shadow
Эксплуатационные изменения моторного масла

Эксплуатационные изменения моторного масла

52
Главная » Статьи/Обзоры » Эксплуатационные изменения моторного масла

«Свежее» моторное масло обладает всеми требуемыми характеристиками. Однако все резко меняется уже на начальном этапе его работы в двигателе. Высокие температуры, давление, продукты неполного сгорания топлива, окисления и т.д. преобразовывают масло и усложняют выполнение им заданных функций. В данном материале будут рассмотрены основные факторы, ослабляющие способность масла выполнять поставленные задачи, а также последствия их воздействия.

Разработка моторных масел происходит параллельно с развитием двигателестроения, даже несколько опережая его. Сегодня курс совершенствования автотранспорта направлен на уменьшение загрязнения окружающей среды, экономию горюче-смазочных материалов, повышение надежности и ресурса техники. Это выдвигает специфические, более жесткие требования к смазочным материалам, усложняются условия их работы в агрегатах. Но, как и прежде, несмотря на наблюдаемые тенденции увеличения интервалов замены, моторные масла должны достойно выработать свой ресурс, надежно защищать двигатель и способствовать его длительной работе.

В процессе работы двигателя масло «срабатывается». Степень «срабатываемости» масла можно оценить по:

  • падению щелочного числа и росту кислотного числа;
  • степени изменения вязкости;
  • содержанию продуктов окисления и износа в масле;
  • содержанию в масле воды;
  • содержанию механических примесей.

Основными присадками в моторном масле являются моюще-диспергирующие, которые нейтрализуют и удерживают во взвешенном состоянии различный шлам и тем самым препятствуют закоксованности, смоло- и лакообразованию узлов двигателя. Количество моюще-диспергирующих присадок в любом масле оценивается величиной щелочного числа. Чем больше щелочное число, тем лучше двигатель защищен от коррозии, тем большее количество загрязнений может нейтрализовать и удерживать во взвешенном состоянии масло. Тем самым оно препятствует накоплению в двигателе нагара, шлама, лаков и разных осадков. Хотя нужно учитывать тот факт, что избыток щелочности оказывает отрицательное влияние на противоизносные и противозадирные свойства масел. Поэтому существует оптимум щелочного числа: для бензиновых масел значение щелочного числа не должно превышать 10-11 мг КОН/г продукта, а для дизельных автомобильных двигателей — 16-17 мг КОН/г.

При работе масла в двигателе щелочное число постоянно и неминуемо снижается. Такое снижение имеет свою границу, при достижении которой считается, что масло утратило свою работоспособность и отработало свой лимит. Полагается, что при снижении щелочного числа приблизительно на 50% от исходного значения, масло следует заменить.

При снижении щелочного числа за счет накопления в моторном масле кислых продуктов окисления соответственно растет кислотное число. Увеличение значения кислотного числа в сравнении с исходным (исходное кислотное число моторных масел составляет примерно 2-3 мг КОН/г продукта) также указывает на уровень срабатываемости масла. При равенстве щелочного и кислотного чисел моторное масло также считается сработавшимся и подлежит замене.

Одним из основных факторов, влияющим на скорость падения щелочного числа, являются окислительные процессы, происходящие при работе двигателя. «Скорость» протекания данного процесса зависит от многих факторов: состава масла, технического состояния двигателя, условий эксплуатации, качества используемого топлива и др. Однако один из главных «инициаторов» ускорения процесса окисления — это температура, колебания которой в разных участках двигателя достаточно серьезные. Так, в поддоне масло может разогреться до температуры около 150°С, в то время как в районе поршневых колец достигать и 300°С.

Результатом окисления моторного масла являются кислые продукты, вызывающие коррозионный износ деталей, а также продукты глубокого окисления, образующие различного рода отложения: нагар, лаки, осадки.

При окислении масла в двигателе происходит накопление кислых соединений и осадков. Это накопление происходит при относительно низких температурах (до 150°С). В результате окисления масляной основы, накопления органических и неорганических кислот, образующихся при взаимодействии оксидов серы и азота с водой, возрастает кислотность масла. Для борьбы с такими низкотемпературными отложениями масло содержит зольные моющее-диспергирующие присадки щелочного типа (обычно это — высокощелочные сульфонаты или сукцинимиды металлов).

В ходе разработки продукции производители масел рассчитывают объем щелочных присадок таким образом, чтобы их было достаточно для нейтрализации кислых продуктов на протяжении всего ресурса масла.

Если говорить об осадке, то он представляет собой смесь (часто липкие, мазеобразные сгустки), состоящую из масла, сажи, воды, продуктов глубокого окисления масла, различных механических примесей. Он отлагается на стенках поддона картера, сетке маслоприемника, в каналах масляной системы, фильтре. Зачастую осадок удаляется при замене масла, в частности, наиболее полно — при использовании специальных промывочных средств.

