Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 6.4

Процессы

для получения продуктов из биомассы

Биомасса

Общие процессы

Специальные про-

цессы

Основные продук-

ты

Биоконверсия

Термическая

конверсия

Спиртовая фер- Этиловый спирт

ментация

Анаэробная фер-

ментация

Биогаз

Пиролиз

Газификация

Сжижение

Превращение в

сложный эфир

Термокаталити-

ческий крекинг

Древесный уголь

Синтезированный

газ, метиловый

спирт

Топлива

Дизельное топли-

во из растений

Бензин и дизель-

ное топливо из

растений, керосин

и др.

Использование биомассы в качестве сырья для производства

моторного топлива имеет ряд существенных недостатков. Ее за-

пасы

расредоточены

территориально и могут использоваться

лишь в объемах, не нарушающих экологического равновесия.

Сырая биомасса имеет высокую влажность - от 30 до 90%, а ее

энергоплотность колеблется от 1 до 15

ГДж/м

и остается низкой

даже после сушки -

16-24

ГДж/т.

Для получения этанола могут быть использованы отходы пи-

щевой промышленности, например молочная сыворотка - отход

сыроварения и бытовой мусор (состав и характеристика бытово-

го мусора даны в табл. 6.5).

Биомасса - ресурс возобновляемый, а переработка отходов

(сельскохозяйственных, лесных и бытовых) очищает окружаю-

щую среду от загрязнений.

В ряде стран (США, Франции, Бразилии и др.) проводятся ис-

следования возможности использования в составе дизельных то-

плив

растительных масел.

Содержащиеся в семенах и плодах подсолнечника и сои, кле-

щевины и хлопчатника, кокоса и ряда других культур масла - это

с.

«-

в.

с.

с с

е;

с ее

го

§ ,

а.

д\

Е^

С)

££

Зб£

с;

П.

с? о

E.I

Компоненп

—

о^

—

TJ"

ON*

ГО*

ГО

«п

р*.

•-

"И

ОО

г~-*

оо

чО

о\

Бумага упак

вочная

1П

—

ГО

-f

—

Г i

•n

—

чС

—

чО

Газеты

•г,

чО

__'

.?;

'Л,

Г--

•^

го

о>

чС

—

-t

г-

О.

г-

—

*т

-т

'4'

ГО

—

Г i

ГО

го

(

-j-.

Пакеты

мол

ные

вощены

чО 3

—

оС

оо —

«п

оо*

г-*

0 0

ГО

чО

>О

—

ГЧ

—

•*

— —

«О

о о

г-"",

чо*

чэ

го О

о —

см

«п

**l

«п*

<п"

О го

чО ОО

чО

Древесина

Резина

г',

—

с,

C^i

1П

о;

-i

чО

-У

ГО

г,

1П

—

"Г

ОС

Пластмасса

чО ОО

— ОО

го О

—

ГО

—

°°,

— ГО

чО —

«П

р~

—

•

— (N

—

О (N

— О

ОО О

fN 00

»П

го^

°Я

«n*

ro*

О го

ТГ

Кожа

Текстиль

>-.

Пищевые

от

О 0

«о

г-

го

—

г-~

оо

тГ

— ГО

ЧО

о — о

—

го О

1П

— чО

1П

ОО^

ГО

—

«N

-г^З

Г-Г

чО

Г-*

—

«П

^1^,

°,

Г-

го О

ОО

оо О О

•ч*

«п о

Г**

fN — О

О О О

ОО fN ГО

чО

СО

— — о

«П

ГО fN —

•Ч"

Г-

«П

SOON -

чо

ON ON ГО

•ч-

«п

г-

ды:

овощные

мясные

жиры

6. Васильева

Л.С.

окисленные углеводороды, преимущественно

триглицериды.

По

теплоте сгорания они близки к дизельному топливу. Из маслич-

ных культур масло получают либо путем выжимки, либо путем

экстрагирования (гексаном или трихлортэтиленом). Затем оно

очищается одним из методов - нейтрализации, фильтрования

или вымораживания.

Растительные масла обладают рядом недостатков, они неста-

бильны, имеют повышенную вязкость и коксуемость, высокую

температуру помутнения (табл. 6.6).

Таблица 6.6

Показатели качества растительных масел

Показатели

Дизельное

топливо

Растительное

масло

пальмовое

арахисовое

соевое

Цетановое число (мини-

мальное)

Температура, °С:

помутнения

выкипания 90% (об.)

