Лекция: Автомобильные масла

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«АЛТАЙСКИЙ ТРАНСПОРТНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Лекция

Тема:  Автомобильные масла

Специальность: 23.02.07 Техническое обслуживание и ремонт автотранспортных средств

Барнаул, 2025

Автомобильные масла.

Общие сведения

Автомобильные смазочные материалы применяют для уменьшения потерь энергии на трение и для снижения износа трущихся деталей.

Потери на преодоление сил трения благодаря смазыванию снижаются в десятки и сотни раз. При современных скоростях и нагрузках узлы сопряжения двигателя и трансмиссии разруши­лись бы без смазывания в течение нескольких секунд из-за задиров, заклинивания или расплавления и сваривания деталей вследствие выделения большого количества теплоты.

Кроме того, смазочные материалы охлаждают и очищают от продуктов износа трущиеся поверхности и предохраняют их от коррозии.

Эксплуатационные требования к смазочным материалам

Затраты на смазочные материалы на автотранспортных предприятиях, как правило, не превышают 1—2 % себестоимости одного тонно-километра.

Однако экономическое значение смазочных материалов определяется не только затратами на них, но и их влиянием на межремонтный пробег, топливную экономичность и производительность автомобилей.

Смазочные материалы должны отвечать следующим требованиям:

— обеспечивать разделение трущихся деталей надежным масляным слоем (жидкостное трение) или создавать на их поверхности прочную масляную пленку (граничное трение);

— удерживаться на поверхности неработающих деталей, предохраняя их от коррозии;

— обеспечивать теплоотвод от трущихся деталей;

— обладать способностью смывать с трущихся поверхностей продукты износа и легко отделяться от них;

— не изменять продолжительное время своих свойств в процессе работы и хранения;

— быть экономичными и недефицитными.

Кроме того, масла, используемые в двигателях, должны быть химически устойчивыми при высоких температурах, а при сгорании образовывать минимальное количество нагара.

Трансмиссионные масла должны образовывать масляную пленку на зубьях зубчатых колес в местах их контакта, т. е. обладать высокими противозадирными и противоизносными свойствами. Последнее достигается введением в трансмиссионные масла химически активных присадок, которые при высоких температурах и давлениях в зоне контакта образуют на поверхности металла прочные сульфидные и фосфидные пленки, предотвращающие задиры трущихся поверхностей. Сернистые масла имеют лучшие противоизносостойкие свойства, чем бессернистыс.

Классификация масел

Масла по назначению делятся на моторные (для двигателей), трансмиссионные (для трансмиссии) и гидравлические (для гидравлических систем автомобиля).

Одним из основных свойств масел является их вязкость. Под вязкостными свойствами масла понимают совокупность свойств, характеризующих вязкость данного масла в заданных условиях работы в зависимости от температуры, давления и приложенного напряжения сдвига. С понижением температуры вязкость масла повышается. Зависимость вязкости от температуры характеризует вязкостно-температурные свойства масла. От вязкости в значительной мере зависят режим смазывания, величина энергетических потерь, пуск двигателя, прокачивасмость масла по смазочной системе. Поэтому смазочные масла должны обладать оптимальной вязкостью при рабочей температуре, которая по возможности должна как можно меньше зависеть от температуры окружающей среды.

Моторные масла работают в следующих условиях: давление до 100 МПа, температура отработавших газов до 2000 °С. При этом выделяют три температурные зоны: высокотемпературную, среднетемпературную и низкотемпературную.

К высокотемпературной зоне относятся: камера сгорания и днище поршня, которые нагреваются от 400 до 800 °С; к средне-температурной — поршень с кольцами и пальцем, стенки цилиндра (до 300—350 °С); к низкотемпературной — картер и коленчатый вал (до 100—180 °С). Кинематическая вязкость моторных масел нормируется при температурах 100, 0 и  – 18 °С.

Условия работы трансмиссионных масел иные. Они должны быть работоспособны при температурах от —50 до +50 °С. Кинематическая вязкость для трансмиссионных масел нормируется при температурах 100, 50 и 0 °С.

