Автомобильные эксплуатационные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

смазка углеводород топливо дизельный

1. Строение углеводородов, изомерия углеводородов, предельные и непредельные углеводороды, их физические и химические свойства

2. Нормативные показатели качества дизельных топлив, характеризующие их эксплуатационные свойства

3. Требования к качеству и эксплуатационные свойства моторных масел

4. Эксплуатационные свойства пластичных смазок и методы их оценки



1. Строение углеводородов, изомерия углеводородов, предельные и непредельные углеводороды, их физические и химические свойства

Углеводороды -- органические соединения, состоящие исключительно из атомов углерода и водорода. Углеводороды считаются базовыми соединениями органической химии, все остальные органические соединения рассматривают как их производные.

Поскольку углерод имеет четыре валентных электрона, а водород -- один, простейший углеводород -- метан (CH₄).

При систематизации углеводородов принимают во внимание строение углеродного скелета и тип связей, соединяющих атомы углерода. В зависимости от строения углеродного скелета углеводороды подразделяют на ациклические и карбоциклические. В зависимости от кратности углерод-углеродных связей углеводороды подразделяют на предельные (алканы) и непредельные (алкены, алкины, диены). Циклические углеводороды разделяют на алициклические и ароматические.

Углеводороды, как правило, не смешиваются с водой, поскольку атомы углерода и водорода имеют близкую электроотрицательность, и связи в углеводородах малополярны. Для предельных углеводородов характерны химические реакции замещения, а для непредельных -- присоединения.

Основные источники углеводородов -- нефть, природные газы и каменный уголь.

ИЗОМЕРИЯ

ИЗОМЕРИЯ (греч. isos - одинаковый, meros - часть) - одно из важнейших понятий в химии, главным образом, в органической. Вещества могут иметь одинаковый состав и молекулярную массу, но различное строение и соединения, содержащие в своем составе одни и те же элементы в одинаковом количестве, но различающиеся пространственным расположением атомов или групп атомов, называют изомерами. Изомерия является одной из причин того, что органические соединения так многочисленны и разнообразны.

Изомерия была впервые обнаружена Ю.Либихом в 1823, который установил, что серебряные соли гремучей и изоциановой кислот: Ag-О-N=C и Ag-N=C=O имеют одинаковый состав, но разные свойства. Термин «Изомерия» в 1830 ввелИ.Берцелиус, предположивший, что различия в свойствах соединений одинакового состава возникают из-за того, что атомы в молекуле расположены в неодинаковом порядке. Представления об изомерии окончательно сформировались после создания A.M.Бутлеровым теории химического строения (1860-е). Основываясь на положениях этой теории, он предположил, что должно существовать четыре различных бутанола (рис. 1). К моменту создания теории был известен лишь один бутанол (СН₃)₂СНСН₂ОН, получаемый из растительного сырья.

Рис. 1 Изомеры бутанола

Последовавший затем синтез всех изомеров бутанола и определение их свойств стали убедительным подтверждением теории.

Согласно современному определению два соединения одинакового состава считают изомерами, если их молекулы нельзя совместить в пространстве так, чтобы они полностью совпадали. Совмещение, как правило, проделывают мысленно, в сложных случаях используют пространственные модели, либо расчетные методы.

Есть несколько причин возникновения изомерии.

СТРУКТУРНАЯ ИЗОМЕРИЯ

Обусловлена, как правило, различиями в строении углеводородного скелета либо неодинаковым расположением функциональных групп или кратных связей.

Изомерия углеводородного скелета.

Насыщенные углеводороды, содержащие от одного до трех атомов углерода (метан, этан, пропан), не имеют изомеров. Для соединения с четырьмя атомами углерода С₄Н₁₀ (бутан) возможно существование двух изомеров, для пентана С₅Н₁₂ - трех изомеров, для гексана С₆Н₁₄ - пяти (рис.2):

Рис. 2 Изомеры простейших углеводородов

С увеличением числа атомов углерода в молекуле углеводорода количество возможных изомеров резко возрастает. Для гептана С₇Н₁₆ существует девять изомеров, для углеводорода С₁₄Н₃₀ - 1885 изомеров, для углеводорода С₂₀Н₄₂ - свыше 366 000.

В сложных случаях вопрос о том, являются ли два соединения изомерами, решают, используя различные повороты вокруг валентных связей (простые связи это допускают, что в определенной степени соответствует их физическим свойствам). После перемещения отдельных фрагментов молекулы (не допуская при этом разрыва связей) накладывают одну молекулу на другую (рис. 3). Если две молекулы полностью совпадают, то это не изомеры, а одно и то же соединение:

Изомеры, отличающиеся структурой скелета, обычно имеют разные физические свойства (температура плавления, температура кипения и т.п.), что позволяет отделить один от другого. Изомерия такого типа существует и у ароматических углеводородов (рис. 4):

Рис. 4 Ароматические изомеры

Изомерия положения.

