Чинники, що впливають на зміну якості олив

При зберіганні, транспортуванні, у процесі роботи у двигунах олива зазнає глибоких хімічних змін: окиснення, полімеризації, розкладання, розчеплення, забруднення тощо. Особливо інтенсивними є ці зміни під час роботи двигунів, тому що умови роботи оливи у двигуні, як зазначалось на початку цього розділу, – складні та напружені.

Термін використання оливи у двигунах залежить від її стабільності, під якою розуміють здатність оливи зберігати свої початкові властивості та протистояти зовнішньому впливу при нормальних температурах.

Стабільність олив оцінюють термостійкістю і термоокиснюваніс-тю. Термостійкість – це здатність нафтопродукту протистояти хімічним перетворенням під дією високої температури.

Термоокиснюваність – це термостійкість нафтопродукту до дії кисню.

На стабільність олив впливають їхній хімічний склад, температурні умови, присутність води та механічних домішок.

Під термоокисною стабільністю олив розуміють їхню здатність протистояти старінню у процесі зберігання і використання.

Швидкість окиснення залежить від хімічного складу оливи, наявності в ній присадок, що сповільнюють цей процес, та від умов, в яких відбувається окиснення (температури, стану поверхні стикання оливи з повітрям, наявності каталізаторів).

Температура, при якій працює олива в деяких зонах двигуна, досягає 200...300 °С. За такої температури процеси окиснення будь-яких вуглеводнів відбуваються дуже інтенсивно. Поверхня стикання оливи з повітрям внаслідок її тонкого розпилення дуже велика (досягає сотень квадратних метрів). Каталізаторами, що прискорюють процес окиснення, є різні метали (продукти зношення деталей двигуна).

Фундаментальні дослідження термоокисних процесів в оливі проведено М.І.Черножуковим та С.Є.Крейном. Ними встановлено, що не всі вуглеводні, які входять у моторну оливу, окиснюються однаково. Найстійкішими є ароматичні вуглеводні без бічних ланцюгів. Далі йдуть циклани, а найменш стійкими є алкани.

Із збільшенням числа атомів вуглецю в молекулі та за наявності бічних ланцюгів термоокисна стійкість олив зменшується. Таким чином, наявність в оливі ароматичних вуглеводнів підвищує її термо-окисну стабільність.

Наявність смол в оливі сповільнює окисні процеси, оскільки смоли є ефективними антиокиснювачами. Отже, за однакових умов роботи оливи спостерігається як прискорення (завдяки каталізаторам продуктів зношення), так і сповільнення (завдяки утворенню смол) окисних процесів.

Вирішальний вплив на процес окиснення оливи має її температура. При температурі 18...20 °С оливи зберігають свої властивості протягом п'яти та більше років, тому що в них практично немає неорганічних вуглеводнів. Однак, уже починаючи з 50...60 °С, швидкість окиснення олив із підвищенням температури на кожні 10 °С приблизно подвоюється. На гарячих металевих поверхнях (зонах поршневих кілець, напрямних клапанів, поверхні поршнів і циліндрів та інших деталях) олива знаходиться у вигляді тонкої плівки, що створює виключно сприятливі умови для її окиснення й окисної полімеризації. Це сприяє створенню лакових плівок, нагарів та шламів (липкого в'язкого осаду). Проте оливам під час роботи двигуна на такті окиснення доводиться контактувати в картері з високонагрітими газами (їхня температура в бензинових двигунах становить 150...450 °С, а в дизельних – близько 500...700 °С). Це різко змінює умови їхньої роботи, що пов'язано з інтенсифікацією процесу окиснення оливи.

За хімічним перетворенням оливи у двигуні виділяють три зони: камеру згоряння, поршневу групу і картер. Вважається, що оптимальна температура оливи в картері двигуна – це така температура, при якій забезпечується мінімальна питома витрата палива (рис. 5.9).

Як правило, вона лежить у межах 95...100 °С. Перевищення критичної температури оливи в картері (115...120 °С) знижує надійність роботи двигуна: температура в підшипниках досягає 150...155 °С, а у верхній частині циліндра (30…40 мм від ВМТ) – 200...210 °С. При цьому спостерігається деяке погіршення більшості показників оливи. Однак її старіння під час роботи двигуна описати однозначно не можна. Це дуже складний процес.

Підвищена температура і кисень повітря, з яким контактує олива, зумовлюють окиснення та окисну полімеризацію її молекул. Такі продукти окиснення вуглеводнів, як смоли, органічні кислоти, присутні в оливі в рідкому стані, сприяють збільшенню в'язкості й лужного числа, а асфальтові сполуки спричинюють утворення лаків (особливо небезпечних липких осадів), які сприяють заляганню і пригорянню кілець. Крім того, деякі продукти окиснення є джерелом утворення нагару та шламу.

Продукти глибокої окисної полімеризації, відкладаючись у зонах високих температур, потрапляють до картера і продовжують впливати на якість оливи.

Таким чином, у картері працюючого двигуна формується складна суміш вихідної оливи з різними продуктами її старіння, від яких повністю очистити оливу за допомогою фільтрів не вдається. Через це кількість шкідливих частинок вуглеводнів в оливі збільшується.

Виділяють дві основні групи домішок, що забруднюють оливу:

• органічні (потрапляють в оливу з камери згоряння, це продукти неповного згоряння палива і продукти термічного розпаду окиснення та полімеризації оливи);

• неорганічні (частинки пилу зношених деталей, продукти зношування зольних присадок та ін.).

