Вся электронная библиотека >>>

 Топливо, смазки и охлаждающие жидкости >>>

     

 

 

Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости


Раздел: Техника

   

Термоокислительная стабильность

  

В двигателя внутреннего сгорания сосредоточены все основные условия, вызывающие ухудшение масла, т. е. его интенсивное старение. Большое значение в этом процессе имеет окисление углеводородов.

Способность масла противостоять старению называется термоокислительной стабильностью.

Скорость окисления зависит от группового химического состава масла, наличия в нем специальных соединений (присадок), замедляющих этот процесс, и от условий, в которых происходит окисление! температуры, поверхности соприкосновения и наличия катализаторов.

Температура, при которой работает моторное масло в определенных зонах, достигает 200—300 °С. При такой высокой температуре процессы окисления любых углеводородов происходят очень интенсивно.

Поверхность соприкосновения масла с кислородом воздуха благодаря тонкой распыленности масла очень велика (она достигает сотен квадратных метров). И, наконец, в масле всегда есть продукты изнашивания двигателя (различные металлы), которые являются сильными катализаторами, ускоряющими процесс окисления.

Фундаментальные исследования термоокислительных процессов в масле проведены советскими исследователями Н. И. Черножуко- вым и С. Э. Кремном. Ими установлено, что не все углеводороды, входящие в моторное масло, обладают одинаковой термоокислительной стабильностью. Наиболее устойчивыми являются ароматические углеводороды без боковых цепей. Затем следуют цикланы, и самыми неустойчивыми являются алканы.

Всем перечисленным группам углеводородов свойственно уменьшение термоокислительной стабильности по мере увеличения числа атомов углерода в молекуле, а для ароматических и цикланов — при наличии боковых цепей.

Термоокислительная стабильность алканов зависит и от температуры, резко снижаясь при температурах выше 200 сС, т. е. при температурах, характерных для некоторых деталей двигателей внутреннего сгорания. Реальное моторное масло представляет собой сложную смесь различных углеводородов, основную часть которых составляют полицикланы. Наличие в маслах ароматических углеводородов повышает их термоокислительную стабильность, причем для каждого группового состава масла существует оптимальная концентрация ароматических, при которой термоокислительная стабильность масла достигает максимума.

В реальных условиях работы масла в двигателях наблюдаются как действия катализаторов, которыми являются в основном металлические мелкодиспергированные продукты изнашнтиия двигателя, так и действия, замедляющие окислительные процессы,

которыми обладают сами продукты окислительной полимеризации, например смолы.

При небольшой концентрации в масле смолы язляются эффективными антиокислителями. Однако основным фактором, определяющим интенсивность окислительных процессов, происходящих в моторном масле, является температура. При низких температурах (до 30— 40 °С) процессы окисления масел идут настолько медленно, что практически их можно не учитывать. Масла в этих условиях могут храниться годами в резервуарах и бочках, не изменяя своих свойств. Но уже при повышении температуры до 70—80 °С (т. е. до значений температуры масла в поддоне картера двигателя) окислительные процессы резко увеличиваются, вызывая интенсивное старение масла. Особенно быстро и глубоко происходит окисление масла при высоких температурах и мелкораспыленном его состоянии, т. е. в условиях, характерных для двигателей. В системе смазки масло находится в состоянии интенсивной циркуляции, барботажа и тонкодисперсионного распыливания при непрерывном контакте с воздухом.

В зонах поршневых колец, направляющих клапанов, на поверхности поршней и цилиндров, в зазорах подшипников масло находится в виде тонких пленок на горячих металлических поверхностях. Все это создает исключительно благоприятные условия для его окисления и окислительной полимеризации.

Особенно неблагоприятно на работоспособность масла влияют продукты, образующиеся в процессе его работы: нагар, лакообраз- ные пленки и липкий вязкий осадок (шлам).

Нагар образуется в высокотемпературных зонах, на поверхности камеры сгорания, в канавках поршневых колец и иа самих кольцах. От? обладает плохой теплопроводностью, что вызывает перегрев и без того теплонапряженных деталей. Закоксовывание дренажных отверстий в кольцевых канавках маслосъемных колец увеличивает попадание масла в цилиндр, что еще больше ускоряет образование нагара, приводящее к полному закоксовыванию (заклиниванию) поршневых колец и резкому ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя.

Вместе с тем следует помнить, что в реальных условиях процесс образования нагара очень сложен и зависит не только от химических свойств масла, но и от топлива. Образование нагара начинается с появления лаковых пленок, которые постепенно утолщаются, отвод теплоты с их внешней поверхности ухудшается, лак начинает обугливаться, постепенно превращаясь в нагар. Толщина нагара увеличивается до определенной величины и затем стабилизируется, так как отвод теплоты от его внешнего слоя ухудшается, температура возрастает и нагар начинает выгорать. Происходит автоматическая стабилизация толщины нагара. Причем для каждой зоны нагаро- образования существует своя толщина стабилизации, зависящая от теплового потока через эту зону. В нагарах накапливается зольная часть некоторых применяемых в настоящее время присадок. Состав нагара зависит от многих факторов, в том числе и от места его образования. Например, нагар, снятый с поршня, содержит до 70 % углерода, 4—5 % водорода и до 20 % кислорода. Кроме того, в нагаре могут оказаться сера, свинец и активные элементы присадок.