Другой вид структурной изомерии - изомерия положения возникает в тех случаях, когда функциональные группы, отдельные гетероатомы или кратные связи расположены в различных местах углеводородного скелета. Структурные изомеры могут принадлежать к разным классам органических соединений, поэтому они могут различаться не только физическими, но и химическими свойствами. На рис. 5 показаны три изомера для соединения С₃Н₈О, два из них - спирты, а третье - простой эфир

Рис. 5 Изомеры положения

Нередко различия в строении изомеров положения столь очевидны, что не требуется даже мысленно совмещать их в пространстве, например, изомеры бутена или дихлорбензола (рис. 6):

Рис. 6 Изомеры бутена и дихлорбензола

Иногда структурные изомеры сочетают признаки изомерии углеводородного скелета и изомерии положения (рис. 7).

Рис. 7 Сочетание двух видов структурной изомерии

В вопросах изомерии теоретические рассмотрения и эксперимент взаимосвязаны. Если рассмотрения показывают, что изомеров быть не может, то эксперименты должны показывать то же. Если вычисления указывают на определенное число изомеров, то их может быть получено столько же, или меньше, но не больше - не все теоретически рассчитанные изомеры могут быть получены, поскольку межатомные расстояния или валентные углы в предполагаемом изомере могут выходить за пределы допустимого. Для вещества, содержащего шесть групп СН (например, бензол), теоретически возможно 6 изомеров (рис. 8).

Рис. 8 Изомеры бензола

Первые пять из показанных изомеров существуют (второй, третий, четвертый и пятый изомеры были получены спустя почти 100 лет, после того, как было установлено строение бензола). Последний изомер, скорее всего, никогда не будут получен. Представленный в виде шестиугольника, он наименее вероятен, его деформации приводят к структурам в форме скошенной призмы, трехлучевой звезды, незавершенной пирамиды и сдвоенной пирамиды (незавершенному октаэдру). Каждый из этих вариантов содержит либо весьма различающиеся по величине связи С-С, либо сильно искаженные валентные углы (рис. 9):

Химические превращения, в результате которых структурные изомеры превращаются, друг в друга, называют изомеризацией.

Стереоизомерия возникает благодаря различному расположению атомов в пространстве при одинаковом порядке связей между ними.

Один из видов стереоизомерии цис-транс-изомерия (цис - лат. по одну строну, транс - лат. через, по разные стороны) наблюдается в соединениях, содержащих кратные связи или плоские циклы. В отличие от простой связи, кратная связь не позволяет вращать вокруг нее отдельные фрагменты молекулы. Для того чтобы определить тип изомера, через двойную связь мысленно проводят плоскость и далее анализируют то, как размещаются заместители относительно этой плоскости. Если одинаковые группы находятся по одну сторону плоскости, то этоцис-изомер, если по разные стороны - транс-изомер:

Рис. 10

Физические и химические свойства цис- и транс-изомеров иногда заметно отличаются, в малеиновой кислоте карбоксильные группы -СООН пространственно близки, они могут реагировать (рис. 11), образуя ангидрид малеиновой кислоты (для фумаровой кислоты такая реакция не идет):

Рис. 11 Образование ангидрида малеиновой кислоты

В случае плоских циклических молекул проводить мысленно плоскость не требуется, так как она уже задана формой молекулы, как, например, в циклических силоксанах (рис. 12):

Рис. 12 Изомеры циклосилоксана

В комплексных соединениях металлов цис-изомером называют соединение, у которого две одинаковые группы, из тех, что окружают металл, находятся рядом, в транс-изомере, они разделены другими группами (рис. 13):

Рис. 13 Изомеры комплекса кобальта

Второй вид стереоизомерии - оптическая изомерия возникает в тех случаях, когда два изомера, (в соответствии с определением, сформулированным ранее, две молекулы, не совмещаемые в пространстве) представляют собой зеркальное отражение друг друга. Таким свойством обладают молекулы, которые могут быть представлены в виде одиночного атома углерода, имеющего четыре различных заместителя. Валентности центрального атома углерода, связанного с четырьмя заместителями, направлены к вершинам мысленного тетраэдра - правильного четырехгранника (см. ОРБИТАЛЬ) и жестко закреплены. Четыре неодинаковых заместителя изображены на рис. 14 в виде четырех шариков с различающейся окраской:

