Температура возгорания масла: градус воспламенения моторного нефтепродукта

Рабочая температура масла и «плюсовые» отклонения от нее

Датчик температуры

Во время работы моторной установки в ее рабочей зоне создается повышенное давление и высокая температура, которые разрушительно влияют на все взаимодействующие детали. В целях противостояния двум этим опасным факторам в систему заливается защитное вещество – масло, призванное поддерживать в установке оптимально комфортную среду. Рабочая температура масла в двигателе автомобиля составляет 90-105 градусов Цельсия. Любое отклонение от нее – вверх или вниз – влечет за собой появление перебоев в работе мотора. Если низкие температуры влияют на запуск мотора и его мощность, то с «плюсовыми» отклонениями дела обстоят более серьезно.

Температура кипения автомобильного масла характеризует свойства каждого используемого в его составе ингредиента. И определяется она самым низким параметром. Так, например, если для одной из присадок будет характерна температура кипения 180 градусов, а для остальных составляющих – 195, то для моторного масла будет устанавливаться именно первый показатель кипения.

Процесс кипения сопровождается пузырением смазки, ее летучестью и образованием большого количества отложений, которые забивают междетальные зазоры и каналы системы смазки.

Т.к. масло, независимо от основы – минеральной, полусинтетической или синтетической – относится к горючим продуктам, то его свойства также характеризует главный параметр — температура вспышки масла. Достижение критической величины вызывает воспламенение ГСМ. Несмотря на то, что многими производителями технических жидкостей указывается температура воспламенения в диапазоне от 230 до 240 градусов Цельсия, в реальных условиях она оказывается гораздо ниже и составляет 150-190 градусов. Связано это с тем, что в процессе сгорания масла в двигателе образуются дополнительные пары, которые и становятся причиной раннего воспламенения смазки. Таким образом, реальная температура вспышки масла зависит от количества пара, образовавшегося в результате его кипения.

Как меняется температура масла в двигателе

В период движения по магистралям двигателя смазка претерпевает серьезные изменения, так как находится под действием высокой температуры. Металлические поверхности цилиндров способны нагреваться до 300°С. Двигаясь по магистрали, смазка может угорать и испаряться. Чтобы нефтяные пары не воспламенялись, применяют небольшую хитрость, а именно используют те углеводороды, у которых высокая температура воспламенения и они неактивны в стандартных рабочих условиях. Данная особенность определяется параметром, называемой температурой вспышки.

Как же определяется это значение? Чтобы узнать этот параметр, масло устанавливают в тигель. Далее резервуар нагревают до воспламенения. Так определяется температурный показатель. На практике это значение составляет 220 гр. Все-таки этот параметр не является критичным и некоторые производители автомасляной продукции не указывают информацию о температуре возгорания.

Оптимальная температура моторного масла

Используемые в промышленности группы материалов, предназначенные для смазывания гидравлических передач, оборудования, измерительной аппаратуры, станков, имеет разнообразный режим эксплуатации.

Как правило, рабочая температура находится в диапазоне 40–60 °C. Но с развитием технологий все чаще стали появляться механизмы с повышенным уровнем нагрузок, требованиями к стойкости масла к окислению в течение нескольких тысяч часов эксплуатации, функциональным режимом до 100 °C.

Рабочая температура материала зависит от его вязкости. Чем выше ее уровень, тем при больших тепловых нагрузках будут сохраняться эксплуатационные свойства индустриального масла.

Нормирование параметров для мало- и средневязкого материала производится при температуре 50 °C, а тяжелого (высоковязкого) – при 100 °C.

Рабочий диапазон эксплуатации масла ограничивается двумя величинами. Нижнее значение – это температура застывания, а верхнее – воспламенения паров.

Для механизмов опасна любая крайность, а при достижении больших тепловых показателей появляется угроза загорания мотора.

Вспышка масла

Вспыхивание смазочного материала происходит при его смешивании с горючим. Этот эффект возникает, когда к нему приближается газовое пламя. Смазка нагревается, появляются пары высокой концентрации, это приводит к их воспламенению. Воспламенение и вспышка характеризуют такой параметр, как летучесть смазочной жидкости. Онанапрямую зависит от типа смазки и степени ее очистки.

Если температура вспышки резко снизилась, это означает, что в двигателе есть серьезные неисправности. К ним относятся:

• неполадки в системе впрыска;
• нарушение подачи топлива;
• выход из строя карбюратора.

Чтобы узнать температуру вспышки конкретного смазочного материала, рабочую жидкость нагревают в специальном тигле при закрытой и открытой крышке. Фиксирование нужного показателя производится при помощи зажженного фитилька, проведенного над тиглем с раскаленным маслом.

При его нагревании сильно увеличивается концентрация паров нефтепродукта. Это вызывает быстрое воспламенение моторного масла, похожее на пожар. Независимо от его вида (синтетическое или минеральное), качественное масло не только вспыхивает, оно продолжает гореть.

Вязкость моторного масла

Характеристика определяет способность жидкого материала сопротивляться течению за счет внутреннего трения. Значение рассчитывают при разных условиях, поэтому различают два ее типа:

• кинематическая вязкость показывает способность материала сопротивляться течению под действием силы тяжести. Измеряется в стоксах (Ст) или в квадратных миллиметрах в секунду (мм2/с). Чаще всего характеристику определяют для температур 40 и 100 °С;
• динамическая вязкость определяет отношение силы к скорости сдвига. Характеристика показывает способность моторного масла к течению при разных температурах, измеряется в сантипуазах (Сп) или в (Н·с/см2).

Присадки

При современном уровне развития двигателестроения использование масла без присадок практически невозможно, т.к. невозможно создание масел, которые обеспечили бы эффективную защиту двигателя и одновременно не разрушались в течение длительного времени. Все современные моторные масла содержат в своем составе пакет (набор) присадок, содержание которых суммарно может достигать 20%.

Присадки можно разделить на несколько типов:

• Вязкостно-загущающие присадки
• Моющие присадки (детергенты и дисперсанты)
• Противоизносные присадки
• Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки)
• Ингибиторы коррозии и ржавления
• Антипенные присадки
• Модификаторы трения
• Депрессорные присадки.

