Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» Институт Энергетики РЕФЕРАТ по дисциплине «Тепловые двигатели» на тему: «Современные моторные масла - требования и тенденции развития» Выполнил студент Группы з3231301/00101 Преподаватель Санкт-Петербург 2023 г. Содержание Введение............................................................................................................... 3 1 Основные требования к моторным маслам ................................................... 5 2. Тенденции развития двигателестроения ...................................................... 9 3 Свойства масел и методы их оценки............................................................ 11 Заключение ........................................................................................................ 20 Литература ......................................................................................................... 22 2 Введение Тепловой двигатель – это машина для преобразования тепловой энергии в механическую работу. В тепловом двигателе происходит расширение газа, который давит на поршень, заставляя его перемещаться, или на лопатки турбины, сообщая ему вращение. Тепловой двигатель состоит из: нагревателя (камеры сгорания, парового котла); рабочего тела (газ, пар) и холодильника (внешняя среда, конденсатор). Во всех типах таких двигателей непрерывное или периодически повторяющееся получение работы возможно только в том случае, когда совершающая работу машина не только получает тепло от какого-то тела (нагревателя), но и отдает часть тепла другому телу (охладителю). Паровая машина – тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. Поздние паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами и электромоторами. Для привода паровой машины в действия был необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давил на поршень, движение которых передается другим механическим частям. Преимущество парового двигателя – это возможность использовать любой вид топлива – от дров до урана. Паровые турбины используются в качестве первичных двигателей промышленных установок в течение многих лет. Пар, образующийся в паровом котле, расширяясь, под высоким давлением проходит через лопатки турбины. Турбина вращается и производит механическую энергию, используемая генератором для производства электричества. Однако использование тяжелых нефтяных фракций и твердого топлива снижает экологические показатели системы. По умолчанию, паровые турбины производят больше тепла, чем 3 электричества, в результате имеют высокие затраты на установленную мощность. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Поршневой двигатель внутреннего сгорания сегодня является самым распространённым тепловым двигателем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров, водяных насосов и прочих машин, как мобильных, так и стационарных, и производится в мире ежегодно в количестве нескольких десятков миллионов изделий. Источником тепла в ДВС является химическая энергия топлив, а его сгорание происходит внутри двигателя. Поэтому для таких двигателей не требуется какой-либо внешний нагреватель. Все современные двигатели работают на бензине или дизельном топливе. Недостатком ДВС является то, что он вырабатывает большое количество токсичных выбросов, громоздкость, сильный шум, необходимость охлаждения и смазки, относительно небольшой ресурс, сложная система зажигания, высокое потребление горючего. Газовая турбина – турбина, в которой тепловая энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу; входит в состав газотурбинного двигателя. Мощность обычно 200 МВт. Они используются в составе газотурбинных двигателей, стационарных газотурбинных установок и парогазовых установок. Они часто используются в ракетах на жидком топливе, в кораблях, локомотивах, вертолетах и танках. 