Рис. 14 Атом углерода с четырьмя различными заместителями

Чтобы обнаружить возможное образование оптического изомера нужно (рис. 15) отразить молекулу в зеркале, затем зеркальное изображение следует взять как реальную молекулу, поместить под исходной таким образом, чтобы их вертикальные оси совпали, и повернуть вторую молекулу вокруг вертикальной оси так, чтобы красный шар верхней и нижней молекулы находились друг под другом. В результате совпадает положение только двух шаров, бежевого и красного (отмечено сдвоенными стрелками). Если повернуть нижнюю молекулу таким образом, чтобы совместились синие шары, то вновь совпадет положение только двух шаров - бежевого и синего (также отмечено сдвоенными стрелками). Все становится очевидным, если эти две молекулы мысленно совместить в пространстве, вкладывая одну в другую, как нож в ножны, красный и зеленый шар не совпадают:

При любой взаимной ориентации в пространстве двух таких молекул нельзя добиться полного совпадения при совмещении, согласно определению, это изомеры. Важно отметить, что если у центрального атома углерода не четыре, а только три различающихся заместителя (то есть, два из них одинаковы), то при отражении в зеркале такой молекулы оптический изомер не образуется, поскольку молекулу и ее отражение можно совместить в пространстве (рис. 16):

Помимо углерода, в роли асимметрических центров могут выступать другие атомы, у которых ковалентные связи направлены к углам тетраэдра, например, кремний, олово, фосфор.

Оптическая изомерия возникает не только в случае асимметрического атома, она также реализуется в некоторых каркасных молекулах при наличии определенного количества различных заместителей. Например, каркасный углеводород адамантан, имеющий четыре различных заместителя (рис. 17), может иметь оптический изомер, при этом вся молекула играет роль асимметрического центра, что становится очевидным, если каркас адамантана мысленно стянуть в точку. Аналогично, силоксан, имеющий кубическую структуру (рис. 17), также становится оптически активным в случае четырех различных заместителей:

Рис. 17 Оптически активные каркасные молекулы

Возможны варианты, когда молекула не содержит асимметрического центра даже в скрытом виде, но может быть сама в целом несимметрична, при этом тоже возможны оптические изомеры. Например, в комплексном соединении бериллия два циклических фрагмента расположены во взаимоперпендикулярных плоскостях, в таком случае достаточно двух различных заместителей для получения оптического изомера (рис. 18). Для молекулы ферроцена, имеющего форму пятигранной призмы, для той же цели нужно три заместителя, атом водорода в этом случае играет роль одного из заместителей (рис. 18):

Рис. 18 Оптическая изомерия несимметричных молекул

В большинстве случаев структурная формула соединения позволяет понять, что именно следует в ней изменить, чтобы сделать вещество оптически активным.

При синтезах оптически активных стереоизомеров обычно получают смесь право- и левовращающих соединений. Разделение изомеров проводят путем взаимодействия смеси изомеров с реагентами (чаще природного происхождения), содержащих асимметрический реакционный центр. Некоторые живые организмы, в том числе бактерии, преимущественно усваивают левовращающие изомеры.

В настоящее время разработаны процессы (называемые асимметрическим синтезом), позволяющие целенаправленно получать определенный оптический изомер.

Непредельные углеводороды -- углеводороды с открытой цепью, в молекулах которых между атомами углерода имеются двойные или тройные связи.

Классификация

К непредельным углеводородам принадлежит несколько гомологических рядов: этилена (алкены), ацетилена (алкины), диены.

· Ряд этилена (алкены) общая формула С_nН_2n. Число связей: одна двойная связь.

· Диеновые углеводороды (алкадиены) общая формула С_nН_2n-2. Число связей: две двойные связи.

· Ряд ацетилена (алкины) общая формула С_nH_2n-2. Число связей: одна тройная связь.

Как и для предельных углеводородов, для непредельных характерна структурнаяизомерия. Существует межклассовая изомерия между алкенами и циклоалканами, между алкинами и алкадиенами.

Физические свойства

Низшие представители являются газами, более сложные -- жидкости, а затем -- твёрдые вещества с возрастающими температурами плавления и кипения. Для большинства характерен сильный запах.

Химические свойства

В отличие от предельных углеводородов, очень реакционноспособны, вступают вреакции присоединения по двойным и тройным связям в открытой цепи. Они, например, присоединяют бром, легко окисляются раствором перманганата калия. Для многих непредельных углеводородов характерны реакции полимеризации.

Получение

Могут быть получены из предельных путём каталитического отщепления водорода (реакция дегидрирования, или дегидрогенизации). Например, из этана, содержащегося в попутном нефтяном газе, получают этилен, из бутана -- бутадиен; изопрен может быть получен дегидрированием изопентана. Непредельные углеводороды образуются из предельных при крекинге нефтяных продуктов.

2. Нормативные показатели качества дизельных топлив, характеризующие их эксплуатационные свойства

Дизельное топливо предназначено для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением рабочей смеси от сжатия (дизелей). Представляет смесь углеводородов керосиновой, газойлевой и соляровой фракций, получаемых в результате перегонки нефти, с температурой кипения 180-360°С и плотностью 0,79-0,86 г/см3.