Механизм действия загущающих присадок
Вязкостно-загущающие присадки. Механизм их действия основан на изменении формы макромолекул полимеров в зависимости от температуры. В холодном состоянии эти молекулы, будучи свернутыми в спиральки, не влияют на вязкость масла, при нагреве же они распрямляются, и масло густеет, или, точнее, не становится слишком жидким. Фактически эта присадка повышает индекс вязкости масла. Масла, в состав которых входят вязкостные присадки (до 10%), называют загущенными – это зимние и всесезонные сорта. В зависимости от количества добавленной вязкостно-загущающей присадки можно получить масла с разными вязкостями. Чем выше изначальный индекс вязкости базового масла, тем меньше вязкостно-загущающей присадки необходимо добавлять. Если индекс вязкости достаточно высок, можно получить моторное масло, не содержащее загустителей. Современные тенденции в области разработки моторных масел направлены на создание моторных масел с невысокими диапазонами вязкостей. Причина заключается в том, что такие масла, как правило, обеспечивают энергосберегающие свойства (т.е. позволяют экономить топливо) и содержат невысокое количество загустителя или вообще его не содержат. Почему большое количество загустителя в моторном масле нежелательно для двигателя? В двигателе множество пар трения, где масло подвергается высоким сдвиговым нагрузкам, в результате которых происходит разрушение загустителя. Это приводит к потере вязкости моторного масла, ухудшению функций смазывания (уменьшение толщины смазывающей пленки), а продукты разрушения загустителя являются потенциальным источником нагаров и лаковых отложений в двигателе. Масла с большими диапазонами вязкостей ориентированы исключительно на спортивное применение. Они предназначены только для экстремальных условий эксплуатации, в которых наиболее важны высокие вязкостные свойства, а не их стабильность с течением времени.

Моющие присадки. Моющие присадки нужны для предотвращения образования лаковых и сажевых (в дизелях) отложений на деталях двигателя. Они, как правило, состоят из детергирующих компонентов, которые вымывают продукты окисления масла и износа деталей и несут их к фильтру, и диспергирующих, способствующих дроблению крупных частиц нагара на мелкие (не больше микрона).

Детергенты. Принцип действия этих присадок в двигателе в точности такой же, как и у моющих средств, использующихся в быту. Кроме этого,детергенты обладают щелочными свойствами, т.е. могут нейтрализовать кислоты. Кислоты образуются при сгорании серы, содержащейся в топливе, особенно дизельном и при окислении самого масла. Нейтрализуя такие кислые продукты, эффективно предотвращается коррозия деталей двигателя. Т.е. вторая важная функция таких присадок – нейтрализация кислот и антикоррозионные свойства.

Действие дисперсантов

Дисперсанты. Основная задача этих присадок – поддержание загрязнений в масле в растворенном состоянии, предотвращение их отложений на деталях двигателя, масляных каналах и др., диспергирование (растворение) крупных загрязнений. Диспергирующие добавки удерживают грязь в мелкодисперсном состоянии, не дают ей слипнуться в большие комки и пригореть к металлу. Естественно, грязь проходит по всей системе смазки, фильтр ее пропускает, но это гораздо меньшее зло, чем если бы она осаждалась на металле. Кстати, результаты работы моющих присадок можно наблюдать почти сразу после замены старого масла на новое. Вроде только-только залил, немного поездил – и уже черное! Не волнуйтесь. В данном случае чернота масла свидетельствует о высокой моющей способности его присадок – они смыли грязь со стенок, довели ее до безопасной консистенции, и масло гоняет ее по системе смазки.

Противоизносные присадки. Основная функция – предотвращение изнашивания трущихся деталей двигателя в местах, где невозможно образование масляной пленки необходимой толщины. Они работают путём абсорбирования в поверхность металла, а затем химически реагируя с ней в процессе контакта металл-металл, тем более активно, чем больше тепла при этом контакте образуется, создавая при этом особую металлическую плёнку со “скользящими” свойствами, чем и предотвращают абразивный износ.

Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки). В процессе работы масло в двигателе постоянно подвергается воздействию высоких температур, кислорода воздуха и окислов азота, что вызывает его окисление, разрушение присадок и загущение. Противоокислительные присадки замедляют окисление масел и неизбежно следующее за ним образование коррозионно-активных осадков. Принцип их действия заключается в химической реакции при высоких температурах с продуктами, вызывающими окисление масла. Делятся на присадки-ингибиторы, работающие в общем объеме масла, и на термоокислительные присадки, выполняющие свои функции в рабочем слое на нагретых поверхностях.

Ингибиторы коррозии и ржавления. Ингибиторы коррозии призваны защищать поверхность деталей двигателя от коррозии, вызываемой органическими и минеральными кислотами, образующимися при окислении масла и присадок. Механизм их действия – образование защитной пленки на поверхности деталей и нейтрализация кислот. Ингибиторы ржавления в основном призваны защищать стальные и чугунные стенки цилиндров, поршни и кольца. Механизм действия схожий. Противокоррозионные присадки часто путают с противоокислительными. Это разные вещи. Противоокислительные, как говорилось выше, защищают от окисления само масло. Противокоррозионные же – поверхность металлических деталей. Они способствуют образованию на металле прочной масляной пленки, предохраняющей его от контакта с всегда присутствующими в объеме масла кислотами и водой.

Антипенные присадки. При сильном перемешивании масла с воздухом, что в частности наблюдается при работе двигателя, когда коленвал интенсивно взбалтывает масло в картере, возможно повышенное образование пены. Этому процессу также способствуют различные загрязнения, присутствующие в масле. Ее формирование значительно ухудшает эффективность смазывания деталей двигателя, что может привести к повышенному износу и ухудшению теплоотвода. Противопенные присадки (обычно это силиконы или полилоксаны) не растворяются в моторных маслах, а присутствуют в виде мельчайших капелек. Их действие основано на разрушении пузырьков воздуха. Обойтись без этих присадок практически невозможно, но их присутствие не должно превышать тысячных долей процента – при термическом разложении силикона образуется оксид кремния, который является сильным абразивом.