Нагар — углеродистые отложения, обычно черного цвета, образующиеся на головке поршня, стенках цилиндра, клапанах, седлах клапанов. Количество образующегося нагара зависит от качества применяемого масла (в частности, его зольности) и топлива, а также теплового режима работы двигателя (как правило, чем выше температура в камере сгорания, тем меньшая интенсивность нагарообразования). Повышенному нагарообразованию способствует также использование моторного масла по вязкости выше, чем рекомендовано производителем двигателя.

Нагар — основная причина возникновения калильного зажигания и детонации. Помимо этого, твердые частицы нагара, смываясь несгоревшим топливом, вызывают абразивный износ цилиндра, колец, поршней, а попадая в картер, приводят к окислению масла и разносятся последним по всей масляной системе, вызывая износ других деталей двигателя.

В отличие от нагара, лаки — трудновыводимые отложения, образование которых ускоряется с повышением температуры. Лаки — так называемые высокотемпературные отложения. Приводят к повышенному изнашиванию и теплоизоляции деталей. Даже слой небольшой толщины лакового отложения (несколько десятков микромиллиметров) служит существенным барьером для отвода тепла от детали. Поэтому лакообразование — крайне нежелательно и губительно для двигателя, поскольку оно может вызвать не только повышенный износ и перегрев деталей, но и задиры на стенках цилиндров и поршнях, поломки колец и даже заклинивание поршней.

Для предотвращения лакообразования следует использовать качественные, соответствующие по вязкости требованиям производителя двигателя, моторные масла с высокой термоокислительной стабильностью и хорошими моющими свойствами, соблюдать температурные режимы работы двигателя и поддерживать последний в хорошем техническом состоянии.

Если имеются лаковые отложения, то удалить их с поверхностей деталей без использования специальных промывочных средств, обладающих высокими моющими и растворяющими свойствами, очень сложно.

Следующий показатель моторного масла, изменяющийся при его работе — вязкость. Скорость и эффективность подачи масла к узлам двигателя зависит от вязкости моторного масла. Причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Увеличивается вязкость из-за испарения легких фракций базового масла, накопления сажи, продуктов окисления масла и других различных примесей; уменьшается — вследствие разжижения смазывающего материала несгоревшим топливом, разрушения специальных загущающих присадок. Каждое из этих состояний крайне нежелательно. Значительное увеличение вязкости приводит к ухудшению прокачиваемости масла по каналам масляной системы, затруднительному попаданию смазывающего материала к трущимся поверхностям, повышенному износу деталей, ухудшению фильтрации масла. Слишком малая вязкость может стать причиной разрыва масляной пленки в зоне трения под действием больших температур и давления, что провоцирует возникновение задиров, а также увеличение расхода масла на угар. Масло подлежит замене, если его вязкость снизилась более чем на 25% или возросла более чем на 35%.

Как уже говорилось ранее, в процессе работы масла образуются различные осадки, нагары, лаки и другие отложения, которые провоцируют износ двигателя. Так, по содержанию алюминия (Al), кремния (Si), железа (Fe), меди (Cu), хрома (Cr), свинца (Pb) и других металлов можно оценить степень загрязнения масла продуктами изнашивания и косвенно оценить состояние двигателя.

В образцах отработанных моторных масел содержание Ca (кальция), Mg (магния), Zn (цинка), P (фосфора), Ba (бария), N (азота), S (серы) будет указывать на элементы пакета присадок. Количество этих элементов зависит от типа и количества присадок. По содержанию других элементов можно судить о продуктах износа и о состоянии двигателя. Например, при содержании в моторном масле (для дизельных двигателей) алюминия более 30 ppm (0,003%), кремния более 20 ppm (0,002%), железа более 100 ppm (0,010%), меди более 50 ppm (0,0050%), хрома более 25 ppm (0,0025%), свинца более 40 ppm (0,004%) масло необходимо менять. Превышение содержания вышеперечисленных элементов в отработанном моторном масле может говорить как о проблемах двигателя, так и проблемах
масла. Например, при превышении содержания кремния следует уделить внимание воздушному фильтру и/или износу подшипников и поршней, в состав которых входит алюминий (при изготовлении алюминиевых поршней идет обработка кремнием); превышение содержания алюминия указывает на существенный износ поршней или подшипников (в состав которых входит алюминий).