Качество дизельного топлива

Важнейшими эксплуатационными показателями качества дизельных топлив являются воспламеняемость, фракционный состав, температуры помутнения и застывания, коксуемость и т.п.

Воспламеняемость

Воспламеняемость - важнейшее свойство дизельного топлива. Определяется периодом задержки самовоспламенения (ПЗС), который складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешение паров топлива с воздухом (физическая составляющая), и времени, необходимого для завершения химических реакций и формирования очагов самовоспламенения (химическая составляющая). Температура самовоспламенения - наименьшая температура, при которой топливо самовоспламеняется без открытого источника огня. Чем ниже температура самовоспламенения дизельного топлива, тем меньше период задержки воспламенения (ПЗВ), тем равномернее процесс сгорания и мягче работа двигателя. Процессу самовоспламенения горючей смеси в дизеле предшествует интервал времени - период задержки воспламенения, который продолжается от начала подачи топлива в камеру сгорания (КС) до момента его воспламенения. За время ПЗВ происходит целый ряд физико-химических процессов: распыление топлива, перемешивание его с воздухом, нагревание до температуры сжатого воздуха и испарение. Одновременно с этими процессами протекают сложные химические реакции многостадийного окисления углеводородов. В горючей смеси образуются неустойчивые кислородосодержащие соединения, альдегиды и т.п., которые затем распадаются. Распад сопровождается выделением части (10-15%) тепла и слабым холодным голубым свечением. В результате предпламенных реакций выделяется теплота, повышается температура горючей смеси, увеличивается скорость химических реакций, холоднопламенный процесс переходит в горючепламенный, происходят самовоспламенение и горение топлива. Дизельное топливо состоит в основном из парафиновых (П), нафтеновых (Н) и ароматических (А) углеводородов. Наиболее склонны к окислению и самовоспламенению парафиновые углеводороды. Наиболее устойчивые к окислению ароматические углеводороды. Если ПЗВ слишком велик, то смесь воспламеняется с опозданием, при этом в цилиндре дизеля накапливается и воспламеняется большая порция топлива. Это вызывает резкое нарастание давления, возникают стуки, т. е. дизель работает "жестко", увеличиваются износ деталей, прорыв газов в картер двигателя, расход топлива и др.

Оценкой самовоспламеняемости топлива в дизеле является цетановое число (ЦЧ), зависящее главным образом от химического состава топлива. Значение ЦЧ дизельного топлива равно содержанию цетана (в процентах от объема) в смеси с альфаметилнафталином, эквивалентной по воспламеняемости испытуемому топливу. Моторный метод определения ЦЧ дизельного топлива по методу совпадения вспышек проводится на специальной дизельной одноцилиндровой установке ИТ9-3 или ИТ9-3М с переменной степенью сжатия при стандартных условиях (ГОСТ 3122-67). Испытание заключается в сравнении самовоспламеняемости испытуемого дизельного топлива и эталонного. Подбирают смесь соответствующего состава до тех пор, пока воспламеняемость испытуемого топлива совпадет с известной для эталонного.

Фракционный состав

Фракционный состав наряду с цетановым числом является одним из наиболее важных показателей качества дизельного топлива. Он оказывает влияние на расход топлива, дымность выпуска, легкость пуска двигателя, износ трущихся деталей, нагарообразование и закоксовывание форсунок, пригорание поршневых колец. Влияние фракционного состава топлива на рабочий процесс дизеля во многом зависит от типа смесеобразования в двигателе. Чем выше давление, температура и интенсивность вихревого движения заряда в камере сгорания двигателя, тем меньше сказывается влияние фракционного состава топлива на процесс сгорания. Для быстроходных дизелей требуется топливо более легкого фракционного состава, чем для тихоходных.

О фракционном составе дизельного топлива судят по результатам перегонки топлива, осуществляемой в лабораторных условиях на стандартной аппаратуре. Наиболее важными точками фракционного состава являются значения температуры выкипания 10, 50, 90 и 96% топлива. Температура выкипания 10% топлива характеризует наличие легких фракций топлива, которые определяют его пусковые свойства. За температуру начала кипения (tн.к) принимают температуру пара, при которой в холодильник стандартного прибора падает первая капля конденсата. Для нормального запуска холодного двигателя необходимо, чтобы температура выкипания 10% топлива была не выше 140-160°С. Температура выкипания 50% топлива (средняя испаряемость) характеризует рабочие фракции топлива, которые обеспечивают прогрев, приемистость и устойчивость работы двигателя, а также плавность перехода с одного режима на другой. Для обеспечения нормальной работы двигателя эта точка должна лежать в пределах 250-280°С. Полнота испарения топлива в двигателе характеризуется температурой выкипания 90% и 96% топлива. При слишком высоких значениях этих температур хвостовые фракции не успевают испаряться, они остаются в жидкой фазе в виде капель и пленки, которые, стекая по стенкам цилиндра, приводят к повышенному нагарообразованию, разжижению масла и форсированному износу. Температура выкипания 90% для летних топлив обычно находится в пределах 320-340°С, а 96% - в пределах 340-360°С.