4 1 Основные требования к моторным маслам Качество моторного масла — один из решающих факторов, определяющих работоспособность двигателя. Высокие эксплуатационные требования, которые предъявляют к маслам для двигателей, обусловили выделение их в особую группу моторных масел. Основные функции моторного масла — снижение износа трущихся поверхностей, уменьшение затрат энергии на преодоление трения, отвод теплоты от нагретых деталей, обеспечение герметизации сопряжения цилиндр—кольцо— поршень и предохранение от коррозионного разрушения, удаление с трущихся поверхностей накапливающихся продуктов загрязнения. Масло для двигателей должно [1]: - иметь вязкость, обеспечивающую надежную смазку деталей при всех рабочих температурах с наименьшими потерями на трение; - обладать соответствующими низкотемпературными свойствами для облегчения зимнего пуска двигателя; - иметь хорошие моющие и диспергирующие свойства. Этим достигается необходимая чистота деталей цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма; - обладать высокими противоокислительными свойствами для торможения процессов окисления и уменьшения накопления в работающем масле продуктов окисления, составляющих основу нагара, лаков и отложений; - защищать от коррозии подшипники из цветных металлов и от ржавления детали двигателя; - обладать стабильностью и сохранять эксплуатационные свойства в процессе транспортирования и длительного хранения; - удовлетворять требованиям экологической безопасности. 5 Нефтяные и синтетические базовые масла независимо от качества исходного сырья и способов их производства часто не могут обеспечить нормальную эксплуатацию современных двигателей. Для получения масел, отвечающих предъявляемым требованиям, в них добавляют присадки. Присадки — это вещества, улучшающие одно или несколько свойств масел. Присадки должны полностью растворяться в маслах, не выпадать в осадок при длительном хранении, не задерживаться маслоочистительными устройствами двигателя, не растворяться в воде, не ухудшать физико-химические показатели качества масел. В зависимости от назначения и условий работы масел концентрация присадок колеблется от тысячных долей до 10…15%. В современные моторные масла вводят присадки следующих типов: - вязкостные (полимерные) — для увеличения вязкости масла, улучшения вязкостно-температурной характеристики (повышения индекса вязкости масла) — в количестве 0,5…8,0 мас.%; - депрессорные — для понижения температуры застывания масла (до 1 мас.%); - моющие и диспергирующие — для уменьшения отложений лака, нагара и осадков на деталях двигателя и устранения пригорания поршневых колец (3…10 мас.%); - антиокислительные — для торможения процессов окисления масла (0,5…2,0 мас.%); - противоизносные — для снижения износа трущихся деталей (0,5…2,0 мас.%); - противопиттинговые — для снижения задира трущихся пар, работающих при очень высоких удельных давлениях (2 500…3000 МПа), например, кулачок—толкатель V-образных бензиновых двигателей (до 2 мас.%); 6 - противокоррозионные — для предотвращения коррозии цветных и черных металлов (до 1 мас.%); - противоржавейные — для борьбы с коррозией в условиях кратковременного и длительного хранения техники (1…5 мас.%); - противопенные — для уменьшения склонности масла к пенообразованию (до 0,005 мас.%); - многофункциональные — для обеспечения нескольких функциональных свойств: моющих, антиокислительных, противоизносных и др. (до 8 мас.%). Присадки часто улучшают не одно, а одновременно несколько свойств масла, например присадки ДФ-11, ДБФ, А-22, ВНИИНП-354 улучшают противоизносные и одновременно антиокислительные свойства. В масла (моторные, трансмиссионные, гидравлические) могут добавлять композицию многофункциональных присадок, состоящую из 4—6 присадок, или пакет присадок до 12 компонентов. Дозированием сбалансированного пакета присадок (до 12 мас.%) к базовому маслу получают марки товарных масел с разным уровнем эксплуатационных свойств. Присадки и пакеты присадок к маслам могут быть как отечественных марок, например СамОйл-7311, СамОйл-7321, ВДС-941Н, К-47, К-48; перспективные — К-471, К-483, К-484, так и зарубежных. Составление композиций присадок является сложным процессом. Эффективность присадок в композиции может взаимно усиливаться (синергизм) или ослабевать (антагонизм). Эксплуатационные качества масел могут ухудшиться при «несовместимости» присадок. Относительно новым направлением в применении присадок к маслам являются антифрикционные присадки, или модификаторы трения (вводимые до 2 мас.