Высшая теплота сгора-

ния, МДж/кг

Вязкость при 37,8 °С,

ММ

/С

40-50

38^0

39-41

36-39

-5

350-360

45,8

2,0-4,3

31,0

359

37,5

36,8

19,0

349

39,6

41,2

13,0

370

39,4

36,8

Содержание,

воды

серы

твердых частиц

0,05

0,3-0,5

0,05

0,1

0,03

8,0

0,05

0,01

2,0

0,05

0,02

2,0

Необходимо отметить, что фактически все производимые в

мире масла целиком потребляются пищевой и химической про-

мышленностью. Кроме того, стоимость растительных масел пре-

вышает стоимость дизельного топлива, получаемого из нефти.

Использование биомассы для производства топлива пока име-

ет достаточно низкую эффективность. С одной стороны, выра-

щивание, сбор и подготовка сырья требуют значительных затрат

топлива, электроэнергии, удобрений, с другой - получаемое топ-

ливо имеет при переработке невысокий термический к.п.д.

Вместе с тем некоторые специалисты считают, что в буду-

щем биомасса может более широко использоваться для произ-

162

водства

моторного топлива, особенно в тех странах, где имеется

дефицит природных горючих ресурсов, но благоприятный теп-

лый климат и наличие свободных земель, например в Бразилии.

Здесь уже сейчас производится этанол, который широко исполь-

зуется на транспорте.

6.6. ВОДА КАК ДОБАВКА К ТОПЛИВУ

Применение добавок воды в топливо в карбюраторных дви-

гателях рассматривался, главным образом, как способ снижения

детонационных требований двигателя.

Вода может добавляться к топливу различными способами -

постоянная подача неизменного количества воды независимо от

режима работы двигателя; 2) регулируемая подача воды, которая

обеспечивает ее определенную долю в топливной смеси; 3) регу-

лируемая подача воды с переменным расходом в соответствии с

режимом работы двигателя. Кроме того, возможно использование

воды в качестве добавки к топливу, в результате чего образуется

эмульсия. По одному из определений эмульсии представляют со-

бой системы, включающие две нерастворимые жидкости, одна из

которых - дисперсная фаза - в виде мельчайших капель разномер-

но диспергирована в другой, - дисперсионной среде.

Известен опыт применения

водотопливных

эмульсий (ВТЭ)

трех типов (рис. 6.4): эмульсия воды в углеводородах; эмульсия уг-

леводородов в воде; микроэмульсии, позволяющие вводить в топ-

ливо различные присадки, нерастворимые в углеводородах (тре-

буется большой расход

поверхностноактивных

веществ - 5-15%).

Согласно исследованиям специалистов НИИАТ, практи-

ческое использование эмульгированного топлива в широ-

ких масштабах невозможно без решения таких технических

задач как:

разработка простой, эф-

фективной и надежной техно-

логии получения такого топ-

лива;

Рис. 6.4. Строение водотопливных

эмульсий:

/ - частицы эмульгатора; 2 - соль-

ватный

слой;3

топливо;4

- вода

4 3

163

Бензин

Рис. 6.5. Впрыск воды в диффузор карбюратора

разработка рецептур эффективных эмульгаторов, способ-

ных адсорбироваться на поверхностях раздела фаз (воды и бен-

зина) и понижать вследствие этого поверхностную энергию (по-

верхностное натяжение), и создание стабильных топливных

эмульсий;

разработка систем тонкой очистки эмульгированных топлив

от механических примесей;

повышение эксплуатационной надежности различных типов

двигателей при переводе их на ВТЭ.

Основные физико-химические свойства современных ВТЭ

практически идентичны базовому бензину. По антидетонаци-

онным свойствам отмечается даже некоторое их превосходст-

во вне зависимости от способа добавления воды к топливу:

впрыск в цилиндры или впускную систему, применение в виде

водо-бензиновой эмульсии. В настоящее время механизм дей-

ствия воды на процесс сгорания в двигателе изучен далеко не

полностью. Антидетонационный эффект от добавления воды к

топливу складывается по меньшей мере из трех факторов: ох-

лаждения заряда рабочей смеси; охлаждение деталей камеры

сгорания; действия водяного пара как инертной среды, регули-

рующей процесс сгорания.

