливо или попросту сжигали. Дальнейшее развитие технологии нефтепереработки позволило разделить мазут на фракции и производить из него различные масла, которые получили название минеральные или нефтяные. Двигатели современных автомобилей отличаются высокими механическими тепловыми нагрузками и поэтому предъявляют высокие требования к качеству смазочного масла. Этого можно добиться, добавив к маслам специальные вещества, так называемые присадки, каждая из которых улучшает одно или сразу несколько свойств масла. Так, например, противоизносные присадки снижают износ трущихся деталей, моющие — уменьшают отложение «лака» на деталях и не допускают пригорания поршневых колец и т. д. В маслах современного ассортимента число вводимых присадок достигает десяти. Никого не удивляет изобилие марок моторных и трансмиссионных масел, широко представленных на нашем рынке. Перед тем как приобрести понравившийся продукт, будь то ADDINOL, NESTE, SHELL или CASTROL, необходимо, прежде всего, определить принцип подбора масла для автомобиля. Все масла имеют множество показателей, которые указаны в технической характеристике, но покупателей должны интересовать только два из них: уровень качества (подойдет ли оно к автомобилю) и вязкость (годится ли для предстоящего сезона и для данного климата). Ответ на эти вопросы содержится в маркировке любого товарного сорта, принятой во всем мире системы индексации моторных масел. По зарубежным стандартам, вязкость определяется и указывается по методике американского общества автомобильных инженеров SAE. Буквы SAE на этикетке означают, что последующие цифры характеризуют вязкость масла. Только вязкость, и ничего более. Буква W (Winter — зима) ставится в обозначениях зимних сортов. Стандарт SAE J300 предусматривает шесть зимних классов вязкости — OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W, гарантирующих возможность холодного пуска и достаточную прокачиваемость при температурах от —30°С до 5 °C соответственно. У летних сортов никакой буквы в обозначении нет, и с повышением вязкости (при t = 100°С) они распределяются по классам SAE в следующем порядке: 20, 30, 40, 50 и 60. Для водителей, эксплуатирующих автомобиль круглый год, использовать сезонные сорта масел невыгодно из-за частой замены. Поэтому повсеместно применяются всесезонные сорта, в маркировке вязкости которых после букв SAE сначала следует зимний показатель, а затем летний. Между двумя обозначениями обычно ставят дефис или знак дроби, а иногда ничего, например, SAE 15W-40, SAE 5W/50, SAE 10W30.

Заключение

В ходе курсовой работы я изучил тему моторных масел, цели их использования, характеристики и особенности. Изучил общие требование к моторным маслам и их состав, узнал про вязкостные и физические присадки.