%), снижающие коэффициент трения. Они образуют группу энергосберегающих моторных масел, выделенных в зарубежной классификации в отдельный класс EC (Energy Conserving). В качестве модификаторов трения применяют тонкодиспергированные маслорастворимые ПАВ соединений различных метал7 лов: меди, никеля, кобальта и чаще всего молибдена. Энергосберегающие масла обеспечивают в условиях эксплуатации некоторую экономию топлива и уменьшение износа двигателя за счет снижения потерь энергии на трение. Моторные масла работают в наиболее тяжелых и неблагоприятных условиях по сравнению с другими смазочными материалами. Требования к качеству моторных масел в значительной степени определяются теплонапряженностью двигателей. В двигателе по температурным условиям работы выделяют высоко-, средне- и низкотемпературную зоны. В высокотемпературной зоне (камера сгорания, головка цилиндров и верхняя часть поршня) температура раскаленных газов доходит до 2200°С. При попадании масла в камеру сгорания происходит его испарение, термическое разложение и сгорание. В среднетемпературной зоне (поршень, поршневые кольца и палец, стенки цилиндров) масло подвергается действию температуры 280…350°С с образованием лаковых отложений, наблюдается пригорание и заклинивание (закоксовывание) поршневых колец. Температура в этих зонах достигает значений, при которых происходят окисление и термическое разложение тонкой масляной пленки, интенсивное испарение и выгорание масла. Масло, поступающее для смазки деталей ЦПГ, дополнительно подвергается воздействию газов, прорывающихся в картер. В низкотемпературной зоне (газораспределительный механизм, коленчатый вал, шатунные и коренные подшипники, картер двигателя, маслоочистительные устройства, масляные радиатор и магистрали) температура масла в картере двигателя достигает 110…130°С, в подшипниковых узлах до 200°С. Температура в шатунных и коренных подшипниках коленчатого вала существенно ниже по сравнению с цилиндропоршневой группой, но на поверхности трения действуют значительные (до 35 МПа) удельные нагрузки, которые создают тяжелые условия работы масла. Под действием температуры и кислорода воздуха происходит окисление масла. Процесс ускоряется ввиду ка8 талитического действия металлов вкладышей подшипников. В картере двигателя наблюдаются процессы осадкообразования, а также коррозии, обусловленной накоплением кислых продуктов. Окисление работающего масла происходит в объеме при интенсивном перемешивании с воздухом. Теплонапряженность дизелей по сравнению с бензиновыми двигателями выше и обусловлена различием рабочих процессов. Для обеспечения надежной работы современных высокофорсированных двигателей моторные масла должны обладать высокими эксплуатационными свойствами. 2. Тенденции развития двигателестроения Общими тенденциями развития двигателестроения являются: увеличение литровой мощности, повышение экономичности и надежности, улучшение пусковых свойств, уменьшение массогабаритных показателей. Решение любой из этих проблем тесно связано с вопросами применения моторных масел. Для обеспечения надежной работы двигателей, применяемые в них масла должны обладать определенными эксплуатационными свойствами [2]. Надежность работы двигателя во многом определяется выбором масла с оптимальной вязкостью. В широком диапазоне условий эксплуатации, наиболее эффективны масла с пологой вязкостно-температурной характеристиками (т.е. те масла, вязкость которых в наименьшей степени меняется при изменении температуры масла). Для обеспечения минимального износа деталей двигателя лучше использовать масла большей вязкости. Однако чрезмерное повышение вязкости увеличивает потери на трение и ухудшает топливно-экономические показатели двигателя. Снижение исходной вязкости улучшает низкотемпературные свойства масел - прокачиваемость, которые характеризует способность масла своевременно поступать к местам смазки при пуске двигателя. Чем ниже 9 прокачиваемость, тем ниже пусковые износы деталей и выше надежность работы. Поэтому конструкторы двигателей стремятся к выбору оптимальной величины вязкости масла для конкретной двигателя и условий его эксплуатации. Повышение литровой мощности в современных и перспективных двигателях достигается, в основном, за счет увеличения среднего эффективного давления (повышение степени сжатия (компрессии) в цилиндрах двигатели, прямого