Одним из возможных способов эффективного использования

в современных карбюраторных двигателях бензинов с более низ-

ким октановым числом является впрыск воды во впускной кол-

лектор двигателя или непосредственно в цилиндры двигателя

(рис. 6.5). Этот способ по сравнению с использованием водо-бен-

зиновых

эмульсий имеет существенное преимущество. Он обес-

печивает с помощью сравнительно несложного приспособления

подачу воды во впускной коллектор только на режимах средних

и максимальных нагрузок, т.е. когда требования двигателя к ОЧ

топлива возрастают. Исследования эффективности впрыска во-

ды показали возможность применения в двигателях с впрыском

автомобильных бензинов с ОЧ на

6-8

ед. ниже ОЧ бензинов, ре-

комендованных автомобильным заводом при сохранении, а в не-

которых случаях и улучшении экономических и

мощностных

ха-

рактеристик, отсутствии повышенных износов и коррозионных

поражений деталей двигателей.

Обводненное дизельное топливо характеризуется понижен-

ным ЦЧ и большим периодом задержки воспламенения. Однако

наличие "микровзрывов" капель эмульсии и воздействие на сго-

рание химических факторов присутствия воды приводят к интен-

сификации тепловыделения и сокращению продолжительности

сгорания, что благоприятствует снижению расхода топлива.

Удельный расход топлива может быть снижен на

2-6%.

Дым-

ность отработавших газов уменьшается в результате влияния во-

дяных паров на процесс газификации углерода (сажи).

При любом способе подачи воды на каждые 10% добавляе-

мой воды снижается содержание

на 8-10%. В то же время до-

бавка воды способствует повышению содержания углеводородов

в отработавших газах.

6.7. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

НЕТРАДИЦИОННЫХ ТОПЛИВ

В настоящее время широко используется как антидетона-

ционная добавка в бензины МТБЭ. Для работы на бензине с

присадкой МТБЭ двигатель и топливная аппаратура не требу-

ют каких-либо конструктивных переделок и изменения регу-

лировок. Введение МТБЭ в бензин позволяет исключить (или

сократить) выпуск этилированных бензинов и в перспективе

165

применить для очистки отработавших газов каталитические

нейтрализаторы.

В НАМИ еще в 80-х годах XX века были разработаны осно-

ванные на экспериментальных данных направления и возможно-

сти (очередность и масштабы внедрения) использования перспе-

ктивных топлив без учета их стоимости.

Широкое применение на транспорте может найти бензомета-

нольная смесь с содержанием метанола 3-5%. Такая смесь тоже

не требует каких-либо переделок двигателя, перерегулировок

топливной аппаратуры и добавления в нее специального стаби-

лизатора (работа двигателя на ней обеспечивает экономию бен-

зина 1,5-3%).

Бензометанольная смесь с содержанием 15% метанола спо-

собна обеспечить нормальную работу автомобиля и экономию

бензина до 14%. Сложность внедрения этих смесей по сравнению

с двумя предыдущими состоит в том, что требуются перерегули-

ровка карбюратора и установка дополнительных трубопроводов

для устранения паровых пробок. Первоначально это топливо це-

лесообразно использовать в средней полосе страны, а после на-

копления опыта расширить область его применения и на другие

районы.

Следующий этап внедрения метанола - раздельная система

подачи метанола и бензина. Преимуществом этого способа явля-

ется то, что при экономии до 20% бензина можно использовать

низкооктановые его сорта без применения дорогостоящего ста-

билизатора.

При разработке экономически оправданных реакторов раз-

ложения метанола последний может применяться и в чистом ви-

де, без добавок бензина. Двигатель при малых нагрузках будет

работать на смесях водорода и окиси углерода, а на режимах,

близких к полной нагрузке, - с добавкой жидкого метанола.

Водород как топливо для автомобилей может найти в буду-

щем широкое применение. До этого его можно будет применять

в виде добавки к бензину.

Добавление воды к бензину в карбюраторных двигателях с

образованием

водобензиновых

эмульсий, а также раздельная по-

дача бензина и воды не дают прямой экономии бензина. Внедре-

ние этого метода требует установки на двигатель дополнитель-

ной системы питания или налаживания производства стабильных

водо-бензиновых

эмульсий с использованием дорогостоящих

стабилизаторов.

166

Контрольные вопросы

В чем заключаются преимущества и недостатки применения син-

тетических спиртов в автомобильных двигателях?

2. В качестве какой добавки в бензины применяют

МТБЭ?

3. В каких районах применяют газовые конденсаты; какими свой-

ствами они обладают и в качестве каких топлив их чаще всего приме-

няют?

4. Что и какие свойства водорода препятствует его применению в

качестве топлива для автомобильных двигателей?

5. В каком виде возможно использование воды, в качестве добавки

к топливам?