Модификаторы трения. Для современных двигателей все чаще стараются использовать масла с модификаторами трения, позволяющими снизить коэффициент трения между трущимися деталями с целью получения энергосберегающих масел. Наиболее известные модификаторы трения – графит и дисульфид молибдена. В современных маслах их очень сложно использовать, поскольку эти вещества нерастворимы в масле, а могут быть только диспергированы в нем в виде маленьких частиц. Это требует введения в масло дополнительных дисперсантов и стабилизаторов дисперсии, однако это все равно не позволяет использовать такие масла в течение длительного времени. Поэтому в настоящий момент в качестве модификаторов трения обычно используют маслорастворимые эфиры жирных кислот, обладающих очень хорошим прилипанием к металлическим поверхностям, формированием на них слоя молекул, снижающих трение.

Депрессорные присадки (для минеральных масел). При сильном понижении температуры масла в нем начинают образовываться кристаллы парафинов, что ведет к потере подвижности масла и в результате ухудшается низкотемпературный пуск двигателя и прокачиваемость масла по каналам. В процессе производства базовых масел часть парафинов удаляют, но полное их удаление по технологическим и экономическим причинам невозможно (сильно возрастают затраты на получение базового масла). Обычно минеральное базовое масло имеет температуру застывания около -15°С. Возможность получения минеральных моторных масел с температурами застывания -30°С…-35°С достигается путем введения в масло депрессорных присадок. Эти присадки предотвращают срастание кристаллов парафина, но не предотвращают их появление вообще (принцип действия такой же, как у дизельных антигелей).

Максимальная синтетичность

Синтетическое масло – синтез базовых синтетических веществ, включая полезные для двигателя присадки, которые повышают его износостойкость, защищают от коррозии и обеспечивают чистоту.

Масло, которое называют «синтетика», на таре обозначается Fully Sinthetic. Максимальной синтетичностью принято называть превосходные качества масла, минимальное его горение и сохранение синтетических свойств. Существует классификация моторных масел. На канистре она обозначена SAE (систематизация веществ, разработанная Американской ассоциацией автомобильных инженеров). Он подразделяет все автомасла на классы по вязкости: от 0W до 60. цифра обозначает жидкое масло (используется при отрицательных температурах), а чем больше показатель, тем оно гуще (для положительных температур).

Базовые масла

Моторное масло состоит из основы (базового масла) и присадок. Свойства масла определяются прежде всего химическим составом основы, присадки же предназначены для корректировки и улучшения этих характеристик. С помощью присадок можно значительно повысить эксплуатационные свойства моторных масел, даже изготовленных из не самых лучших базовых масел. Но при длительной эксплуатации и особенно при высоких нагрузках присадки разрушаются, и конечное качество моторного масла, проработавшего в двигателе более половины положенного срока, определяется качеством базового масла. Основы масла бывают минеральные (т.е. полученные путём очистки соответствующей фракции нефти) и синтетические (т.е. полученым путём каталитического синтеза из газов). Комбинация минеральных и синтетических основ, при условии не менее 25 % синтетического базового масла, называется полусинтетической базой.

Молекулы минерального и синтетического масла

Масла — это углеводороды с определенным количеством атомов углерода. Эти атомы могут быть соединены как в длинные и прямые цепи, так и разветвленные, как крона какого-нибудь дерева. Чем более «прямыми» будут цепи, тем лучше будут свойства масла. Так, например, «ветвистым» молекулам легче свернуться в шарик, поскольку они более компактные — именно так происходит замерзание. То есть они будут замерзать при более высокой температуре, чем их «коллеги», состоящие из прямых цепей. Итак, нам нужно получить масло, состоящее из красивых одинаковых прямых углеводородных цепей. Никаких вредных примесей, ненасыщенных связей или колец. Получаемое из нефти масло идет к «идеалу», отсеивая все ненужное более или менее изощренными способами. Если менее — это обычная «минералка», более — гидрокрекинговое масло. В процессе каталитического гидрокрекинга происходит «выпрямление» цепей — изомеризация, но строя отборных молекул таким способом не получить. Ну а синтетическое масло? Его получают из легких газов, «наращивая» длину цепи до нужного числа атомов углерода. Условия этой реакции намного лучше контролируются, поэтому можно получить практически линейные цепи заданной длины.

Условные эксплуатационные характеристики (по возрастанию качества), в % (минеральное базовое масло принято за 100 %)

• Минеральное, обычного качества- 100 %
• Гидрокрекинговое, улучшенное минеральное- 200 %
• Синтетическое, полиальфаолефиновое- 300 %
• Синтетическое, эстеровое- 500 %

По классификации Американского института нефти (API) базовые масла подразделяются на пять категорий:

• Группа I – базовые масла, которые получены методом селективной очистки и депарафинизации растворителями (обычные минеральные)
• Группа II- высокорафинированные базовые масла, с низким содержанием ароматических соединений и парафинов, с повышенной окислительной стабильностью (масла, прошедшие гидрообработку- улучшенные минеральные)
• Группа III- базовые масла с высоким индексом вязкости, полученные методом каталитического гидрокрекинга (НС-технология). В ходе специальной обработки улучшают молекулярную структуру масла, приближая по своим свойствам базовые масла группы III к синтетическим базовым маслам IV группы. Не случайно масла этой группы относят к полусинтетическим (а некоторые компании даже к синтетическим базовым маслам).
• Группа IV– синтетические базовые масла на основе полиальфаолефинов (ПАО). Полиальфаолефины, получаемые в результате химического процесса, имеют характеристики единообразной композиции, очень высокую окислительную стабильность, высокий индекс вязкости и не имеют молекул парафинов в своем составе.
• Группа V – другие базовые масла, не вошедшие в предыдущие группы. В эту группу входят другие синтетические базовые масла и базовые масла на растительной основе.

Химический состав минеральных основ зависит от качества нефти, пределов выкипания отбираемых масляных фракций, а также методов и степени их очистки. Минеральная основа – самая дешевая. Это продукт прямой перегонки нефти, состоящий из молекул разной длины и разного строения. Из-за этой неоднородности – нестабильность вязкостно – температурных свойств, высокая испаряемость, низкая стойкость к окислению. Минеральная основа – самая распространенная в мире моторных масел.

