Вязкостно-температурные свойства. Резкое увеличение вязкости с понижением температуры повышает момент сопротивления провертыванию и уменьшает частоту вращения коленчатого вала, вследствие чего пуск двигателя становится крайне затруднительным.

Для современных двигателей различной конструкции предельные значения вязкости масел, при которых их пусковая система не обеспечивает провертывание коленчатого вала с требуемой для пуска частотой вращения, изменяются в пределах 4000--10000 мм²/с. Применение масел с пологой вязкостно-температурной характеристикой значительно понижает минимальную температуру пуска холодных двигателей.

С понижением температуры окружающей среды и повышением вязкости масла увеличивается время от начала пуска двигателя до подачи масла к трущимся деталям и достижения регламентированного давления в масляной магистрали. В этот период холодное высоковязкое масло с трудом "проходит через фильтр, впадины шестерен масляного насоса не полностью заполняются маслом, и его количество в масляной магистрали оказывается недостаточным. При масляном “голодании” отмечается повышенный износ деталей, а в отдельных случаях -- выход двигателей из строя. Для обеспечения прокачиваемостй и надежного пуска двигателя вязкость масла при --30 °С не должна превышать 2500--5000 мПа-с. В то же время при работе двигателя с высокими рабочими температурами масло должно сохранять достаточную вязкость, чтобы гарантировать наличие устойчивой смазочной пленки между трущимися поверхностями деталей. Так, для обеспечения работоспособности узлов трения современных высокооборотных автомобильных двигателей вязкость масла при его максимальных температурах в картере должна быть не менее 7--10 мм²/с, а вязкость гидродинамической масляной пленки в местах трения при их наивысших рабочих температурах не должна снижаться ниже 3--5 мм²/с. Ввиду высокой тепловой и механической напряженности работы современных автомобильных двигателей в них целесообразно применение масел повышенной вязкости при 100 °С. Если раньше в двигателях легковых автомобилей применялись обычно масла с вязкостью около 8 мм²/с при 100 °С, то в настоящее время, как правило, используют масла с вязкостью 10--12 мм²/с и выше при 100 °С.

Применение масел с повышенной вязкостью (порядка 12--14 мм²/с при 100 °С) позволяет существенно уменьшить износ деталей двигателя, а также снизить расход масла на угар. Поэтому в форсированных карбюраторных автомобильных двигателях целесообразно применение летних или всесезонных сортов масел с вязкостью 10--12, а в дизельных-- 12--14 мм²/с при 100 °С.

Однако следует учитывать, что слишком высокое значение исходной вязкости затрудняет пуск, увеличивает механические потери в двигателе и повышает расход топлива. Так, повышение вязкости масла при 100 °С с 7 до 17 мм²/с вызывает падение эффективной мощности двигателя и увеличивает расход топлива до 5 %. Наиболее целесообразно применять загущенные всесезонные масла, вязкостные характеристики которых обеспечивают надежную работу двигателя в широком интервале его рабочих температур.

Эти масла получают путем загущения маловязкой масляной основы, например, с вязкостью 3--5 мм²/с при 100 °С, присадками, способными повышать исходную вязкость масла, а также уменьшать скорость изменения вязкости с температурой.

В качестве таких присадок широкое практическое применение получили полимерные соединения: полиизобутилен, полиметакрилаты, полиал-килстиролы и т. д.

Загущенные моторные масла позволяют получить существенный экономический эффект при эксплуатации автомобильной техники вследствие экономии топлива, увеличения долговечности деталей двигателя и увеличения сроков службы масел. Экономия топлива при работе на загущенных маслах составляет, как правило: до 5 % при длительных пробегах и до 15 % при коротких пробегах в зимнее время (с частыми пусками). Уменьшение времени пуска холодного двигателя на загущенных маслах и их быстрое поступление к трущимся поверхностям (хорошая прокачиваемость) обеспечивает снижение пускового износа. Загущенные масла при рабочих температурах двигателей сохраняют более высокую вязкость, чем у обычных зимних незагущенных масел. Поэтому загущенные масла могут применяться всесезонно (летом и зимой) и иметь повышенный срок службы до замены.

В нашей стране целесообразно применять для двигателей легковых автомобилей загущенные масла следующих вязкостных классов: в холодных климатических зонах -- М-4₃/8, М-4₃/10; в средней полосе страны -- М-5₃/10, М-6₃/12; в южных районах--М-6₃/14.

Недостатком некоторых полимерных присадок (полиизобутилена, полиметакрилата) является их невысокая термическая и механическая стабильность. В результате при длительной работе эти присадки могут подвергаться разрушению (деструкции). Следствием этого является необратимое падение вязкости масла, что ухудшает его эксплуатационные показатели, вызывает повышенный расход масла и нарушение работы двигателя.

При определенном понижении температуры масло теряет подвижность, т. е. застывает. Это происходит вследствие возрастания вязкости (вязкостное застывание) и повышения концентрации в масле дисперсной фазы (взвеси парафинов и церезинов), образующей при понижении температуры кристаллы (структурное застывание).