Глава 7

СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ,

АГРЕГАТОВ ТРАНСМИССИЙ И ДРУГИХ

МЕХАНИЗМОВ АВТОМОБИЛЕЙ

7.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТРЕНИЯ И ИЗНАШИВАНИЯ.

НАЗНАЧЕНИЕ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

И ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ,

ВЫПОЛНЯЕМЫЕ СМАЗОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Под трением (внешним) понимают сопротивление относи-

тельному перемещению, возникающее между двумя телами в зо-

нах соприкосновения поверхностей по касательным к ним.

Уменьшение потерь на трение и снижение интенсивности изна-

шивания поверхностей деталей - основное назначение смазоч-

ных материалов.

По характеру взаимоперемещения трущихся деталей разли-

чают два вида трения: трения покоя - трение двух тел при пред-

варительном смещении и трение движения - трение двух тел, на-

ходящихся в относительном движении. Трение движения в свою

очередь подразделяется по характеру движения (трение сколь-

жения и трение качения) и по наличию смазочного материала

(трение без смазки, граничное трение и жидкостное трение).

Трение скольжения возникает при движении соприкасающих-

ся тел, у которых скорости в точках касания различны. При тре-

нии качения скорости в точках касания одинаковы по величине и

направлению. Трение качения с проскальзыванием возникает при

одновременном качении и скольжении соприкасающихся тел.

Трение без смазки - это трение двух твердых тел при отсутст-

вии на поверхностях трения введенного смазочного материала

(рис.

7.1).

Граничное трение возникает в том случае, когда по-

верхности трения разделены слоем смазки настолько малой тол-

щины (менее 0,1 мкм), что свойства этого слоя отличаются от

объемных свойств, а сила трения зависит только от природы и

состояния трущихся поверхностей. При жидкостном трении

смазочный слой полностью отделяет взаимоперемещающиеся

рабочие поверхности одну от другой и имеет толщину, при кото-

рой проявляются нормальные объемные свойства масла.

168

Рис. 7.1. Виды трения по наличию смазочного материала:

а - трение без смазки; б - граничное трение; в - жидкостное трение; г - смешанное

трение

К причинам затрат энергии на трение без смазки относят:

механическое зацепление неровностей (шероховатостей) од-

ной трущейся поверхности за неровности другой при их пере-

мещении, силы межмолекулярного притяжения, явление сва-

ривания трущихся пар - отдельных острых выступов в услови-

ях высоких удельных давлений и значительном выделении те-

пла, что может привести к катастрофическому изнашиванию

деталей.

Согласно формуле Амонтона, сила трения скольжения F

пропорциональна нормальной нагрузке

Р:

F=f Р

где / - коэффициент трения (его значение зависит от вида тру-

щихся материалов, качества обработки их поверхностей и соста-

вляет обычно

0,1-0,8,

а при трении меди по меди - 1,3).

Сила трения качения примерно в десять раз меньше силы

трения скольжения несмазанных поверхностей (шарик или ро-

лик соприкасается с поверхностью в точке или по линии). При-

менить подшипники качения удается не везде, и, кроме того, в

169

реальных механизмах преобладает трение с проскальзыванием,

что значительно увеличивает коэффициент трения.

Коэффициент граничного трения находится в пределах

0,08-0,15.

Режим граничного трения очень неустойчив, это пре-

дел работоспособности узла трения. Если граничный слой разру-

шается - нагрузка превысит силы сцепления, - в месте контакта

возникает сухое трение и, как следствие, задиры, заклинивания и

другие неполадки аварийного характера.

Установлено, что толщина и прочность граничных слоев

зависит от химического состава масла и входящих в него приса-

док, особенностей химической структуры и состояния поверх-

ности трения. С другой стороны, поведение граничных слоев

не зависит от вязкости, а определяется взаимодействием моле-

кулярных пленок масла с поверхностью металла. Различают

пленки химического происхождения

(хемосорбция)

и физиче-

ского (адсорбция).

Создание смазочных пленок силами адсорбции обусловлива-

ется наличием в смазочных материалах поверхностно-активных

веществ (ПАВ), несущих электрический заряд. Они обладают

способностью адсорбироваться на поверхностях раздела жид-

кость - твердое тело. Способность смазочных материалов, со-

держащих ПАВ, образовывать на смазываемых поверхностях

достаточно прочные слои ориентированных молекул, обычно

называют маслянистостью или смазывающей способностью

масел. К полярным относятся соединения, содержащие карбок-

сильные группы, спирты, различные

эфиры,

смолы, сернистые

соединения. В некоторые масла для улучшения их смазывающей

способности вводят

противоизносные

противозадирные

при-

садки (рис. 7.2).