впрыска топлива под высоким давлением и введение наддува воздуха, что приводит к росту тепловых и механических нагрузок на детали двигателей. При этом условия работы масла существенно ожесточаются. Интенсивный контакт масла с прорывающимися в картер газами увеличивает скорость его окисления. Воздействие горячих газов и нагретых поверхностей на пленку масла на деталях цилиндро-поршневой группы приводите образованию высокотемпературных углеродистых отложений (нагаров и лаков). Закоксовывание канавок в поршнях приводит к потере подвижности поршневых колец, к задиру поверхности цилиндра и поломке поршневых колец и потере компрессии двигателя. В целях облегчения веса двигателя конструкторы прибегают к уменьшению емкости систем смазки, что приводите возрастанию кратности циркуляции масла, интенсификации его окисления. Эффективное снижение скорости образований нагаров и лаков в системе смазки двигателя возможно только в том случае, когда масло обладает достаточно высокими моющедиспергирующими и антиокислительными свойствами. Для увеличения надежности и обеспечения высокого ресурса работы двигателя необходимо, чтобы моторные масла имели высокий уровень противоизносных и противозадирных свойств. 10 Для снижения коррозионного износа деталей цилиндро-поршневой группы и вкладышей коленчатого вале, вызываемого кислыми продуктами сгорания топлива, моторные масла должны обладать нейтрализующий действием. Требования к маслу определяются не только типом двигателя, конструктивными особенностями агрегатов, но и условиями эксплуатации. Так работа двигателя на пониженном тепловом режиме приводит к неполному сгоранию топлива и, следовательно, увеличивает попадание продуктов неполного сгорания в картер с последующим окислением и загрязнением масла. В результате этого при условии конденсации влаги в картере двигателя может значительно повышаться образование низкотемпературных отложений (шлама). Предотвратить шламообразование в картере двигателя можно за счет применения масел с высокими диспергирующими свойствами. Надежность двигателей в значительной степени зависит от способности моторных масел сохранять свои эксплуатационные свойства при обводнении, что особенно характерно для масел судовых дизелей. Современные масла должны быть долго работающими (до 500 и даже 1000 моточасов работы двигателя). Срок смены масел должен быть увязан со сроками смены фильтрующих элементов и режимами технического обслуживания двигателей. При этом должен обеспечиваться низкий расход масла на угар. Условия работы масел в двигателях различных типов и конструкций могут сильно различаться, что затрудняет выбор масла для конкретного двигателя. Для облегчения выбора и решения вопросов взаимозаменяемости масел производства различных фирм и стран, разработаны классификации масел. 3 Свойства масел и методы их оценки Моюще-диспергирующие обеспечивать необходимую свойства характеризуют чистоту деталей способность двигателя, масла поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Чем выше 11 моюще-диспергирующие свойства масла, тем больше нерастворимых веществ — продуктов старения — может удерживаться в работающем масле без выпадения в осадок, тем меньше лакообразных отложений и нагаров образуется на горячих деталях, тем выше может быть допустимая температура деталей (степень форсирования двигателя). Кроме концентрации моющедиспергирующих присадок на чистоту двигателя существенно влияет эффективность используемых присадок, их правильное сочетание с другими компонентами композиции, а также приемистость базового масла [3]. В композициях моторных масел в качестве моющих присадок используют сульфонаты, алкилфеноляты, алкилсалицилаты и фосфонаты кальция или магния и реже (по экологическим соображениям) — бария, а также рациональные сочетания этих зольных присадок друг с другом и с беззольными дисперсантами-присадками, снижающими, главным образом, склонность масла к образованию низкотемпературных отложений и скорость загрязнения фильтров тонкой очистки масла. Модифицированные термостойкие беззольные дисперсанты способствуют и уменьшению лако- и нагарообразования на поршнях (рис. 1). Рис. 1. Поршни дизеля с наддувом после равного времени испытания масла с недостаточными (а) и вполне удовлетворительными (б) моюще-диспергирующими свойствами Механизм действия моющих присадок объясняют их адсорбцией на поверхности нерастворимых в масле частиц. В результате на каждой частице 12 образуется оболочка из обращенных в объем масла углеводородных радикалов. Она препятствует коагуляции частиц загрязнений, их соприкосновению друг с другом. Полярные молекулы присадок образуют двойной электрический слой, придающий одноименные заряды частицам, на которых они адсорбировались. Благодаря этому частицы отталкиваются и вероятность их объединения в крупные агрегаты уменьшается. При работе двигателей на топливах с повышенным содержанием серы моющие присадки, придающие маслу щелочность, препятствуют образованию отложений на деталях двигателей также и путем нейтрализации кислот, образующихся из продуктов сгорания топлива. Металлсодержащие моющие присадки повышают зольность масла, что может привести к образованию зольных отложений в камере сгорания, замыканию электродов свечей зажигания, выпускных преждевременному воспламенению рабочей клапанов, снижению детонационной смеси, стойкости прогару топлива, абразивному изнашиванию. Поэтому сульфатную зольность моторных масел ограничивают верхним пределом. Ее допустимое значение зависит от типа и конструкции двигателя, расхода масла на угар, условий эксплуатации, в частности от вида применяемого топлива. Наименее зольные масла необходимы для смазывания двухтактных бензиновых двигателей и двигателей, работающих на газе. Наибольшую зольность имеют высокощелочные цилиндровые масла. Моющие свойства моторных масел в лабораторных условиях определяют на модельной установке ПЗВ, представляющей собой малоразмерный одноцилиндровый двигатель с электроприводом и электронагревателями. Стендовые моторные испытания для оценки моющих свойств проводят либо в полноразмерных двигателях, либо в одноцилиндровых моторных установках по стандартным методикам. Критериями оценки моющих свойств служит чистота поршня, масляных фильтров, роторов центрифуг, подвижность поршневых колец. Диспергирующие свойства масел оценивают в баллах от 0 до 6. 13 Образование лаковых отложений на деталях двигателя, работающего на маслах с моющими присадками, уменьшается в 3–6 раз, т.е. с 3…4,5 до 0,5…1,5 балла. Антиокислительные свойства в значительной степени определяют стойкость масла к старению. Условия работы моторных масел в двигателях настолько жестки, что предотвратить их окисление полностью не представляется возможным. Соответствующей очисткой базовых масел от нежелательных соединений, присутствующих в сырье, использованием синтетических базовых компонентов, а также введением эффективных антиокислительных присадок можно значительно затормозить процессы окисления масла, которые приводят к росту его вязкости и коррозионности, склонности к образованию отложений, загрязнению масляных фильтров и другим неблагоприятным последствиям (затруднение холодного пуска, ухудшение прокачиваемости масла). Окисление масла в двигателе наиболее интенсивно происходит в тонких пленках масла на поверхностях деталей, нагревающихся до высокой температуры и соприкасающихся с горячими газами (поршень, цилиндр, поршневые кольца, направляющие и стебли клапанов). В объеме масло окисляется менее интенсивно, так как в поддоне картера, радиаторе, маслопроводах температура ниже и поверхность контакта масла с окисляющей газовой средой меньше. Во внутренних полостях двигателя, заполненных масляным туманом, окисление более интенсивно. На скорость и глубину окислительных процессов значительно влияют попадающие в масло продукты неполного сгорания топлива. Они проникают в масло вместе с газами, прорывающимися из надпоршневого пространства в картер. Ускоряют окисление масла частицы металлов и загрязнений неорганического происхождения, которые накапливаются в масле в результате изнашивания деталей двигателя, недостаточной очистки всасываемого воздуха, нейтрализации присадками металлорганические соединения неорганических меди, 14 железа кислот, и других а также металлов, образующиеся в результате коррозии деталей двигателя или взаимодействия частиц изношенного металла с органическими кислотами. Все эти вещества — катализаторы окисления [4]. Стойкость моторных масел к окислению повышают