Температуры помутнения и застывания

Важными эксплуатационными характеристиками дизельного топлива также являются его низкотемпературные свойства, характеризующие подвижность топлива при отрицательной температуре. В дизельном топливе содержатся растворенные парафиновые углеводороды, которые при понижении температуры кристаллизуются. Низкотемпературные свойства оцениваются по значениям температуры помутнения и застывания.

Температура помутнения - это температура, при которой меняется фазовый состав топлива, так как наряду с жидкой фазой появляется твердая. При этой температуре топливо в условиях испытания начинает мутнеть. При помутнении дизельное топливо не теряет текучести. Размеры кристаллов таковы, что они проходят через элементы фильтров тонкой очистки, образуя на них тонкую парафинистую пленку. Нарушение подачи топлива из-за его помутнения возможно при пуске и прогреве дизеля. Для обеспечения нормальной эксплуатации двигателя необходимо, чтобы температура помутнения дизельного топлива была ниже температуры окружающего воздуха.

Температура застывания - это температура, при которой топливо полностью теряет подвижность. Температура застывания ниже температуры помутнения на 5-10°С. При понижении температуры растущие кристаллы парафиновых углеводородов образуют пространственную решетку, внутри ячеек которой находятся жидкие углеводороды топлива. При температуре застывания топлива кристаллическая структура настолько упрочняется, что топливо теряет текучесть и приобретает студнеобразный вид. Для обеспечения нормальной работы дизельного двигателя необходимо, чтобы температура застывания топлива была на 8-12°С ниже температуры окружающего воздуха.

Коксуемость топлива

Одно из важных эксплуатационных свойств дизельного топлива характеризуется чистотой двигателя и топливоподающей аппаратуры. При сгорании топлива в двигателе образуются нагар на стенках камеры сгорания и впускных клапанах, а также отложения на распылителях и иглах распылителей форсунок. На стенках камеры сгорания, днищах поршней и выпускных клапанах нагар твердый, темного цвета, а на распылителях и иглах распылителей форсунок он мягкий, смолистый, желтоватого цвета, иногда в виде лаковой светло-коричневой пленки. Отложение нагара на стенках камеры сгорания ухудшает отвод теплоты в систему охлаждения двигателя, а на выпускных клапанах приводит к их закоксовыванию и, следовательно, неправильной посадке тарелки клапана на седло. В результате такой неисправности раскаленные газы утекают, и посадочные поверхности клапана и седла обгорают; в отдельных случаях возможно зависание клапана. Нагарообразование в двигателе зависит от следующих показателей применяемого дизельного топлива: коксуемости, содержания фактических смол и серы, фракционного состава, количества непредельных и ароматических углеводородов и зольности.

Коксуемость - это свойство топлива при нагревании без доступа воздуха образовывать углистый осадок - кокс. Коксуемость определяют для 10%-ного остатка после предварительной перегонки дизельного топлива. Коксуемость 10%-ного остатка топлива зависит от его фракционного состава и содержания смолисто-асфальтовых соединений и для дизельного топлива должна быть не более 0,3%. Повышение значения этого показателя вызывает увеличение нагара в двигателе.

Нормативы качества дизельных топлив и тенденции их изменения

Топлива для дизельных двигателей автомобилей вырабатываются в России в основном по ГОСТ 305-82 в виде трех марок: "Л" - летнее, применяемое при температуре воздуха выше 0°С; "3" - зимнее, двух видов: для применения до -20°С и для применения до -30°C; "А" - арктическое, применяемое до -50°С. Топлива характеризуются следующими основными показателями: цетановое число - не менее 45, содержание серы - не менее 0,50 или 0,20% для разных видов, температура застывания от "не менее минус 55" для арктического до "не менее минус 10" для летнего, плотность от "не более 0,830 г/см3" для арктического до "не более 0,860 г/см3" для летнего топлив, содержание полиароматических соединений и смазывающая способность топлив - не нормируются. В значительно меньших количествах выпускаются дизельные топлива по различным ТУ. Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками (ДЗП) по ТУ 38.101889 получают на базе летнего топлива добавлением незначительного количества присадок. Данное топливо рекомендуется к применению при температуре воздуха не ниже -15°С. Обладает недостатком: склонно при охлаждении топлива ниже определенной температуры или при длительном его хранении к осаждению парафинов на дно емкости, что затрудняет его дальнейшее использование. По остальным характеристикам подобно летнему топливу по ГОСТ 305-82. Экологически чистое дизельное топливо по ТУ 38.1011348-2003. По данным ТУ выпускают топлива летнее марки ДЛЭЧ, зимнее марки ДЗЭЧ и арктическое марки ДАЭЧ. В сравнении с ГОСТ 305 характеризуются установлением 5 видов с более низким содержанием серы: от "не более 0,10 массовых %" до "не более 0,001 массовых %". По содержанию серы экологически чистые топлива полностью соответствуют требованиям как действующего, так и будущего европейского стандарта по содержанию серы в дизельных топливах.