Большая скорость образования

хемосорбированных

пленок

обеспечивает их быстрое восстановление в местах разрушения

граничного слоя. Устойчивые химические пленки фосфатов,

хлоридов или сульфидов создаются на поверхности металла бла-

годаря присутствию в смазочных материалах соответствующих

химических элементов. К пленкам этого типа относят также раз-

личные мыла, образовавшиеся из высших органических кислот,

находящихся в масле.

Как адсорбированные, так и

хемосорбированные

пленки, об-

ладая некоторой прочностью и стойкостью, защищают поверх-

ности трения от механических и тепловых воздействий, препят-

ствуют взаимной адгезии трущихся поверхностей.

170

)

в) f

^QOpff/*

0,5 -

(2 - 3) •

10-*

мкм

•

Г/

Oi4

0,3 -

—

[

ЧЧ

Нефтяные

/1]

Г/Г

//У

масла

ill

мТ

Синтети-

ческие

0,2\-

31Ш1Ш1НШ1

масла

Графитиро- \

;

. .

смазки

Ъ,у-

^•SSSS'SS'^^

Органичес-

looSovvSovsxl

кяе

кислоты

Спирт

Трихлор-

этилен

Глицерин

"Парафины

Рис. 7.2. Схема структуры поверхностного слоя и шкала маслянистости (по

Б.В.

Дерягину):

а - монослой полярных молекул (ПАВ) карбоксильной группы

(СООН)

+ на по-

верхности в микрозоне материала, имеющей положительный заряд; / - монослой по-

лярных молекул; 2 - диполь; 3 - поверхность металла; 6 - общая ориентация поляр-

ных и неполярных молекул жидкости в граничном слое толщиной до 1 мкм: / - жид-

кость; 2 - граничная фаза; 3 - адсорбированный монослой; 4 - химические соедине-

ния (хемосорбированная граничная пленка); 5 - зона деформированного металла; 6 -

металл; в - шкала маслянистости:

- минимальная маслянистость; 2 - максимальная

маслянистость

Коэффициент жидкостного трения находится в пределах

0,003-0,03,

а сила трения в этом случае, определяемая лишь вну-

тренним трении слоев в смазочном материале, в

50-100

раз мень-

ше, чем при трении без смазки. Устойчивость смазочного слоя,

необходимого для жидкостного трения, зависит от следующих

факторов: конструкции узла трения, скорости взаимного переме-

щения трущихся поверхностей, удельного давления на них, вяз-

кости смазочного материала, площади трущихся поверхностей,

величины зазора между ними, температурного состояния узла

трения и др.

171

Рис. 7.3. Образование масляного клина при вращении вала в подшипнике

Рассмотренные зависимости иллюстрируются процессами,

отображенными на рис. 7.3. Вращаясь в подшипнике скольже-

ния, вал увлекает находящееся в зазоре масло, и там, величина

min

зазора меньше, возникает давление, под действием которо-

го вал как бы всплывает в заполняющем зазор масляном слое.

С увеличением числа оборотов "клиновое действие" масляного

слоя возрастает: вал все более стремится занять центральное

положение в подшипнике (рис. 7.3, а, б, в, г), и величина

min

возрастает

Сила трения концентрически расположенного вала в под-

шипнике рассчитывается по формуле

Н.П.

Петрова - создателя

гидродинамической теории смазки. В упрощенном варианте сила

жидкостного трения

где

Т|

- абсолютная вязкость масла, Н с/м

; 5 - площадь сопри-

косновения трущихся тел м

; v - скорость перемещения трущих-

ся поверхностей, м/с;

- толщина смазочного слоя, м.

Для определения величины минимального зазора в подшип-

нике установлена следующая зависимость

где С - коэффициент, учитывающий конструкцию подшипника;

Р - давление на трущиеся поверхности.

172

Выдерживание закономерности

mjn

1,5(6, +

- максимальные высоты выступов на поверхностях трения

(рис. 7.1, в) обеспечивает устойчивое и надежное жидкостное

трение.

Для любых пар трущихся поверхностей вязкость масла

должна быть наименьшей, но в то же время обеспечивающей

жидкостное трение. Так, для подшипника коленчатого вала

двигателей внутреннего сгорания она должна быть не менее

4-5

мм

/с.