Совершенствование минеральных базовых масел проводится по двум основным направлениям. Первое, при котором масло очищается только до такой степени, чтобы в нем осталось оптимальное содержание смол, кислот, соединений серы, азота и, дополнительно, вводятся присадки для улучшения некоторых функциональных свойств. Такой метод не позволяет получить масла достаточно высокого уровня качества. Второе направление, при котором базовое масло полностью очищается от всех примесей и проводится молекулярная модификация методом гидрокрекинга. В результате получается масло, обладающее ценными свойствами для тяжелых режимов работы (высокая стойкость к деформациям сдвига при высоких скоростях, нагрузках и температурах, высокий индекс вязкости и стабильность параметров).

К какому классу относить такие масла? По цене «гидрокрекинг» ближе к «минералке», а по качеству, как уверяет продавец, ничуть не хуже «синтетики». Но мы же понимаем, что если бы дело обстояло именно так, такое дорогое удовольствие, как синтетическое масло, вымерло бы как класс… Гидрокрекинговое масло ближе к минеральному не только по цене, но и по способу получения, потому что оно тоже производится из нефти. Чем же оно тогда лучше? Как следует из названия, оно проходит более глубокую обработку при помощи гидрокрекинга. А на первых этапах его производство ничем не отличается от производства минерального масла. Из обычного минерального масла разнообразными физико-химическими методами удаляются нежелательные примеси, вроде соединений серы или азота, асфальтеновые (битумные) вещества и ароматические полициклические соединения, которые усиливают коксование и зависимость вязкости от температуры. Депарафинизацией удаляются парафины, повышающие температуру застывания масел. Однако понятно, что удалить все ненужные примеси таким методом невозможно — грубо говоря, это и служит причиной худших свойств «минералки». Обработка масла может продолжиться и дальше. Ведь остались еще ненасыщенные углеводороды, которые ускоряют старение масла из-за окисления, да и примеси тоже остались. Гидроочистка (воздействие водородом при высокой температуре и давлении) превращает непредельные и ароматические углеводороды в предельные, что увеличивает стойкость масла к окислению. Таким образом, масло, прошедшее гидроочистку, обладает дополнительным преимуществом. А что же гидрокрекинг? Это еще более глубокий вид обработки, когда одновременно протекает сразу несколько реакций. Каких? Удаляются все те же ненавистные серные и азотистые соединения, Длинные цепочки разрываются (крекинг) на более короткие с однородной структурой, места разрывов в новых укороченных молекулах насыщаются водородом (гидрирование). Отсюда и название – «гидрокрекинг». Таким образом, при гидрокрекинге налицо все признаки синтеза – создания из исходного сырья нового соединения, с новой структурой и свойствами. Поэтому гидрокрекинг часто называют НС- синтезом. Но не все так просто. Некоторые компоненты нефти, которые обычно считаются вредными, местами могут быть весьма ценными. Например, смолы, жирные и нафтеновые кислоты улучшают липкость и стойкость адсорбционной пленки масла и тем самым улучшают смазывающую способность масла. Некоторые соединения серы и азота обладают антиокислительными свойствами. Таким образом, при глубокой очистке масла некоторые его смазывающие, антиокислительные и антикоррозионные свойства могут ухудшиться. Эта неприятность исправляется специальными присадками, которые добавляют уже на маслосмесительных заводах.

Итак, гидрокрекинговые масла — это продукты перегонки и глубокой очистки нефти. Гидрокрекинг отбрасывает все «ненужное», ну а если захватывается что-то «полезное», необходимые свойства придаются с помощью присадок. Но четко отфильтровать ненужные примеси сложно — поэтому имеет место большее нагарообразование и «содействие» коррозии у гидрокрекинговых масел по сравнению «синтетикой». Гидрокрекинговое масло получается близким по качеству к «синтетике», но быстрее стареет, теряет свои свойства. Зато они обладают высоким индексом вязкости, противоокислительной стойкостью и стойкостью к деформациям сдвига, а от износа могут защищать даже лучше, чем синтетические. С другой стороны, «синтетика» более однородна в смысле линейности углеводородных цепей, что дает преимущества, например, в температуре замерзания. Есть еще один нюанс. Гидрокрекинг — процесс каталитический, как, впрочем, и синтез. Но если первый идет, например, на никеле, то второй — на углероде. Понятно, что углерод в этом смысле лучше, так масло будет избавлено от нежелательных примесей соединений катализаторов.

Самое интересное, что подавляющее большинство моторных масел, позиционируемых как полусинтетические, и даже полностью синтетические, являются ни чем иным, как гидрокрекинговыми маслами. Это общая тенденция крупнейших производителей масел. Программа BP (кроме Visco 7000), Shell (кроме 0W-40), частично Castrol, Mobil, Esso, Chevron, Fuchs построена на гидрокрекинге. Все масла южно-корейской фирмы ZIC- это только гидрокрекинг.

Полусинтетика – это смесь минеральных и синтетических базовых масел, и может содержать в своем составе от 20 до 40 процентов «синтетики». Специальных требований к производителям полусинтетических смазочных материалов в отношении того, какое количество синтетического базового масла (синтетического компонента) должно быть в готовом моторном масле – нет. Также нет никаких предписаний, какой синтетический компонент (базовое масло группы III или группы IV) использовать при изготовлении полусинтетического смазочного материала. По своим характеристикам эти масла занимают промежуточное положение между минеральными и синтетическими маслами, т.е. их свойства лучше обычных минеральных масел, но хуже синтетических. По цене же эти масла значительно дешевле синтетических.