Крім того, з камери згоряння в оливу можуть потрапити вода, сполуки сірки й свинцю.

Частка забруднювальних домішок, що потрапляють в оливу при її виготовленні, транспортуванні, зберіганні та безпосередньо при заправці оливи, становить 0,08...0,23 % усіх забруднень.

Інтенсивність забруднення оливи в картері працюючого двигуна залежить від: виду і властивостей палива; якості моторної оливи; конструкції та технічного стану двигуна; режиму його роботи в конкретних умовах експлуатації та інших чинників.

Для двигунів сучасних автомобілів (особливо в зимову пору року) при пробігах на коротку віддаль, частих спусках і зупинках, тривалій роботі на вільному ходу характерною є робота в зниженому тепловому режимі. При цьому умови роботи олив можуть бути не менш жорсткими, ніж при напруженому тепловому режимі: погіршується процес згоряння палива, збільшується потрапляння до картера вуглистих частинок і важких фракцій палива. Внаслідок цього інтенсифікуються процеси старіння та забруднення олив, випадання осаду (шламів). Під час роботи в зниженому тепловому режимі утворення шламів прискорюється в 20...30 разів порівняно з підвищеним тепловим режимом (рис. 5.10).

На рис. 5.11 показано динаміку старіння моторної оливи в найнес-приятливіших умовах експлуатації легкового автомобіля типу таксі (ГАЗ-24) у великому місті. Окиснення оливи (крива 5) в перші 10 тис. км пробігу швидко прогресує, потім знижується і після 50 тис. км пробігу практично стабілізується. Приблизно такий самий характер має процес зношування присадки, про що можна судити за зменшенням лужнога числа (крива 2).

Кількість продуктів окисної полімеризації, зношування деталей двигуна і кількість забруднювачів, що надходять із зовнішнього середовища, неперервно зростають (крива 3). Відношення загального (сумарного) вмісту домішок до кількості великодисперсних частинок осадів має яскраво виражений максимум у районі 50 тис. км пробігу (крива 4). Зношування диспергуючої присадки характеризується неперервним зменшенням індикаторного періоду осадоутворення (крива 1).

На зміну в'язкості оливи у процесі роботи двигуна впливають три чинники:

• утворення продуктів окисної полімеризації, які мають високу в'язкість і при тривалій роботі двигуна збільшують в'язкість оливи;

• потрапляння в оливу паливних фракцій, що знижують її в'язкість;

• механічна деструкція сполук згущення під дією високих механічних навантажень у тертьових вузлах двигуна (це стосується тільки згущених олив).

Таким чином, у працюючому двигуні відбуваються глибокі зміни оливи: накопичуються продукти перетворення її вуглеводнів, забруднення частинками, що потрапляють із повітрям і паливом, збільшується кількість агресивних сполук. У всіх випадках якість оливи погіршується швидше, якщо її неправильно підібрано для двигуна, тобто коли якість оливи не відповідає вимогам і її треба замінювати.

Слід пам'ятати, що термін роботи оливи визначається не тільки напрацюванням (пробігом), а й умовами її експлуатації. Тому при встановленні термінів роботи олив у двигунах користуються бракувальними показниками, які досягли гранично можливих значень, що зумовлює необхідність заміни оливи. Такими показниками, як правило, є: зміна в'язкості, температури спалаху, лужності, вмісту забруднювальних домішок, води та палива, значення ДВ оливи та деякі інші, наведені в табл. 5.2.

Таблиця 5.2

Бракувальні показники працюючих олив

Примітка. Більші значення показників стосуються олив вищих груп.

Оцінювання ДВ за методом оливної плями полягає в нанесенні краплі гарячої оливи, взятої щупом або спеціальною піпеткою з картера гарячого двигуна (одразу після його зупину), на фільтрувальний папір (синя стрічка). Через 2 год утворена хромограма може бути використана для оцінювання ДВ оливи.

На хромотограмі розрізняють (рис. 5.12): d1 – центральне ядро, що відповідає розходженню краплі оливи на поверхні фільтрувального паперу; d2 – зону дифузії, тобто кільце окреслення нерозчинними в оливі продуктами забруднення навколо центрального ядра; D – зовнішнє світле кільце оливної плями. Дослід повторюють кілька разів і знаходять середні значення цих діаметрів.

Незадовільними вважаються ДВ оливи, менші від 0,3 умовних одиниць. Таку оливу слід замінити.

Більш відомим є метод Пасічникова та Хмельова, за яким користуються спеціальним планшетом (див. рис.5.12), на якому закріплюють аркуш фільтрувального паперу. Планшет кладуть на прогріту частину двигуна (головку блока). На фільтрувальний папір наносять 3...4 краплі оливи зі щупа (одразу після зупину двигуна) і через 10 хв вимірюють вищезазначені діаметри.

При коротких добових і малому річному пробігах автомобіля інтенсифікуються корозійні процеси та помітно погіршуються захисні властивості оливи, прискорюється її старіння; тому оливу необхідно міняти не менш як один раз на рік.

Однак, незважаючи на зміну якості оливи при її роботі в двигуні основний вуглекислий склад оливи змінюється незначно, а загальна кількість механічних домішок і продуктів окиснення не перевищує 4...6 %. Якщо їх відокремити, то можна знову дістати базову оливу доброї якості. Саме на цьому принципі грунтуються регенерація (відновлення) та повторне використання олив, що дає змогу значно скоротити витрату дорогих і дефіцитних олив.

Дата добавления: 2014-01-03