§ 5.4. Состав и условия работы моторных масел

Свойства товарного моторного масла определяются составом и технологией переработки базового масла и функциональными свой­ствами присадок.

Смесь базового масла с присадкой не обязательно является истинным раствором. В масле наряду с отдельными молекулами присадки могут присутствовать более крупные скопления ее молекул — мицеллы.

Для изготовления практически всех современных моторных масел используют базовые нефтяные масла. Эти масла представляют собой тяжелые, вязкие нефтяные фракции с температурой кипения свыше 350 °С, плотностью 820 — 950 кг/м , практически нерастворимые в воде.

Нефтяные масла состоят из углеводородных молекул, содержащих 20 - 70 атомов углерода и обладающих молярной массой от 250 до 1000 и более.

Базовые нефтяные масла по способу изготовления делят на три вида: дистиллятные — получаемые путем очистки отдельных дистиллятов, отделяемых при перегонке мазута; остаточные — полу­чаемые при переработке гудрона, и смешанные (компаундирован­ные), получаемые смешением дистиллятных масел с остаточными.

Выбор базового масла определяется заданной величиной вязкости: для маловязких моторных масел используют дистиллятные, для средневязких — смешанные и для высоковязких — остаточные базовые масла. Дистиллятные масла обладают вязкостью при 100°С менее 11 мм²/с, остаточные — в диапазоне 15 — 22 мм /с.

Ряд важнейших свойств нефтяных масел зависит от их группо­вого состава, который определяется происхождением (месторож­дением) нефти и технологией переработки нефтепродуктов. Следовательно, нефтяные масла одинаковой вязкости, но различного происхождения обладают неодинаковыми свойствами и для их вы­равнивания необходимо введение различных количеств и типов присадок.

Эффективность использования моторного масла определяется воз­можностью оптимизации его свойств в соответствии с условиями протекания рабочих процессов и особенностями конструкции двига­теля.

При работе в двигателе моторное масло подвергается воздействию высоких температур и давлений в присутствии кислорода воздуха, воды, материалов (в первую очередь металлов), интенсифицирующих окисление масла, мелкодиспергированных продуктов износа и других инородных примесей. В этих неблагоприятных условиях масло дол­жно сохранять в течение максимально возможного периода времени свои полезные свойства.

Одной из основных причин ухудшения этих свойств является окисление масла под действием высоких температур. Условно приня­то выделять в двигателе четыре основные зоны окисления масла.

Первая — низкотемпературная (температура масла до 150 °С) — включает в себя картерное пространство и систему смазки двигателя, а также циркуляционный бак и масляный радиатор. Интенсивность окисления масла в этой зоне минимальна.

Ко второй — среднетемпературной зоне (температура масла до 250 °С) — относят внутрен­нюю поверхность поршней, верхнюю часть шатуна и область между юбкой поршня и поверхностью цилиндра. В этой зоне помимо кон­такта с высокотемпературными поверхностями масло подвергается воздействию газов, прорывающихся из надпоршневого пространства.

Третья — высокотемпературная зона — расположена в кольцевом поясе поршней.

Наиболее неблагоприятные температурные условия работы масла соответствуют четвертой зоне — в надпоршневой поверхности цилиндра, где продукты сгорания топлива нагревают поверхностный слой масляной пленки на глубину 1 - 3 мкм до температуры 300 — 350 °С.

Каждая из этих зон характеризуется определенными, отличными от других режимами работы масла, влиянием на него механических и термохимических воздействий, а следовательно, и требованиями, предъявляемыми к свойствам моторных масел. Температура масла оказывает определяющее влияние на смазку и отвод теплоты от поверхностей трения в двигателе. Верхний предел температуры ограничен условиями сохранения несущей способности адсорбирован­ной граничной пленки и обеспечения заданного теплового состояния деталей, охлаждаемых маслом. Нижний — ухудшением условий циркуляции масла в зазорах между поверхностями трения из-за повышения его вязкости. Особую остроту приобретает эта задача в условиях пуска и прогрева двигателя. Требования обеспечения за­пуска двигателя при низких температурах окружающей среды и минимального отрицательного влияния масла на материалы конст­рукции двигателя расширяют и углубляют объем требований, предъ­являемых к маслам. В ходе химмологических исследований по улучшению свойств существующих и созданию новых моторных ма­сел стремятся получить масла, которые можно применять зимой и летом — «всесезонные»; масла, равно пригодные как в бензиновых, так и в дизельных двигателях — универсальные масла, а также и в трансмиссиях автомобиля — моторно-трансмиссионные масла. Большое значение имеет получение масел, как можно дольше сохраня­ющих свои свойства при эксплуатации двигателей — долгоработающих масел.

Применительно к конкретным условиям работы масла в двигателе разделение трения на гидродинамическое, граничное, полусухое и сухое носит условный характер. На одних и тех же поверхностях в зависимости от конкретно сложившихся обстоятельств могут однов­ременно или последовательно существовать все эти три вида трения. Например, вблизи верхней и нижней мертвых точек скорость пере­мещения поршня мала и на поверхности гильзы цилиндра имеет место граничное трение, при достаточно высоких скоростях поршня (область середины цилиндра) — гидродинамическое трение. В зависимости от условий запуска и прогрева двигателя меняется режим подачи масла к поверхностям трения и на них могут возникать вес перечисленные виды трения (от полусухого до гидродинамического).