Синтетические масла обладают исключительно удачными вязкостно-температурными характеристиками. Это, во-первых, гораздо более низкая, чем у минеральных, температура застывания (-50°С, -60°C) и очень высокий индекс вязкости, что существенно облегчает запуск двигателя в морозную погоду. Во-вторых, они имеют более высокую вязкость при рабочих температурах свыше 100°C – благодаря этому масляная пленка, разделяющая поверхности трения, не разрушается в экстремальных тепловых режимах. К прочим достоинствам синтетических масел можно отнести повышенную стойкость к деформациям сдвига (благодаря однородности структруры), высокую термоокислительную стабильность, то есть малую склонность к образованию нагаров и лаков (лаками называют откладывающиеся на горячих поверхностях прозрачные, очень прочные, практически ничем не растворимые пленки, состоящие из продуктов окисления), а также небольшие по сравнению с минеральными маслами испаряемость и расход на угар. Немаловажно и то, что синтетика требует введения минимального количества загущающих присадок, а особо высококлассные ее сорта не требуют таких присадок вообще, следовательно, эти масла очень стойкие – ведь разрушаются в первую очередь именно присадки. Все эти свойства синтетических масел способствуют снижению общих механических потерь в двигателе и уменьшению износа деталей. Кроме того, их ресурс превышает ресурс минеральных в 5 и более раз. Основным фактором, ограничивающим применение синтетических масел, является их высокая стоимость. Они в 3-5 раз дороже минеральных.

В роли синтетической базы выступают обычно полиальфаолефины (ПАО) или эстеры, либо их смесь. ПАО – это углеводороды с длиной цепочки порядка 10…12 атомов. Получают ее путем полимеризации (проще говоря – соединения) коротких углеводородных цепочек – мономеров из 3…5 атомов. Сырьем для этого обычно служат нефтяные газы – бутилен и этилен. Эстеры представляют собой сложные эфиры – продукты нейтрализации карбоновых кислот спиртами. Сырье для производства – растительные масла, например рапсовое, или, даже, кокосовое. Эстеры обладают рядом преимуществ перед всеми другими известными основами. Во-первых, молекулы эстеров полярны, то есть электрический заряд распределен в них так, что молекула сама «прилипает» к металлу. Во вторых, вязкость эстеров можно задавать еще на этапе производства основы: чем более тяжелые спирты используются, тем большей получается вязкость. Можно обойтись без всяких загущающих присадок, которые «выгорают» в ходе работы в двигателе, приводят к «старению» масла. Современная технология позволяет создавать полностью биологически разлагаемые масла на основе эстеров, т. к. эстеры являются экологически чистыми продуктами и легко утилизируются. Однако все эти плюсы могут показаться слишком дорогим удовольствием. Эстеровая база стоит в 5…10 раз дороже минеральной! Поэтому их содержание в моторных маслах обычно ограничено 3-5%, и применяются они лишь в самых совершенных продуктах, обычно составляющих вершину товарного ряда компаний-лидеров.

Симптомы сгорания масла

Существует четыре основных симптома закипания смазочного вещества. Среди них:

• изменение показаний термостата. Каждый автомобиль оснащается специальным индикатором на приборной панели, с помощью которого водитель всегда может следить за температурой моторной смазки. При хорошо прогретом двигателе стрелка индикатора должна указывать на среднее значение (небольшие отклонения – не больше одного деления – допустимы в обе стороны). Но как только владелец транспортного средства заметил, что стрелка медленно, но верно ползет в направлении красной границы, значит пришло время бить тревогу — температура автомобильного масла начала повышаться.
• звук кипения. Не во всех, но во многих случаях при появлении подобной проблемы возникает характерный для кипения масла звук. Спутать его ни с чем невозможно.
• дым. Еще один симптом критического повышения – дым, валящий из подкапотного пространства. Обратите внимание, что его появление может сигнализировать не только о кипении масла, но и о закипании охлаждающей жидкости. В последнем случае он будет локализован преимущественно в районе бачка, предназначенного для заливания антифриза или тосола.
• черные выхлопы. Если вы не заметили первые три симптома, или по какой-то причине они не образовались, но температура масла чрезмерно возросла, то выхлопной газ начнет приобретать сине-черный цвет. Его интенсивность возрастет, и не заметить его будет невозможно.

Низкая температура

Низкотемпературные параметры

Важно помнить не только о температуре на улице, но и о рабочей темп. в двигателе, так как на него влияют пробег автомобиля и нагрузки.

В двигателе каждого автомобиля обычно применимы два режима поступления смазывающего вещества:

• граничный, при котором смазывание вокруг поршней осуществляется без давления;
• гидродинамический, когда смазывается под давлением коленчатый вал.

Существуют низкотемпературные параметры смазки. К ним относятся:

• проворачиваемость, указывающая на динамическую вязкость моторных масел и на температурный режим, который делает продукт жидким, таким, при котором есть возможность запуска двигателя;
• прокачиваемость — состояние, позволяющее маслу прокачаться в системе смазки.

Стоит отметить, что рабочая температура прокачиваемости на 5 градусов ниже температурного состояния проворачиваемости.

Таблица температурных показателей

Существует таблица температурных состояний нефтепродукта.

Для всесезонных и зимних моторных масел важна низкая темп. застывания. При запуске холодного двигателя или во время движения с низким температурным показателем жижа поступает в самые отдаленные места.

Температура застывания, которая влияет на поступление рабочей жидкости к трущимся деталям, при этом должна быть ниже темп. окружающей среды. Темп. застывания моторного нефтепродукта должна быть ниже на 5—10°С температуры запуска двигателя.

Таблица температурных показателей

Вспышка и воспламенение индустриального масла

Эти два параметра относятся к высокотемпературным критическим точкам эксплуатации.

Определение

При повышении температуры материала начинается его испарение с образованием газовой смеси над поверхностью. Если к возникшему облаку поднести источник открытого огня, произойдет быстрогаснущая вспышка, которая не приведет к возгоранию масла.

Наименьшая температура, при которой происходит описанный процесс, называется температурой вспышки вещества.

Если продолжать нагрев материала, то в определенный момент загорится само масло, причем огонь продержится в течение пяти секунд и дольше. В этот момент фиксируется температура возгорания масла.

Причины

Во-первых, тепловые параметры вещества могут изменяться в течение его эксплуатации. Во время использования смазки происходят процессы окисления, внутренние химические реакции. Образуются смеси с лаками, красками, появляются нагар, вкрапления мелких частиц, образующихся при трении деталей мотора.

Данные процессы ускоряются при работе агрегата в условиях повышенных температур, самовоспламенении.