Европейские требования к качеству дизельных топлив более жесткие, чем российские. Так требования EN-590 1993 года отличаются от требований ГОСТ 305-82 более высокими требованиями к цетановому числу "не менее 49". Общемировая тенденция изменения требований к качеству дизельных топлив следующая: увеличение цетанового числа, уменьшение плотности и содержания серы, нормирование полиароматических соединений. С 2000 года в Европе действуют нормы Евро-3, устанавливающие требования по цетановому числу "не менее 51", по сере "не более 0,035 массовых %", плотности "не более 0,845 г/см3" при нормировании содержания полиароматических соединений "не более 11% объёма". Эти требования реализованы и в российских ТУ 38.40158296. В 2004-5 гг. в Европе вводятся требования Евро-4, дополнительно снижающие норматив по содержанию серы до "не более 0,005 массового %".



3. Эксплуатационные свойства моторных масел и требования к их качеству

Основные условия работы моторных масел в двигателях.

Одним из важнейших параметров, определяющих условия работы масла, является литровая мощность двигателя, с увеличением которой возрастают тепловая и динамическая напряженность деталей, прорыв отработавших газов в картер, ускоряющих процессы старения масла. У наиболее форсированных дизелей литровая мощность превышает 20-22 кВт/л.

Мощность двигателей повышают в основном следующими путями - увеличением среднего эффективного давления и частоты вращения коленчатого вала.

У дизелей без наддува среднее эффективное давление составляет 0,6-0,7 МПа, с турбонаддувом - 0,8-1,2 МПа. Частота вращения автотракторных дизельных двигателей достигает 2600 мин~1, а легковых автомобилей * еще больше.

Серьезное влияние на работу масла оказывают температуры деталей двигателя. Интервал температур, при котором приходится работать маслу в двигателях, достаточно широк. В зимних условиях перед пуском температура масла в картере и в узлах трения снижается до минус 30° С и ниже, а при работе в номинальном режиме температура масла в картере достигает 110° С и выше, в подшипниках коленчатого вала 150° С, в зоне поршневых колец 250-300° С. При низких температурах кристаллизуются парафиновые углеводороды и возрастает вязкость масла, что усложняет пуск двигателя.

По мере прогрева и увеличения нагрузки двигателя температура возрастает, особенно в зоне цилиндропоршневой группы (ЦПГ), где интенсивно идут процессы окисления и полимеризации углеводородов масла и срабатывания присадок. Часть масла выгорает, попадая в зону камеры сгорания. Другая часть неполностью сгоревшего масла и топлива в виде сажи попадает на днище поршня, головку цилиндра, в систему смазки вместе с газами. В итоге образуются углеродистые отложения на деталях двигателя, закоксовываются поршневые кольца, засоряются системы очистки масла. Окисление масла и срабатывание присадок прежде всего зависят от рабочих температур ЦПГ двигателя.

Многочисленные исследования позволили определить основные критерии жесткости условий работы масла в двигателе:

1.Тепловая напряженность деталей ЦПГ.

2.Удельный объем масла в смазочной системе.

3.Давление наддува.

4.Способ охлаждения двигателя.

5.Содержание серы в топливе.

6.Периодичность замены масла.

7.Техническое состояние двигателя.

Под моющими свойствами моторных масел следует понимать их способность уменьшать образование нагаролакоотложения в двигателях. Высококачественные «масла получают главным образом путем добавления к ним моющедиспергирующих присадок как металлосодержащих, так и беззольных. Некоторые из моющих присадок могут проявлять и другие свойства: антиокислительные, противокоррозионные и т.д. Особенностью беззольных присадок является высокая адсорбционная способность, благодаря чему продукты загрязнения удерживаются во взвешенном мелкодисперсном состоянии.

8 связи с повышением степени форсирования ДВС, тенденцией к увеличению ресурса их работы потребность в моющедиспергирующих присадках постоянно растет. Основные их функции:

стабилизировать нерастворимые продукты окисления и сажистые частицы в тонкодисперсном состоянии, не допуская укрупнения этих частиц, их выпадения из масла и отложения на деталях двигателя;

диспергировать уже образовавшиеся крупные частицы и переводить их в мелкодисперсное состояние;

солюбилизировать (переводить в коллоидный раствор) продукты окисления;

нейтрализовать кислые продукты, образующиеся при сгорании сернистого топлива и окисления масла.