Для понижения температуры застывания масла в него вводят де-прессорные присадки. Эти присадки представляют собой поверхностно-активные вещества. Действие депрессора на масло объясняется тем, что его частицы постоянно находятся во взвешенном тонкодисперсном состоянии и адсорбируются мелкими кристаллами парафинов. В результате изменяется характер кристаллизации -- прекращается рост кристаллов, образуется непрочная кристаллическая решетка и масло сохраняет подвижность.

Товарные депрессорные присадки при введении в масло в количестве 0,5 % снижают температуру застывания масла на 17--24 °С.

Антиокислительные и антикоррозионные свойства. Важной эксплуатационной характеристикой моторных масел является их стабильность против окисления кислородом воздуха при повышенных температурах. Этот показатель характеризует склонность масла к образованию растворимых и нерастворимых в нем продуктов окисления. Накопление нерастворимых продуктов ведет к образованию углеродистых отложений в двигателе, растворимые продукты окисления главным образом определяют коррозионную агрессивность масла.

Наиболее эффективный способ повышения антиокислительных и антикоррозионных свойств моторных масел -- добавление к ним специальных присадок (дитиофосфатов металлов, фенолов, аминов и т. д.)

Антиокислители по механизму действия делят на присадки, тормозящие образование активных радикалов в начальной стадии цепного окисления, и на вещества, не только тормозящие образование активных радикалов, но и разлагающие уже образовавшиеся пероксиды, переводящие их в стабильное к окислению состояние, не давая тем самым распространяться цепной реакции. К антиокислительным присадкам относят также вещества, уменьшающие активность каталитического действия металлов, их оксидов и солей на процесс окисления,-- пассиваторы (металлов, являющиеся одновременно и антикоррозионными присадками). Пассиваторы образуют на поверхности металлов стойкие адсорбционные или химически связанные пленки и, таким образом, не допускают каталитического воздействия металлов на процесс окисления, обеспечивают защиту металла от коррозионного действия продуктов окисления.

К антикоррозионным присадкам относятся главным образом органические соединения, содержащие в молекуле серу или фосфор или оба эти элемента и способные образовать на поверхности металла стойкие защитные пленки, предохраняющие подшипники и другие детали двигателя от коррозии.

Для предотвращения коррозионного действия продуктов окисления, и главным образом нейтрализации коррозионно-агрессивных продуктов сгорания сернистых топлив, в масла вводят также щелочные присадок и (например, сульфонаты). С увеличением в масле концентрации нейтрализующих (щелочных) присадок заметно снижается коррозионный износ деталей цилиндропоршневой группы.

Моюще-диспергирующие свойства. Для снижения интенсивности загрязнения деталей двигателя углеродистыми отложениями в моторные масла вводят моюще-диспергирующие присадки: зольные -- сульфонаты, феноляты, салицилаты металлов (бария, кальция, магния, и т.д.), а также беззольные (чисто органические соединения) -- сукцинимиды, сополимерные продукты и т. д. Под моющим эффектом, как правило, понимают способность масла препятствовать прилипанию загрязняющих примесей к поверхности деталей двигателя, под диспергирующей способностью -- свойства масла препятствовать укрупнению частиц загрязняющих примесей и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии.

Действие моюще-диспергирующих присадок основано на их способности:

· стабилизировать нерастворимые продукты окисления углеводородов топлива и масла в тонкодисперсном состоянии, не допуская укрупнения этих частиц, их выпадения из масла и оседания на деталях двигателя;

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

· переводить в коллоидный раствор (солюбилизировать) продукты окисления на разных стадиях процесса окислительной полимеризации масла;

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

Моющий эффект проявляется в результате адсорбции мицелл присадок на металлических поверхностях деталей и формирования на них или на границе твердое тело -- масло двойного электрического слоя. Этот слой обладает экранирующим (отталкивающим) действием и препятствует образованию отложений.

Стабилизирующую способность моюще-диспергирующих присадок объясняют их ориентацией вокруг продуктов загрязнения и созданием адсорбционных слоев на нерастворимых в масле частицах.

Совокупность свойств, придаваемых маслу моюще-диспергирующими присадками, позволяет предохранить детали двигателя от их чрезмерного загрязнения различными видами отложений (лаки, нагары, шламы).

Действие диспергирующих присадок особенно заметно проявляется при работе двигателей на низкотемпературных режимах, при резкой интенсификации процессов загрязнения масла. В частности, при использовании масла М-8А (АС-8) в двигателе ГАЗ-24 при городской езде загрязнение бумажного полнопоточного фильтрующего элемента происходило через 3000--4000 км пробега автомобиля; переход на масла группы Г₁, имеющие в своем составе эффективные диспергирующие присадки, увеличил срок службы фильтрующих элементов в 3--4 раза.

Потеря диспергирующего эффекта в процессе работы масла в двигателе неизбежно сказывается на интенсификации загрязнения масла и деталей. Поэтому моюще-диспергирующие свойства являются основными в определении качества моторных масел и момент начала их снижения может служить сигналом для замены масла.