Во-вторых, при возникновении подтекания горючего, например, в автомобильном двигателе. Бензин или дизельное топливо имеют более низкие тепловые показатели вспышки. Смешиваясь со смазкой, они понижают значения температуры возгорания моторного масла.

Для жидких веществ наиболее часто устанавливают и используют показатели вспышки. Есть два метода определения ее температуры в открытой емкости (Кливленда) и закрытом тигле (Пенкси-Мартенса). Эти два способа дают приблизительно одинаковые значения, погрешность составляет не более 20 °C.

Для топлива температуру вспышки определяют в закрытом тигле в соответствии с ГОСТ 6356-75, тогда как для моторных масел применяют метод Кливленда (открытый).

Рассмотрим значения тепловых показателей для некоторых жидкостей.

Из таблицы видно, что тепловые показатели топлива заметно ниже, чем у веществ, применяющихся для смазки двигателей.

Для масел, применяемых в процессе приготовления пищи, используется показатель «точка дымления». Это температура, при которой субстанция начинает разлагаться и терять свойства.

Например, подсолнечное нерафинированное масло становится непригодным для употребления уже при 107 °C. А самую высокую тепловую обработку допускается проводить с использованием топленого масла (гхи). Оно сохраняет характеристики до 252 градусов Цельсия.

Признаки

Основанием для того, чтобы заподозрить критическое повышение температуры в двигателе, могут стать:

• показания приборов, которые монтируются в автомобилях и на некотором промышленном оборудовании: если стрелка термостата приближается к красной зоне, необходимо принять меры для охлаждения механизма;
• характерный звук закипания смазки или хлопо́к при вспышке;
• появление дыма вокруг оборудования или из-под капота машины;
• выхлопы автомобиля черного цвета.

При возникновении одного или нескольких признаков перегрева мотора стоит немедленно приступить к устранению появившейся проблемы.

Опасность

При перекаливании снижается вязкость смазывающего состава.

Это, в свою очередь, приводит к:

• уменьшению зазора между деталями механизма;
• ускорению процессов окисления, вступлению состава в химические реакции, старению масла;
• появлению нагаров, отложений, способных спровоцировать детонационный взрыв двигателя;
• образованию пленки, которая запекается на внутренних поверхностях;
• вспышке и возгоранию механизма, который может уничтожить оборудование или автомобиль за считаные минуты.

Вязкость горючего

Смазка применяется в целях избегания сухого трения внутри деталей, располагающихся в двигателе, иначе произойдет их быстрый износ, и мотор выйдет их строя. Нефтепродукт должен исключать вероятность трения и эффективно прокачиваться по каналам.

Таблица значений и характеристик вязкости смазочного продукта по SAE.

Температура сгорания является важным параметром, указывающим на исправность смазки. Смазочный материал должен быть вязким. Этот критерий напрямую зависит от температуры. Поэтому важно, чтобы все процессы в моторе работали слаженно и не выходили за допустимые нормы.

При создании двигателей, производители рассчитывают оптимальную вязкость моторного масла. Учитывается и тот факт, что под воздействием определенных температур она может изменяться.

Вспышка определяется по нагреванию в открытом или закрытом тигле. Для фиксации данного параметра необходимо провести зажженным фитильком над местом расположения смазочного материала.

Для рабочей температуры масла в двигателе должно соблюдаться одно важное правило: этот критерий может повышаться только на два градуса в течение минуты. Что касается смазывающего материала, то он должен гореть.

Важный параметр моторного масла – это его вязкость. Он не должен выходить за пределы нормы, только в этом случае можно добиться нормальной работы двигателя.

Температура вспышки характеризуется наличием в ней фракций. Связан этот показатель с испаряемостью материала.

Оптимальный температурный режим равен 225 °.

Фракции в составе горючих материалов указывают на их плохое качество. Использование масел этого типа приведет к быстрому испарению и выгоранию. Температурные свойства будут нарушены.

Смазочные и горючие материалы всегда должны быть качественными. В противном случае, это повлияет на работу двигателя. Температура должна быть оптимальной, иначе – вязкость снизиться и горючее будет быстрее улетучиваться. Это указывает на один неизменный факт: в моторе все должно работать слаженно.

Внутри работающего двигателя создаются повышенные нагрузки — высокая температура и мощное давление. Однимиз основных требований к любому моторному маслу является его способность сохранять свои свойства при повышенных температурах. Существует два показателя, по которым определяется качество смазочной жидкости:

1. Температура вспышки и застывания.
2. Вязкость.

Температура кипения моторного масла должна находиться в установленном диапазоне. Это возможно только при соответствии смазочного продукта заявленным характеристикам — масло должно быть высокого качества. Повышение температурного показателя может привести к поломке двигателя внутреннего сгорания. Закипание смазки происходит при неправильном уходе за силовым агрегатом и создании нагрузки выше допустимого уровня.

Что делать, если закипело масло?

Если вы стоите в пробке или на парковочном месте и заметили горение масла, сразу же заглушите мотор. Паниковать не нужно, главное – остановить работу двигателя.

При появлении дыма из подкапотного пространства во время езды останавливать машину нужно следующим образом:

1. Минимизируйте нагрузку на силовую установку – для этого уберите ногу с педали газа, чтобы понизить обороты.
2. Включите автомобильную печь на максимальный обдув – это позволит вывести из рабочей зоны часть перегретого воздуха и снизить его концентрацию в движке.
3. Если позволяют дорожные условия, прокатитесь накатом до полной остановки автомобиля. Встречный поток ветра охладит моторный отсек.
4. Как только машина остановится, выждите еще 5 минут и только после этого глушите двс.

Помните! Во время повышения температурного параметра внутри двигательной системы нельзя допускать резкого торможения транспортного средства.

Влияние вязкости масла на стабильность работы двигателя

Смазочные материалы необходимы для снижения сил трения между поверхностями рабочих деталей и узлов силового агрегата. При работе «на сухую» происходит заклинивание, быстрый износ и выход из строя всего мотора.К основным требованиям относятся следующие функции:

1. Исключение трения между деталями.
2. Свободное прохождение смазочной жидкости по всем каналам масляной системы.