Большое влияние на рабочие показатели моторного масла имеет вода, содержание которой в смазывающем материале во время работы двигателя может постепенно увеличиваться. Обводнение приводит к повышению коррозионной агрессивности масла, понижает его антифрикционные свойства, а также вызывает разложение некоторых присадок, без которых дальнейшее использование моторного масла становится недопустимым. Помимо этого, вода с соединениями SO 2 и SO 3 , образующимися при сгорании сернистого топлива, образует кислоты (серную и сернистую), негативно воздействующие на металлические и резиновые детали. Именно на нейтрализацию кислотных продуктов расходуются щелочные присадки, что приводит к снижению щелочного числа, а, следовательно — к сокращению ресурса масла. Следует заметить, что в моторном масле большее значение имеет не так начальная величина щелочного числа, как скорость его снижения во время работы смазывающего материала. Данное свойство во многом зависит от типа используемых щелочных присадок, а также технического состояния двигателя.

Наряду с вышеперечисленными недостатками, вода может вызвать разрушение масляной пленки на поверхностях трущихся деталей. Так, попадая с маслом на горячую поверхность, вода преобразовывается в пар, который разрывает масляную пленку и приводит к возникновению задира на детали.

Попасть вода в смазывающий материал может как при транспортировке, хранении, заливке масла в двигатель, несоответствующем техническом его состоянии, через отверстие масляного щупа при проверке уровня масла, так и вследствие конденсации влаги при резком перепаде температур. Выявить наличие воды в моторном масле можно и без специального оборудования достаточно простым методом, который используют даже студенты в технических вузах при выполнении практических заданий. Для этого необходимо сухую пробирку приблизительно на четверть заполнить испытуемым маслом. Далее наклонить ее под углом 45°, естественно, отверстием от себя, и с помощью нескольких спичек греть донышко пробирки. Если появилась пена, значит, в масле есть вода. Еще один простой способ определения наличия воды в масле — брызнуть каплю проверяемого масла на разогретую поверхность, например, электроплитку. Если она попросту задымится — воды нет, если «взорвется» — вода есть. Следует заметить, что в случае обнаружения воды даже в неработавшем масле его использование недопустимо.

Неизбежно при работе в масле накапливаются механические примеси (пыль, песок, продукты неполного сгорания топлива, износа и т.д.), вызывающие, прежде всего, абразивный износ. Увеличение различного рода примесей также приводит к забивке фильтров, каналов масляной системы, провоцирует ускорение окислительных процессов в масле. Твердые механические частицы в масле можно обнаружить, капнув им на чистое и сухое стекло — они должны хорошо просматриваться в растекшемся пятне; или же расположив ее между двумя пластинами стекол — если при их передвижении слышен скрежет, в масле есть механически частицы. При выявлении твердых частичек желательно в кратчайшие строки заменить масло, а также проверить системы фильтрации на предмет их герметичности и при необходимости сменить фильтрующие элементы.

Во время работы масло может также расходоваться. Наряду с техническим состоянием двигателя, на расход моторного масла влияет его уровень в поддоне картера, вязкость, интенсивность испарения базы, а также особенности эксплуатации автомобиля. Если масло менее вязкое, оно легче попадает через зазоры в камеру сгорания, где испаряется, сгорает или удаляется вместе с выхлопными газами. В случае превышения уровня масла в поддоне картера выше допустимого, большая, чем предусмотрено производителем двигателя, его часть будет разбрызгиваться на стенки цилиндров и попадать в камеру сгорания. Соответственно, увеличивается расход на угар.

Большое влияние на расход масла оказывает стиль езды. Если совершаются короткие поездки, то уровень в поддоне картера может изначально подняться за счет попадания топлива в масло. Также изменится вязкость последнего. При длительных поездках с «полным газом» и торможением двигателем масло сильно нагревается, что вызывает уменьшение его вязкости. При этом во время торможения двигателем из-за разрежения в камеру сгорания попадает больше масла и увеличивается его расход. Также вследствие сгорания масла на поршнях, кольцах, стенках камеры сгорания и свечах будут образовываться отложения.

Ограничение ресурса моторного масла, главным образом, обусловлено срабатыванием пакета присадок, что приводит к существенному изменению качественных показателей смазывающего материала. Присадки расходуются на нейтрализацию продуктов сгорания топлива в масле, продуктов окисления масла, оседают на фильтрующих элементах, разрушаются под действием механических, химических и термических нагрузок. Это приводит к повышению коррозионной агрессивности масла, ухудшению антифрикционных, противоизносных, моющих свойств, нарушению химической стабильности масла и т.д. Скорость срабатывания присадок в масле во многом зависит от технического состояния двигателя, качества используемого топлива, режимов и условий эксплуатации автомобиля. Поэтому рекомендуемый производителем интервал замены масла следует сокращать при работе двигателя в тяжелых условиях (например, городской режим эксплуатации) и при применении высокосернистого топлива (все отечественное топливо — высокосернистое). Несмотря на дополнительные расходы на приобретение нового масла, это позволит выработать ресурс двигателя и отложить его ремонт, требующий гораздо больших вложений.

Подготовил Юрий Стороженко, autoExpert