В реальных условиях эксплуатации может возник-

нуть граничное трение, а при пуске двигателя, высоких рабочих

температуре и нагрузке - полужидкостное трение. Под ним

понимают такое состояние, когда масла в зазоре между трущи-

мися парами недостаточно для полного обеспечения жидкост-

ного трения или когда наряду с жидкостной смазкой имеет мес-

то и граничная смазка. При этом виде трения масляный слой

между трущимися поверхностями частично разрушен, в резуль-

тате чего в отдельных местах соприкосновения трущихся по-

верхностей и возникает граничное (сухое) трение. В этом слу-

чае масло, обладающее высокой смазывающей способностью,

максимально уменьшает трение и износ, а также предотвраща-

ет заедание трущихся деталей.

Полужидкостной вид трения наблюдается нередко (напри-

мер, поршень-цилиндр). В определенных условиях (запуск и ос-

тановка двигателя, резкие колебания скорости и нагрузки, вы-

сокие температура и удельное давление, недостаточные вяз-

кость масла и его подача) узлы трения, рассчитанные на работу

при жидкостной смазке, какую-то часть времени вынуждены

работать при полужидкостной. Жидкостное трение нередко

также нарушается при попадании в масло абразивных механи-

ческих примесей.

Износ трущихся поверхностей - это изменение размеров де-

талей в результате отделения материала с поверхностей трения и

вследствие остаточной деформации поверхностного слоя. Разли-

чают следующие виды изнашивания (по характеру разрушения

деталей): механическое, молекулярно-механическое и коррози-

онно-механическое.

Механическое изнашивание, возникающее в результате меха-

нических воздействий, разделяют на абразивное, гидроабразив-

ное, газообразное, эрозионное, усталостное, кавитационное.

Абразивное изнашивание наиболее распространено. Оно яв-

ляется результатом воздействия на поверхности трения относи-

173

тельно более твердых частиц, например таких, как продукты из-

носа, нагар, пыль и т.п. Даже незначительное количество абра-

зивных частиц, попавших в двигатель, может привести к очень

быстрому износу трущихся деталей.

Гидроабразивное изнашивание так же, как и газоабразив-

ное, - результат действия твердых частиц, увлекаемых соот-

ветственно жидкостью или газом. Усталостное изнашивание

является следствием повторного деформирования микрообъ-

емов материала, из-за которого возникают трещины и проис-

ходит отделение частиц. Эрозионное изнашивание наблюда-

ется при воздействии на поверхность трения жидкости или га-

за. Кавитационное изнашивание возникает в условиях кави-

тации.

Когда механическое изнашивание дополняется воздействием

молекулярных или атомных сил, такой вид износа называют

мо-

лекулярно-механическим.

В этом случае происходит местное со-

единение (сваривание) двух твердых тел, перенос металла с од-

ной поверхности на другую с глубинным вырыванием металла.

Отсюда заедание деталей и задиры.

Коррозионно-механическое

изнашивание определяют как

воздействие на трущиеся поверхности таких агрессивных ве-

ществ, как химически активные газы, кислотные примеси сма-

зочных материалов и других с последующим механическим исти-

ранием поврежденных участков поверхности.

К причинам, от которых зависят возникновение какого-либо

вида изнашивания и его интенсивность, можно отнести следую-

щие: влияние свойств материала трущихся деталей, их конструк-

ции и технологии изготовления, режима работы и условий экс-

плуатации автомобилей, качества топлива и особенно смазочно-

го материала.

Основные функции, которые выполняют смазочные матери-

алы в различных агрегатах автомобилей - это снижение трения

и износа трущихся деталей.

При работе двигателя

могут наблюдаться следующие режимы смазки:

Коэффициент трения

Жидкостная (гидродинамическая)

0,002-0,01

Полужидкостная

(смешанная)

0,01-0,2

Граничная:

смазанные

поверхности

0,05-0,4

несмазанные

поверхности

(окисление)

0,2-0,8

174

Эти режимы реализуются при определенных условиях, зави-

сящих от таких параметров процесса смазки, как вязкость масла,

скорость перемещения движущихся поверхностей и приложен-

ная удельная нагрузка.

7.2. МОТОРНЫЕ МАСЛА

Моторными маслами называют масла, применяемые в двига-

телях внутреннего сгорания, для их смазывания. Условия работы

масел в двигателях внутреннего сгорания постоянно ужесточа-

ются. Форсирование нагрузочных и скоростных режимов двига-

телей, уменьшение удельной емкости системы смазки приводят к

росту температуры основных деталей и, как следствие, к интен-

сификации процессов окисления масел.