Одним из важных требований, предъявляемых к моторным маслам, является их стабильность против окисления кислородом воздуха при повышенных температурах. В некоторых случаях в присутствии металлических частиц окисление углеводородов значительно ускоряется. В частности, медь действует как сильный катализатор окислительной реакции деструкции масла. Реакции окисления масла имеют сложный характер: на первой стадии образующиеся продукты - неустойчивые гидроперекиси - быстро разлагаются на органические соединения: кетоны, альдегиды, спирты и кислоты.

4. «Эксплуатационные свойства пластичных смазок и методы их оценки»

К основным эксплуатационным характеристикам пластичных смазок относятся: пенетрация (проникновение), предел прочности, эффективная вязкость, коллоидная стабильность, температура каплепадения, механическая стабильность, водостойкость, термоупрочнение, испаряемость, химическая стабильность, противокоррозионные и защитные свойства.

Пенетрация (проникновение) - характеризует консистенцию (густоту) смазки по глубине погружения в нее конуса стандартных размеров и массы. Пенетрация измеряется при различных температурах и численно равна количеству миллиметров погружения конуса, умноженному на 10.

Предел прочности соответствует минимальному удельному напряжению, при котором происходит разрушение каркаса смазки в результате сдвига одного ее слоя относительно другого.

Этот показатель характеризует способность смазок удерживаться в узлах трения, противостоять сбросу с движущихся деталей под влиянием инерционных сил и удерживаться на наклонных и вертикальных поверхностях, не стекая и не сползая. При напряжении сдвига выше предела прочности смазки начинают течь.

Предел прочности смазки зависит от температуры (с ее повышением он чаще всего снижается) и скорости приложения силы. При невысоком пределе прочности смазки плохо удерживаются в негерметизированных узлах трения, а при высоком -- не поступают к трущимся поверхностям даже при достаточном количестве смазочного материала в механизме.

При рабочей температуре узла предел прочности не должен превышать 300-500 Па, а минимальное его значение при наибольшей температуре в рабочей зоне должно быть не ниже 100-200 Па. При температуре 20 °С предел прочности должен быть равен 300-1500 Па.

Предел прочности определяют на приборе, называемом пластомером.

Вязкость пластичных смазок из-за значительной зависимости показателя вязкости от скорости деформации определяется показателем «эффективная вязкость», которая подразумевает способность Ньютоновской жидкости оказывать при данном режиме течения такое же сопротивление сдвигу, как и смазка.

Когда смазка начинает течь подобно жидкости (после разрушения связей структурного каркаса) при постоянной температуре с увеличением скорости течения, которая измеряется в с^-1, вязкость смазки понижается в 100-1000 раз. Вязкость и вязкостно-температурные характеристики пластичных смазок определяют при скорости течения 10 с^-1.

Вязкостные характеристики относятся к важнейшим эксплуатационным показателям пластичных смазок. Пусковые характеристики механизмов, потери при работе различных узлов трения во многом зависят от вязкости смазок, которая в условиях минимальной рабочей температуры и скорости деформации 10 с^-1 не должна превышать 15-20 МПа с.

Вязкостные свойства смазок при температурах от -70 °С до 100 °С определяют на автоматических капилярных вискозиметрах АКБ, в которых смазка при помощи пружины продавливается с переменной скоростью через капилляр.

Коллоидная стабильность -- это способность смазки сопротивляться отделению (опрессовыванию) жидкого масла при хранении и в процессе применения.

Опрессовывание масла из смазки увеличивается и ускоряется с повышением температуры, с ростом одностороннего давления на смазку, под действием центробежных сил, в сужениях мазепроводов на входе в фильтры и в других аналогичных местах.

Для оценки коллоидной стабильности смазок используют приборы, в кс торых смазка опрессовывается под действием постоянного груза или сжатого воздуха.

Температура каплепадения соответствует температуре, при которой падает первая капля смазки, помещенной в капсюле специального прибора, нагреваемого в стандартных условиях. Она зависит в основном от типа загустителя и в меньшей степени от его концентрации.

Во избежание вытекания смазки из узла трения температура каплепадения должна превышать температуру трущихся деталей на 15-20 °С.

Механическая стабильность характеризует тиксотропные свойства, т.е. способность смазок практически мгновенно восстанавливать свою структуру (каркас) после выхода из зоны непосредственного контакта трущихся деталей. Благодаря этому уникальному свойству смазка легко удерживается в негерметизированных узлах трения.