введением в их состав антиокислительных присадок. Наилучший антиокислительный эффект достигается при введении в масло присадок, обладающих различным механизмом действия. В качестве антиокислительных присадок к моторным маслам применяют диалкил- и диарилдитиофосфаты цинка, которые улучшают также антикоррозионные и противоизносные свойства. Их часто комбинируют друг с другом и с беззольными антиокислителями. К числу последних относят пространственно затрудненные фенолы, ароматические амины, беззольные дитиофосфаты и др. Довольно энергичными антиокислителями являются некоторые моюще-диспергирующие присадки, в частности алкилсалицилатные и алкилфенольные. При длительной работе масла в двигателе интенсивный рост вязкости, обусловленный окислением, начинается после практически полного истощения антиокислительных присадок. В стандартах и технических условиях на моторные масла их стойкость к окислению косвенно характеризуется индукционным периодом осадкообразования (окисление по ГОСТ 11063–77 при 200 °С). При моторных испытаниях антиокислительные свойства масел оценивают по увеличению их вязкости за время работы в двигателе установки ИКМ (ГОСТ 20457–75) или Petter W-1. Противоизносные свойства моторного масла зависят от химического состава и полярности базового масла, состава композиции присадок и вязкостно-температурной характеристики масла с присадками, которая в основном предопределяет температурные пределы его применимости (защита деталей от износа при пуске двигателя, при максимальных нагрузках и температурах окружающей среды). Особенно важны эффективная вязкость масла при температуре 130…180 °С и градиенте скорости сдвига 105…107 с–1, 15 зависимость вязкости от давления, свойства граничных слоев и способность химически модифицировать поверхностные слои сопряженных трущихся деталей. При работе на топливах с повышенным или высоким содержанием серы, а также в условиях, способствующих образованию азотной кислоты из продуктов сгорания (газовые двигатели, дизели с высоким наддувом), важнейшей характеристикой способности масла предотвращать коррозионный износ поршневых колец и цилиндров является его нейтрализующая способность, показателем которой в нормативной документации служит щелочное число. Различные узлы и детали двигателей смазываются обычно одним маслом, а условия трения, изнашивания и режим смазки существенно различны. Подшипники коленчатого вала, поршневые кольца в сопряжении с цилиндром работают преимущественно в условиях гидродинамической смазки. Зубчатые колеса привода агрегатов, масляных насосов и детали механизма привода клапанов работают в условиях эластогидродинамической смазки. Вблизи мертвых точек жидкостное трение поршневых колец по стенке цилиндра переходит в граничное. Множественность факторов, влияющих на износ деталей двигателей, принципиальные различия режимов трения и изнашивания узлов затрудняют оптимизацию противоизносных свойств моторных масел. Придание маслу достаточной нейтрализующей способности и введение в его состав дитиофосфатов цинка часто оказывается достаточным для предотвращения коррозионномеханического изнашивания и модифицирования поверхностей деталей, тяжело нагруженных сопряжений во избежание задиров или усталостного выкрашивания. Однако тенденция к применению маловязких масел для достижения экономии топлива и ограничение поступления масла к верхней части цилиндра для уменьшения расхода на угар требуют улучшения противоизносных свойств масел при граничной смазке. Это достигается введением специальных противоизносных присадок, содержащих серу, фосфор, 16 галогены, бор, а также введением беззольных дисперсантов, содержащих противоизносные фрагменты. Большое влияние на износ оказывает присутствие в масле абразивных загрязнений. Их наличие в свежем масле не допускается, а масло, работающее в двигателе, должно подвергаться очистке в фильтрах, центрифугах, сепараторах. Уменьшению вредного действия абразивных частиц способствуют высокие диспергирующие свойства масла. Трибологические характеристики, определяемые на четырехшариковой машине трения (ЧШМ) по ГОСТ 9490–75, нормированы стандартами и техническими условиями на многие моторные масла для контроля процесса производства. противоизносных Однако и