Показатель вязкости смазки является важным параметром. Он находится в прямой зависимости от температуры двигателя и окружающей среды. Значение вязкости может отклоняться от оптимальных показателей вследствие повышения температуры внутри мотора. Для обеспечения слаженной работы всех систем силового агрегата необходимо, чтобы все рабочие процессы проходили в пределах допустимых норм.

Чем опасна высокая температура?

Если температура масляного материала становится выше 105 градусов Цельсия, то его вязкость быстро снижается, и детали из-за нарушенного защитного слоя начинают соприкасаться друг с другом. Как только это произойдет, сила трения внутри силовой конструкции возрастет, что послужит причиной сокращения теплового зазора между элементами. Повышение температуры моторного масла активирует его окисление и быстрое устаревание.

Отложения на маслозаборнике

От циркуляции в моторе испорченной смазки на всех узлах конструкции остаются частички шлама, лаки и нагар. Из-за возгорания масла количество вредных отложений существенного возрастает.

Нагар образуется на поверхностях деталей в результате окисления углерода и представляет собой скопление твердых веществ. Среди них – свинец, железо и прочие металлические частицы. В больших количествах нагар провоцирует троение двигателя, калильное зажигание, а может и вовсе стать причиной детонационного взрыва.

В результате окислительных реакций в силовой установке образуются масляные пленки – лаки, которые под воздействием высоких температур запекаются на движущихся элементах системы.

В состав лаков входят зола, кислород, водород и углерод. Основную опасность они представляют поршням, поршневым кольцам и канавкам, а также цилиндрам двс.

Как только температура моторного масла превысит отметку в 125 градусов, оно полностью утратит былую вязкость и начнет вытекать сквозь неплотности конструкции. Таким образом, двигательная система начнет испытывать масляное голодание.

Самым опасным последствием перегрева моторной смазки может стать пожар — после него восстановить автомобиль будет уже невозможно.

Правила подбора масла

Как указывалось выше, выбор того или иного моторного масла должен основываться не только на показаниях вязкости и допусках автопроизводителей. Кроме этого, существует еще три обязательных параметра, которые нужно учитывать:

• свойства смазочного материала;
• условия эксплуатации масла (режим работы двигателя);
• конструкционные особенности двигателя.

На первый пункт во многом зависит то, какого типа масло — синтетика, полусинтетика или полностью минеральное. Желательно, чтобы смазывающая жидкость обладала такими эксплуатационными характеристиками:

• Высокими моющими диспергирующе-стабилизирующими и солюбилизирующими свойствами по отношению к нерастворимым элементам, находящимся в масле. Упомянутые характеристики позволяют быстро и просто очищать поверхность рабочих деталей двигателя от различных загрязнений. Кроме того, благодаря им детали проще очищать от грязи при их демонтаже.
• Способность нейтрализовать воздействие кислот, тем самым предотвращая чрезмерный износ деталей двигателя и увеличивая его общий ресурс.
• Высокие термические и термоокислительные свойства. Они нужны для того, чтобы эффективно охлаждать поршневые кольца и поршни.
• Невысокая летучесть, а также низкий расход масла на угар.
• Отсутствие свойства образовывать пену в любом состоянии, хоть в холодном, хоть в горячем.
• Полная совместимость с материалами, из которых выполнены уплотнители (обычно маслостойкая резина), используемые в системе нейтрализации газов, а также в других системах двигателя.
• Качественное смазывание деталей двигателя в любых, даже критических, условиях (при морозе или перегреве).
• Способность без проблем прокачиваться через элементы системы смазки. Это не только обеспечивает надежную защиту элементов двигателя, но и облегчает запуск двигателя в мороз.
• Не вступление в химические реакции с металлическими и резиновыми элементами двигателя при его долгом простое без работы.

Перечисленные показатели качества моторного масла зачастую являются критическими, и если их значения будут ниже нормы, то это чревато недостаточным смазыванием отдельных деталей двигателя, их чрезмерным износом, перегреванием, а это, как правило, приводит к снижению ресурса как отдельных частей, так и двигателя в целом.

Каждый автолюбитель должен периодически следить за уровнем моторного масла в картере, а также за его состоянием, поскольку от этого напрямую зависит нормальная работа двигателя. Что касается выбора, то его следует выполнять, опираясь, в первую очередь, на рекомендации производителя двигателя. Ну, а приведенная выше информация о физических свойствах и параметрах масел, наверняка помогут вам сделать правильный выбор.

Источник

Чем опасна высокая температура в двигателе

Температурный диапазон автомасел достаточно широк. При прогреве силового агрегата до рабочего состояния вязкость моторной жидкости демонстрирует нормальные показатели. При перегреве эти показатели начинают снижаться, смазывание ухудшается, а масляная пленка не способна удержаться на поверхности деталей.

Масло, нагретое до 125℃ начинает подаваться в обход поршневых колец, смешиваясь с топливом начинает выгорать. Происходят необратимые изменения. Смазочная жидкость активно улетучивается. Выявить это можно по увеличенному расходу материала.

Чрезмерное нагревание приводит к закипанию, что может привести к серьезным проблемам с ДВС.

Во избежание перегрева моторного масла в двигателе специалисты рекомендуют:

• избегать длительных поездок при высоких оборотах;
• своевременно производить замену смазочных материалов;
• серьезно относиться к выбору автомасла, исключить использование некачественных и сомнительных продуктов;
• отслеживать температуру.

Еще одним важным условием для бесперебойной работы двигателя автомобиля является следование рекомендациям производителя по обслуживанию транспортного средства, а при выборе смазочного материала следует учитывать официальные допуски моторных масел. Отклонение от заводских рекомендаций могут привести к перегреву двигателя и преждевременному его износу.

Рабочая температура и ее изменения

Находящееся в картере мотора масло имеет разную степень нагрева. Наибольшая температура смазки при работе двигателя достигается на поверхности зеркал цилиндров и днище поршня. Часть смазывающего вещества, попадающего в рабочую камеру, сгорает или выбрасывается с отработавшими газами. Если на силовом агрегате установлена турбина, часть смазки отводится к подшипниковым опорам. Допустимая норма расхода рабочей жидкости зависит от производителя силовой установки (находится в пределах от 500 мл до 1,0 л на 1000 км пробега).