Смазки с низкой механической стабильностью быстро разрушаются, разжижаются и вытекают из узлов трения. Это опасно особенно в тех узлах, где в процесс деформирования вовлекается весь запас смазки (подшипники скольжения, шарниры, плоские опоры и т.п.). Механически нестабильные смазки достаточно хорошо работают только в надежно герметизированных узлах трения, если их вытеканию из узла препятствуют специальные уплотнительные устройства или капиллярные силы.

Полноценная смазка не должна значительно изменять свои свойства ни в процессе работы (деформации), ни при последующем отдыхе. Если смазка при отдыхе после разрушения сильно затвердевает, то она перестает поступать к рабочим поверхностям, и работа узла трения затрудняется.

Механическую стабильность смазки определяют на тиксометре, измеряя пределы ее прочности до и после разрушения смазки.

Водостойкость смазки определяется: устойчивостью к растворению в воде, способностью поглощать влагу, проницаемостью смазочного слоя парами влаги, смываемостью водой со смазываемых поверхностей и др.

Растворимость смазки в воде зависит в основном от природы загустителя. Наилучшей водостойкостью обладают смазки с углеводородным загустителем, водостойкость кальциевых смазок удовлетворительна, и только смазки на натриевых и калиевых мылах хорошо растворимы в воде.

Растворимость смазок определяют только качественно по изменению внешнего вида комка смазки в холодной (при 20 °С в течение 24 ч) и кипящей (в течение 1 ч) воде. Если температура плавления смазки ниже 100 °С, испытания в кипящей воде не проводятся.

Термоупрочнение характеризует изменение свойств смазок при нагревании и последующем охлаждении.

Большинство смазок после нагрева до температуры на 50-60 °С ниже температуры их плавления и последующего охлаждения не меняют свои свойства. Однако у некоторых смазок после кратковременного нагрева и последующего охлаждения предел прочности повышается в 10-100 раз. Такие смазки перестают поступать к рабочим поверхностям.

Склонность смазки к термоупрочнению определяют на приборе-прочномере СК путем измерения ее пределов прочности до и после выдержки при повышенных температурах.

Испаряемость смазок, определяемая летучестью жидкой среды, достаточно высокая, хотя давление их насыщенных паров при обычных эксплуатационных температурах невелико.

Из-за увеличения скорости испарения жидкой среды повышается вязкость смазки, и ухудшаются низкотемпературные свойства, а при высыхании -- уменьшается адгезия к металлу.

Испаряемость оценивают потерей массы смазки в нормированных условиях.

Химическая стабильность оценивается стойкостью смазки к окислению кислородом воздуха.

Окисление приводит к изменению кислотного числа и уменьшению предела прочности на сдвиг, как правило, при повышенных температурах (более 100°С). Кроме того, смазки окисляются из-за возможной коррозии металлических поверхностей деталей узла трения.

Оценку химической стабильности смазки производят по увеличению ее кислотного числа. Для этого смазку толщиной слоя 1 мм окисляют на медной пластине при повышенной температуре 120 °С.

Противокоррозионные свойства смазок характеризуют их коррозионное воздействие на металлические поверхности деталей узла трения. Если свежие смазки обладают устойчивыми противокоррозионными свойствами, то в процессе их применения или после длительного хранения их свойства ухудшаются.

Для оценки противокоррозионных свойств металлические пластинки погружают в смазку и затем осматривают их поверхности после выдержки в течение определенного времени при повышенной температуре.

Защитные (консервационные) свойства определяют способность смазки предохранять трущиеся металлические поверхности от коррозионного воздействия внешней среды (вода, растворы солей и др.).

Консервационные свойства смазок определяются и зависят от следующих факторов: способности удерживаться на поверхности металла, не стекая; коллоидной и химической стабильности; водостойкости и воздухопроницаемости. Пленка консервационной смазки толщиной около 0,01 мм может предотвращать коррозию металла в условиях 100-процентной относительной влажности в течение многих месяцев, а иногда и лет.

При оценке защитных свойств смазок по ГОСТ 9.054-75 металлические пластинки, покрытые слоем смазки, выдерживают в определенных условиях над водой в эксикаторе или в камере влажности.



Список литературы

1.В.А. Каня, В.С. Пономаренко «Автомобильные эксплуатационные материалы» г.Омск СибАДИ 2012.

2. В.А. Лиханов, О.П. Лопатин «Конструкционно-ремонтные материалы». Киров 2005.

3. В.А. Лиханов, Р.Р. Деветьяров, А.В. Россохин « работы по эксплуатационным материалам». ВГСХА Киров 2008.

4. Л.С. Васильева «Автомобильные эксплуатационные материалы» 2003.

5. http://sofia-color.ru/prays-list.html.

6. http://www.aga-automag.ru/.

7. http://www.toplivka.ru/.

8. http://www.tnk-oil.ru/about.

9. http://www.promexport-nn.ru/.

Размещено на Allbest.ru