непосредственную противозадирных свойств связь на между машине оценкой трения и фактическими противоизносными свойствами моторных масел в реальных условиях применения установить не всегда возможно. При моторных испытаниях противоизносные свойства масел оценивают по потере массы поршневых колец, задиру или питтингу кулачков и толкателей, линейному износу этих деталей и цилиндров, состоянию поверхностей трения. Антикоррозионные свойства моторных масел зависят от состава базовых компонентов, концентрации и эффективности антикоррозионных, антиокислительных присадок и деактиваторов металлов. В процессе старения коррозионность моторных масел возрастает. К повышению коррозионности более склонны масла из малосернистых нефтей с высоким содержанием парафиновых углеводородов, образующих в процессе окисления агрессивные органические кислоты, которые взаимодействуют с цветными металлами и их сплавами. Антикоррозионные присадки защищают антифрикционные материалы (свинцовистую бронзу), образуя на их поверхности прочную защитную пленку. Антиокислители препятствуют образованию агрессивных кислот. Иногда необходимо вводить в моторные масла присадки-деактиваторы, образующие хелатные соединения с медью, предохраняющие поверхность от 17 коррозионного разрушения. Антикоррозионные присадки типа дитиофосфатов цинка, применяемые в большинстве моторных масел, не защищают от коррозии сплавы на основе серебра и фосфористые бронзы, а при высокой температуре активно способствуют их коррозии. В двигателях, в которых используют такие антифрикционные материалы, необходимо использовать специальные масла, не содержащие дитиофосфатов цинка. В лабораторных условиях антикоррозионные свойства моторных масел оценивают по методу СТБ ИСО 2160–2003 по потере массы медных пластин за 10 или 25 ч испытания при температуре 140 °С. При моторных испытаниях антикоррозионные свойства масел оценивают по потере массы вкладышей шатунных подшипников полноразмерных двигателей или одноцилиндровых установок ИКМ или Petter W-1, а также по состоянию их поверхностей трения (цвет, натиры, следы коррозии). Вязкостно-температурные свойства — одна из важнейших характеристик моторного масла. От этих свойств зависит диапазон температуры окружающей среды, в котором данное масло обеспечивает пуск двигателя без предварительного подогрева, беспрепятственное прокачивание масла насосом по смазочной системе, надежное смазывание и охлаждение деталей двигателя при наибольших допустимых нагрузках и температуре окружающей среды. Даже в умеренных климатических условиях диапазон изменения температуры масла от холодного пуска зимой до максимального прогрева в подшипниках коленчатого вала или в зоне поршневых колец составляет до 180…190 °С. Вязкость минеральных масел в интервале температур от –30 до 150 °С изменяется в тысячи раз. Летние масла, имеющие достаточную вязкость при высокой температуре, обеспечивают пуск двигателя при температуре окружающей среды около 0 °С. Зимние масла, обеспечивающие холодный пуск при отрицательных температурах, имеют недостаточную вязкость при высокой температуре. 18 Таким образом, сезонные масла независимо от их наработки (пробега автомобиля) необходимо менять дважды в год. Это усложняет и удорожает эксплуатацию двигателей. Проблема решена созданием всесезонных масел, загущенных полимерными присадками (полиметакрилаты, сополимеры олефинов, полиизобутилены, гидрированные сополимеры стирола с диенами и др.). Вязкостно-температурные свойства загущенных масел таковы, что при отрицательных температурах они подобны зимним, а в области высоких температур — летним. Вязкостные присадки относительно мало повышают вязкость базового масла при низкой температуре, но значительно увеличивают ее при высокой температуре, что обусловлено увеличением объема макрополимерных молекул с повышением температуры и рядом иных эффектов [5]. В отличие от сезонных загущенные всесезонные масла изменяют вязкость под влиянием не только температуры, но и скорости сдвига, причем это изменение временное. С уменьшением скорости относительного перемещения смазываемых деталей вязкость возрастает, а с увеличением — снижается. Этот эффект больше проявляется при низкой температуре, но сохраняется и при высокой, что имеет два позитивных следствия: снижение вязкости в начале проворачивания холодного двигателя стартером облегчает пуск, а небольшое снижение вязкости масла в зазорах между поверхностями трения деталей прогретого двигателя уменьшает потери энергии на трение и дает экономию топлива. 