Содержание серы и соединений свинца в топливе отражается на скорости нарастания и твердости нагара. Фракционный состав топлива, например, повышение температуры выкипания конечных, фракций, также сказывается на количестве и плотности нагара. Особенно большое влияние на образование нагара оказывает дизельное топливо. Это объясняется тем, что в продуктах сгорания этих двигателей всегда образуется некоторое количество сажи, которая является одним из важных факторов образования нагара. Количество ее в отработавших газах дизеля при прочих равных условиях вависит от коэффициента избытка воздуха а.

Рассматривая зависимость нагарообразования от термоокислительной стабильности самого масла, можно сделать вывод о том, что чем выше это свойство масла, тем меньше образуется нагара, тем надежнее работает двигатель.

Одной из форм проявления термоокислительных процессов в масле является образование на деталях, имеющих высокую температуру, тонких лакообразных отложений. Кажется, что деталь покрыта тонким слоем лака. Толщина лакообразной пленки бывает от долей микрона до 100—200 мкм. Образование лака ухудшает теплопроводность деталей, вызывает их перегрев и, как следствие этого, задир цилиндра и заклинивание поршневых колец, а иногда и самого поршня. Лаковая пленка очень прочно удерживается на деталях и не растворяется в самых сильных растворителях.

Механизм образования лаковых пленок сложен и зависит от многих факторов. Существенное влияние оказывает на этот процесс и групповой состав масла.

Установлено, что особенно сильно влияет на лакообразование содержание в масле смолисто-асфальтовых веществ, а также полициклических углеводородов с алкильными цепями. Так как в свежих маслах смолисто-асфальтовых веществ очень мало (они удаляются в процессе очистки масел), то лакообразование особенно интенсивно при длительной работе масла в двигателе, когда в нем накапливаются продукты окислительной полимеризации.

Склонность моторных масел образовывать лаковые пленки можно определить по лабораторному методу, предложенному К. К, Папок, известным советским химмотологом. В специальном устройстве, называемом лакообразователем ( 27), имеется гладкая металлическая плита (диск), на которую устанавливают четыре стандартных кольца с проволочными дужками. Когда плита с кольцами нагреется до 250 °С, на плиту внутри кольца капают пипеткой 0,05 г исследуемого масла. После того как масло превратится в лаковую пленку, приклеившую кольцо к пластине, ее вынимают из прибора и охлаждают. Затем динамометром за проволочную дужку отрывают кольцо от пластины. Усилие отрыва зависит от склонности масла к лакообразованию и времени образования лака, следовательно, можно, повторив опыт несколько раз с различным временем лако- образования, построить кривую, по которой найти время, соответствующее усилию отрыва кольца от пластинки, равному 1 кг. Это время в минутах и будет количественной оценкой склонности данного масла к лакообразованию. Чем оно больше, тем выше термоокислительная стабильность масла. Для масел группы Г этот показатель не должен быть меньше 70 мин (для масла М12Г), и не меньше 40 мин (для масла М63/10Г).

В последнее время все большее внимание уделяется моторным методам опенки масел. Разработан и стандартизован отечественный метод оценки склонности масел к образованию высокотемпературных отложений (ГОСТ 20991—75). Метод предназначен для оценки масел групп А, Б, В и Г для карбюраторных двигателей и предусматривает испытание масла на специальной одноцилиндровой установке ИАМИ-1М в течение 120 ч. После испытаний двигатель разбирают н определяют количество отложений нагара и образования лака на поршне.

Низкотемпературные отложения (шлам) загрязняют двигатель липкими, мазеобразными массами. Скопление шлама в зоне масло- приемника может серьезно нарушить циркуляцию масла и тем самым вызвать повреждение двигателя. Это самые опасные отложения, способные внезапно вызвать полную или частичную закупорку масляных каналов.

Особенно интенсивно шлам образуется в изношенных двигателях с большим прорывом газов в картер, ускоряющих окислительные процессы в масле, гак как установлено, что на образование низкотемпературных отложений существенно влияют находящиеся в отработавших газах оксиды азота.

Конденсация паров воды и топлива, характерная для низкотемпературных условий эксплуатации (зимой, на режимах прогрева, при частых остановках и т, д.), особенно способствует образованию и отложению шлама.

Шлам откладывается в клапанных коробках, в различных карманах и углублениях картера и поддона, на маслоприемниках, в отстойниках фильтров и на фильтрующих элементах. Анализ шламовых осадков показывает, что это эмульсия воды в масле, так как вода составляет до 35 % массы этих продуктов. Кроме того, в этой мазеобразной массе скапливаются тяжелые фракции топлива, сажа, асфальтены, карбены, карбоиды, негорючие продукты (зола), соединения серы и ряд других продуктов.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости

 

Смотрите также:

 

РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА для реактивных авиационных...

Термоокислительная стабильность прямогонных реактивных топлив улучшается при удалении из них гетероатомных соединений в результате гидроочистки.

 

Моторные масла. масла для карбюраторных...

высокая термическая и термоокислительная стабильность позволяют использовать масло при высокой рабочей температуре

 

Ассортимент, состав и качество реактивных топлив....

Топлива, предназначенные для сверхзвуковой авиации, имеют высокую термоокислительную стабильность...