Основное назначение системы смазки в двигателе автомоби-

ля, где моторное масло является рабочим телом, осуществлять

подвод масла к трущимся деталям двигателя для уменьшения

трения и износа за счет создания на трущихся поверхностях мас-

ляной пленки. Для этого двигатели внутреннего сгорания имеют

разветвленную систему циркуляционной смазки трущихся дета-

лей (рис. 7.4). Под давлением масло поступает почти во все под-

шипники скольжения двигателя. В некоторых двигателях под да-

влением смазываются направляющие толкателей, поршневые

пальцы в подшипнике верхней головы шатуна, подшипники вала

привода распределителя зажигания, вала привода водяного насо-

са и плунжерные пары насоса высокого давления. К остальным

трущимся поверхностям (цилиндры, поршни, шестерни распреде-

ления и др.) масло поступает разбрызгиванием.

От качества применяемого моторного масла зависит работа

двигателя. Масло должно соответствовать конструкции смазоч-

ной системы двигателя, условиям эксплуатации, качеству приме-

няемого топлива.

В настоящее время ассортимент моторных масел, значитель-

но увеличился. Это обстоятельство связано с тем, что действую-

щий в настоящее время автомобильный парк состоит из старых

и новых моделей автомобилей (создано много объединений вы-

пускающих моторные масла) и появлением в большом количест-

ве на нашем рынке зарубежных масел.

В зависимости от назначения моторные масла подразделяют

на масла для бензиновых, дизельных двигателей и универсаль-

175

—•

К валику привода

прерывателя-

V—

распределителя, масляного

- и топливного насосов

Рис. 7.4. Система смазки двигателя ВАЗ

/ - распределительный вал; 2 - масляный канал распределительного вала с ответв-

лениями для смазки опор, кулачков, толкателей; 3 - коленчатый вал; 4 -

маслоприемник;

5 - редукционный клапан; 6 - масляный насос; 7 - масляный фильтр, внутри которого

имеется

противодренажный

клапан, предотвращающий

стекание

масла из системы пос-

ле остановки двигателя, и перепускной клапан, срабатывающий при засорении фильтра;

- магистральный канал

ные,

применяемые как в бензиновых так и в дизельных двигате-

лях. По климатическим условиям масла подразделяют на летние,

зимние и

всесезонные.

Современные моторные масла это базовые масла с добавле-

нием присадок, улучшающих свойства основы масел или прида-

ющие маслу совершенно новые свойства. Базовые моторные

масла подразделяют на минеральные (полученные из нефти),

синтетические (получаемые в результате синтеза органических

веществ) и полусинтетические (смесь минерального и синтетиче-

ских компонентов).

176

7.2.1. Основные функции, выполняемые моторными маслами,

и требования к ним

Основная функция, которую выполняют моторные масла, -

это снижение трения и износа трущихся деталей двигателя за

счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки. Од-

новременно моторные масла должны обеспечивать:

уплотнение зазоров в сопряжениях работающего двигателя

и, в первую очередь, деталей цилиндропоршневой группы;

эффективный отвод тепла от трущихся деталей, удаление из

зон трения продуктов износа и других посторонних веществ;

надежную защиту рабочих поверхностей деталей двигателя

от коррозионного воздействия продуктов окисления масла и сго-

рания топлива;

предотвращение образования всех видов отложений (нага-

ров, лаков, зольных отложений, шламов) на деталях двигателя

при его работе на различных режимах;

высокую стабильность при окислении, механическом воздей-

ствии и обводнении, т.е. сохранение первоначальных свойств как

в многообразных условиях применения, так и при длительном

хранении;

нейтрализацию кислот, образующихся при сгорании топлива

и окисление масла;

малый расход масла при работе двигателя;

большой срок службы масла до замены без ущерба для на-

дежности двигателя.

Выполнение указанных функций моторными маслами воз-

можно только в том случае, если их качество будет удовлетво-

рять ряду эксплуатационных требований;

обладать оптимальными вязкостными свойствами, предопре-

деляющими надежную и экономичную работу агрегатов на всех

эксплуатационных режимах;

иметь хорошую смазывающую способность, чтобы предот-

вращать интенсивное изнашивание трущихся деталей;

обладать достаточной химической стойкостью, обеспечива-

ющей минимальное изменение свойств смазочного материала в

процессе применения;

иметь высокую моющую, диспергирующе-стабилизирую-

щую способность, обеспечивающую чистоту деталей двигателя;

обладать высокой термической и термоокислительной ста-

бильностью, что позволяет повысить предельную температуру

нагрева масла в картере, увеличить срок замены;

177

иметь высокие

противозадирные

свойства;

обладать устойчивостью к процессам испарения, вспенивания

и образования эмульсий, а также к выпадению присадок;

надежно защищать трущиеся поверхности и другие металли-

ческие детали от коррозионного воздействия как во время рабо-

ты, так и при хранении автомобилей;

быть совместимыми с материалами уплотнения;

малой летучестью, низким расходом на угар.