Противоизносные и противозадирные свойства. Износ деталей двигателей внутреннего сгорания является результатом механических воздействий или химических превращений, возникающих на их трущихся поверхностях. Максимальное снижение износа деталей можно обеспечить разделением трущихся поверхностей прочным слоем масла. Однако в реальных условиях эксплуатации это не всегда представляется возможным. В этих случаях степень износа можно снизить, регулируя химический состав масла и содержание в нем поверхностно-активных веществ, определяющих прочность смазочной пленки.

С этой целью в моторные масла вводят противоизносные и противозадирные присадки. По механизму действия эти присадки можно условно разделить на две группы: поверхностно-активные вещества, адсорбирующиеся на рабочих поверхностях деталей и образующие ориентированную структуру в пристенном слое (физическая адсорбция), и химически активные вещества, при действии которых на поверхности металла образуются новые соединения (хемосорбция).

Присадки первой группы придают новые свойства смазочным пленкам, которые приобретают способность в большей мере сопротивляться выдавливанию, чем смазочные пленки, образованные маслами без присадок. Присадки, работающие по принципу физической адсорбции, обычно увеличивают “маслянистость”, т. е. способность понижать трение в большей мере, чем это следует из значения вязкости масла.

В тяжелых условиях работы, когда износ может принимать катастрофический характер, основной целью использования присадок является предотвращение задира трущихся пар.

Под названием “противоизносные” и “противозадирные” обычно подразумевают химически активные присадки, механизм действия которых состоит главным образом в мягком изнашивании (пластическом деформировании, тонком диспергировании, прирабатывании) трущихся поверхностей. Такие присадки в результате химической адсорбции образуют на трущихся поверхностях тонкий слой продуктов взаимодействия (вторичных структур), механические свойства которых существенно отличаются от механических свойств металла деталей, т. е. механизм действия противозадирных присадок связан не с увеличением действительной прочности смазочной пленки или изменением масла, а с изменением свойств трущихся поверхностей.

Например, образующаяся на поверхности металла под действием противозадирных серосодержащих присадок сульфидная пленка обладает пластичностью и пониженным коэффициентом трения из-за меньшего напряжения сдвига модифицированных слоев по сравнению с чистым металлом.

Антифрикционные свойства. Все большее распространение находят присадки, улучшающие антифрикционные свойства масел и обеспечивающие снижение механических потерь в двигателе и экономию топлива.

В качестве антифрикционных присадок к маслам наиболее известны маслорастворимые молибденорганические соединения, например дитио-фосфаты молибдена, а также дисперсии дисульфида молибдена (M_ОS₂).

Использование присадок этого типа позволяет снизить расход топлива двигателем до 3--5 %, в 1,3--1,5 раза уменьшить износ высоконагруженных пар трения (например, деталей механизма газораспределения) и исключить их задир, питтинг и другие виды поверхностного разрушения.

В нашей стране разработаны антифрикционные присадки ПАФ-4 и “Фриктол”, представляющие собой маслорастворимые молибденорганические соединения. Основным компонентом для получения указанных присадок является триоксид молибдена M_ОS₂.

На основе присадки ПАФ-4 отечественная промышленность выпускает автопрепарат “Экомин”, добавление которого в моторное масло дает экономию топлива и снижает износ деталей двигателя.

Ведутся работы по созданию отечественных присадок к маслам на основе MоS₂. Необходимый эффект от применения дисульфида молибдена может быть получен только при однородном составе его дисперсий, с размером частиц MоS₂ не более 1 мкм, и добавлении определенного набора поверхностно-активных (стабилизирующих) присадок и ингибиторов, предотвращающих возможные негативные проявления действия MоS₂, например коррозию деталей. Создание таких дисперсий -- сложный технологический процесс, поэтому применение дисперсий MоS₂, не отвечающих этим требованиям, приготовленным в “домашних” условиях, эффекта не дает (выпадает в осадок, высаживается на фильтрах и т. д.).

Кроме молибденсодержащих имеются антифрикционные присадки на основе графита, меди, никеля, кобальта и т. д. Ведутся работы по созданию беззольных антифрикционных присадок к моторным маслам.

Противопенные свойства. Обильное пенообразование в картере двигателя нарушает его нормальную работу, поэтому в моторные масла вводят противопенные присадки. Широкое распространение в качестве противопенных присадок получили полимерные кремнийорганические соединения (силиконы или полисилоксаны).

Действие противопенных присадок основано на снижении прочности поверхностных масляных пленок из-за адсорбции на них молекул присадок, которые относительно плохо растворяются в минеральных маслах и находятся в основном на поверхностях раздела фазы воздух -- масло, увеличивая тем самым скорость разрушения пены.

Образование на границе воздух -- масло барьера из полимерных молекул кремний - органических соединений, кроме того, создает определенные трудности для прохождения кислорода в глубь масла и повышает стойкость масла к окислению.

Пенообразование уменьшается с повышением температуры масла, так как при этом вязкость масла снижается и стойкость пены падает. При сгорании противопенной присадки образуется абразивный оксид кремния SiО₂, поэтому концентрация этих присадок в масле должна быть минимальной. Противопенные присадки добавляются в масло в количестве 0,002--0,005 %.

масло моторное трансмиссионное

Основные типы присадок к моторным маслам

1.4 Новые отечественные моторные масла