19 Заключение Меняющиеся потребности пользователей автомобилей могут быть даже более убедительными, чем требования законодательства, и ускорить внедрение принципов устойчивого Мастерские, в которых развития водители в автомобильной ищут продукцию, промышленности. произведенную экологически безопасным способом, нуждаются в поддержке поставщиков, которые, в свою очередь, информируют производителей о сигналах, поступающих с рынка. Игнорирование проблемы углеродной нейтральности и несоблюдение требований клиентов может иметь серьезные последствия. Автовладельцы будут искать решения, которые удовлетворили бы их в других местах, а конкуренция среди автомастерских, в конце концов, огромна. Таким образом, чем серьезнее клиенты относятся к деятельности, ограничивающей негативное воздействие на окружающую среду, тем более необходимо иметь высококачественные продукты, пользующиеся уважением и соответствующие этим ожиданиям. Поэтому в ближайшем будущем в исследованиях смазочных материалов, в том числе моторных масел, самым важным будет соблюдение условий устойчивого развития. Минимизация вредного воздействия на окружающую среду будет применяться на всех этапах жизненного цикла продукта — от получения сырья до производства, распространение, использование потребителями, утилизация. В то же время важно постоянно совершенствовать смазочные материалы. Нефтепродукты на основе различных видов синтетических основ будут модернизированы и адаптированы к технологическим и экологическим требованиям. В настоящее время разработки синтетических масел на основе парафина или олефина (ПАО и GTL) касаются максимально возможной однородности состава, приводящей к улучшению функциональных свойств, без использования улучшителей. Также проводятся интенсивные исследования в категории биоразлагаемых масел с низкой вязкостью для использования в 20 гибридных и электрических двигателях. В течение некоторого времени все эти процессы проверяются через призму таких вопросов, как устойчивое развитие и сокращение выбросов. Это важный вопрос для автомобильной промышленности. Согласно исследованиям Европейской ассоциации производителей автомобилей, на современные легковые автомобили, несмотря на повышение эффективности, по-прежнему приходится около 12,8% общих выбросов углекислого газа в Европейском союзе. Все более строгие правила и растущая осведомленность клиентов означают, что продукты, произведенные в соответствии с принципами устойчивого развития, больше не являются просто не очень важным, имиджевым дополнением к предложению. Для многих покупателей моторных масел соображения снижения их воздействия на окружающую среду становятся ключевыми при выборе продукта. Все более строгие правила и растущая осведомленность клиентов означают, что продукты, произведенные в соответствии с принципами устойчивого развития, больше не являются просто не очень важным, имиджевым дополнением к предложению. Для многих покупателей моторных масел забота о снижении воздействия на окружающую среду становится ключевым фактором при выборе продукта. 21 Литература 1. Луканин, В.Н. Двигатели внутреннего сгорания [Текст]: учебник. в 3 т. Т.1. Теория рабочих процессов / В.Н. Луканин, К.А. Мо-розов, А.С. Хачиян [и др.]; под ред.В.Н. Луканина. - М.: Высшая школа, 2009. - 368 с.: ил. 2. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей [Текст] / А.И. Колчин, В.П. Демидов. - М.: Высшая школа, 2003. 3. Сокол, Н.А. Основы конструкции автомобиля. Двигатели внутреннего сгорания [Текст]: учеб. пособие / Н.А. Сокол, С.И. Попов. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2010. 4. Орлин, А.С. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей [Текст] / под ред.А.С. Орлина и М.Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 2008. 5. Алексеев, В.П. Двигатели внутреннего сгорания: устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей [Текст] / В.П. Алексеев [и др.]. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2010. 22