7.2.2. Вязкостные и низкотемпературные свойства

Вязкость - одно из важнейших свойств масла, имеющее мно-

гостороннее эксплуатационное значение. От вязкости в значи-

тельной мере зависит режим смазки пар трения, отвод тепла от

рабочих поверхностей и уплотнение зазоров, величина энергети-

ческих потерь в двигателе, его эксплуатационные качества; бы-

строта запуска двигателя, прокачивание масла по системе смаз-

ки, охлаждение трущихся деталей и их очистка от загрязнений -

вот неполный перечень немаловажных эксплуатационных фак-

торов, зависящих от вязкостных свойств масла.

При нормальной работе двигателя и использовании обычных

минеральных (незагущенных) масел, как правило, в связи с нако-

плением продуктов окисления и полимеризации масла, попадани-

ем продуктов износа и сгорания топлива вязкость масла увеличи-

вается. Интенсивность этого процесса зависит от температурных

условий в зонах окисления, качества топлива (содержания в нем

серы), совершенства процесса сгорания, эффективности фильт-

рации масла, попадания в него охлаждающей жидкости.

Вязкость масел зависит от температуры и давления. В интер-

вале температур от -30 до +150° вязкость минерального масла

может изменяться в сотни раз.

Понижение температуры масла вызывает повышение вяз-

кости. Высокая вязкость затрудняет запуск двигателя и его по-

дачу к трущимся поверхностям, что влияет на износ сопряжен-

ных деталей.

Повышенная вязкость увеличивает сопротивление враще-

нию деталей двигателя, вызывая потери мощности на трение,

что влечет за собой увеличение расхода топлива.

Повышение температуры масла ведет к понижению вязко-

сти, что может привести к режиму "масляного голодания", выте-

канию его из узлов трения через

ушютнительные

соединения.

178

Из-за неполного сгорания или вследствие утечек из системы

питания в масло работающего двигателя может попадать топли-

во. Все это заметно снижает вязкость и увеличивает износ под-

шипников коленчатого вала.

О степени разжижения масла топливом и наличии в масле

более легких топливных фракций можно судить по параметру,

называемому температурой вспышки. Для современных масел

этот параметр составляет свыше 200 °С, а для дизельного топ-

лива - свыше 55 °С. Поэтому если проба масла имеет темпера-

турную вспышку ниже 175 °С, это свидетельствует о наличии в

нем топлива.

Характеристикой вязкостных свойств моторных масел явля-

ется кинематическая вязкость, определяемая в капиллярных вис-

козиметрах, и динамическая вязкость, измеряемая при различ-

ных градиентах скорости в ротационных вискозиметрах.

Зависимость вязкости масла от температуры выражают эм-

пирическим уравнением Вальтера:

где v, - кинематическая вязкость при искомой температуре,

мм

/сек;

Т - абсолютная температура, К; А и В - постоянные, за-

висящие от свойств масел (обычно А =

0,8-=-0,9

и В =

3,0-ь4,5).

На основе приведенной формулы на сетке с логарифмиче-

скими координатами (рис. 7.5) показана зависимость вязкости от

температуры. Учитывая прямолинейный характер зависимости,

зная вязкость масла при двух любых температурах, можно по но-

мограмме определить его вязкость при любой температуре.

Вязкостно-температурные свойства масел оценивают по

индексу вязкости (ИВ) - условному показателю, характеризу-

ющему степень изменения вязкости масла в зависимости от

температуры и являющемуся результатом сопоставления вяз-

кости данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно-

температурные свойства одного из которых приняты за 100, а

второго - за 0.

Определение индекса вязкости основано на сравнении вязко-

стно-температурных свойств испытуемого масла с вязкостно-

температурными свойствами двух групп эталонных масел

(рис. 7.6). Эталонные масла одной группы имеют очень пологую

вязкостно-температурную кривую, их индекс вязкости условно

принят за 100; масла другой группы обладают крутой вязкостно-

температурной кривой и их индекс вязкости принят равным 0.

179