Таблица температурных параметров в разных точках для бензиновых моторов

Ниже в таблице приведены нормальные значения рабочей температуры масла в двигателе атмосферного типа с искровым зажиганием.

Из таблицы видно, что максимальные температурные нагрузки достигаются в камере сгорания и на боковой поверхности цилиндра. Степень нагрева снижается по телу поршня по мере удаления от поверхности, на которую воздействуют раскаленные газы.

Например, в моторе ВАЗ-21083 (карбюраторная система питания, рабочий объем 1,5 л) днище имеет температуру +337. +357 °С, а внутренняя часть поршня при этом не прогревается более чем до +190. +210 °С. Соответственно, залитое масло работает в переменных условиях и имеет разную текучесть.

Таблица значений температуры для дизельных двигателей

Таблица степени нагрева смазки в дизельных двигателях с атмосферным смесеобразованием приведена ниже.

Температурные нагрузки в моторах с воспламенением от сжатия ниже из-за уменьшенной частоты вращения и сниженной теплотворной способности горючего. Силовые агрегаты применяются на грузовых автомобилях, где испытывают повышенные нагрузки. Используемое масло образует устойчивую защитную пленку между трущимися деталями в условиях перепадов частоты вращения.

Тестовые замеры проводились в летний период при температуре воздуха +20 °С. В зимнее время степень нагрева деталей снижается на 20-30 °С (зависит от климатической зоны).

Причины перегрева моторного масла – как с ними бороться

• Во-первых, следует по возможности подбирать смазочные материалы с улучшенными температурными характеристиками. В данном случае есть прямая связь с типом основы. Минеральное масло закипает быстрее, и часто работает в граничных режимах, близких к несовместимости с температурными допусками. Если ваш двигатель работает с повышенными нагрузками (например – турбина или высокофорсированная конструкция), то лучше применять синтетическое масло или полусинтетику.
• Во-вторых – следует разобраться с системой охлаждения масла. В некоторых моторах имеется радиатор охлаждения смазки, либо его роли выполняют специальные ребра на картере мотора или его поддоне. Внешние стенки двигателя должны быть чистыми, масляно-пылевая шуба ухудшает теплообмен.
• Разумеется, сам по себе мотор не должен перегреваться. Неисправная система охлаждения (помпа, радиатор, термостат) приводит не только к перегреву блока цилиндров. Лишние градусы получает и моторное масло.
• Внутри силовой установки есть многочисленные каналы, по которым смазка распределяется по всему объему. При нормальном состоянии фильтра, и функционировании помпы, моторное масло интенсивно перемещается внутри двигателя. При этом горячая смазка из зоны работы поршней, активно меняется с уже остывшей, со дна картера. Общая температура смазочных материалов стабилизируется.
• И, разумеется, необходимо своевременно проводить регламентные работы. По мере износа смазки, меняются ее характеристики, в том числе и температурные.

Тестирование моторных масел путем нагрева — видео

Причины образования проблемы

Разберем причины, из-за которых температура моторного масла начинает повышаться:

• Основная причина повышения рабочей температуры защитной смазки – это ее низкое качество. Если вы стремитесь сэкономить на техническом обслуживании своего средства передвижения, сразу готовьтесь к появлению неприятных сюрпризов в его работе. Низкокачественное моторное масло не справляется с постоянными скачками температур внутри силовой установки: оно быстро теряет эксплуатационные свойства, превращаясь в водянистую жидкость, которая мало того, что начинает стремительно стекать с механизмов, оставляя их без защиты, так еще и начинает гореть и испаряться.

Аналогичная ситуация возникает и с высококачественным смазочным материалом после его устаревания. Если владелец автомобиля пренебрег заменой масла, то нефтепродукт также может спровоцировать повышение температуры внутри двигательной системы.

• Неисправности в охладительной системе также могут стать причиной резкого роста температуры масла. Например, спровоцировать это может обрыв или ослабление ремня привода вентилятора или насоса системы охлаждения, неисправность гидромуфты привода вентилятора, загрязненность радиатора и прочие несовершенства конструкции.

Это две основные причины, которые могут вызвать кипение масла внутри силовой установки.

И напоследок

Как уже стало понятно из вышесказанного, повышение рабочей температуры смазочного состава – опасный недуг, с которым может столкнуться каждый автолюбитель. Обезопасить себя и свое средство передвижения можно при помощи своевременно проводимых технических обслуживаний. При этом экономия на смазочном ГСМ не уместна: низкая температура вспышки масла моторного может выйти боком. Используемая для автомобильных моторов смазка должна полностью соответствовать требования автопроизводителя.

Стандарты и спецификации

SAE J300

Классификация вязкостно-температурных свойств смазывающих материалов SAE J300 разработана американским обществом автомобильных инженеров Society of Automotive Engineers. Система делит масла на два типа: летние и зимние (маркировка W – winter). Для материалов, предназначенных для эксплуатации при низких температурах, дополнительно регламентируют предел прокачиваемости (тест MRV – Mini Rotary Viscometer) и проворачиваемости (CCS – Cold Cranking Simulator) коленвала. Для летних сортов определяют прочность на сдвиг при экстремальном нагревании (тест HTHS – High Temperature High Shear Rate). Класс вязкости по SAE J300 указывает на диапазон температур эксплуатации конкретной марки моторного масла. Обозначение всесезонных сортов сочетает два показателя: зимний и летний. Например, 5W-40.

Классы вязкости зимних моторных масел SAE J300

Температура застывания масла

При застывании смазочное вещество становится малоподвижным, его тягучесть полностью исчезает. Смазка застывает вследствие кристаллизации парафина. Моторное масло при низкой температуре резко изменяет свои свойства. Оно обретает твердость и теряет пластичность.

Смазочный материал должен обладать оптимальным температурным показателем, находящемся в пределах между коэффициентами вспышки и застывания.

Значения этого параметра со сдвигом, ближе к тому или иному коэффициенту, приводит к снижению смазывающих свойств и потере работоспособности двигателя внутреннего сгорания.