В маркировку масел входит вязкость при температуре 100 °С как для моторных, так и для трансмиссионных масел.

Непостоянство условий эксплуатации, связанное с пуском двигателей, изменением скоростных и нагрузочных режимов, сменой времен года, отражается на температуре работающего масла, что влечет за собой изменение вязкости. Поэтому вязкость масла должна как можно меньше зависеть от температуры. Эту зависимость показывает вязкостно-температурная характеристика (ВТХ), по которой определяют индекс вязкости.

Индекс вязкости — условный показатель, отражающий результат сопоставления вязкостного показателя данного масла с двумя эталонными, при этом вязкостно-температурные свойства одного приняты за 100, а другого за единицу. Для вычисления индекса вязкости пользуются номограммами (рис. 2.1). Для моторных не-загушенных масел индекс вязкости должен быть до 100, для загущенных — 115—140, для трансмиссионных — 90—140.

У масел с низкой вязкостью зависимость от температуры значительно меньше, чем у масел с высокой вязкостью. Чтобы сохранить хорошие вязкостно-температурные свойства низковязкостных масел, их загущают. В качестве исходных базовых масел для загущения используют масла с вязкостью при температуре 100 °С менее 5 мм²/с. Загущающей присадкой являются полимерные материалы — полиизобутилен, полиметакрилат и др. Добавка составляет 3—4 %. Загущенные таким образом масла имеют необходимые значения вязкости при положительных температурах, пологую кривую изменения вязкости, присущую низковязким маслам. Принцип действия вязкостных присадок основан на способности макромолекул полимера с понижением температуры свертываться в клубочки, не влияя на вязкость масел, а при положительных температурах клубочки разворачиваются в разветвленные цепи, увеличиваясь в объеме и повышая вязкость масел.

На рис. 2.2 показано влияние присадки на вязкость масла при различных значениях температуры.

Температура застывания

При понижении температуры значение вязкости масла растет и в конце концов масло теряет свою текучесть, т. е. застывает. Застывание масла связывают с наличием в нем высокоплавких н-алканов. Застывшее масло не прокачивается и не смазывает детали, которые в результате работают при сухом трении с большим износом.

Снижения температуры застывания масла добиваются путем депарафинизации и добавок депрессаторов. Значение температуры застывания масла нормируется ГОСТом: для незагущенных моторных масел — 20—30 °С, для затушенных — от -35 до -45 °С, для трансмиссионных — от -18 до —55 °С.

Стабильность

Масло при работе в двигателях и других агрегатах окисляется кислородом воздуха, в результате чего в нем появляются новые вещества (смолы, органические кислоты и т. п.). Различают физическую и химическую стабильность.

Масла обладают высокой стабильностью до температуры 50 °С. Поэтому масла можно хранить более 5 лет. При более высоких температурах стабильность снижается, а их коррозионное воздействие увеличивается.

Физическая стабильность характеризуется испаряемостью масла, которая определяется температурой вспышки.

Температурой вспышки называют минимальную температуру, при которой пары масла, смешиваясь с воздухом, образуют смесь, воспламеняющуюся от открытого огня. Температура вспышки для моторных масел не ниже 200 °С, для трансмиссионных — 128 °С и выше.

Химическая стабильность характеризуется кислотным или щелочным числом. В процессе работы масла окисляются до альдегидов, карбоновых кислот и т. п., что увеличивает их коррозионное воздействие на металл.

Щелочное число определяется количеством едкого калия (в мг), эквивалентным количеству соляной кислоты, израсходованной на нейтрализацию сильных оснований, содержащихся в 1 г масла. По ГОСТу кислотное число для масел должно быть не более 2—6 мг.

Содержание механических примесей и воды в маслах не допускается. Вода при перемешивании с маслом создает эмульсию, ухудшая смазывание деталей. В зимнее время из-за замерзания вода может вызвать поломку масляного насоса.

Наиболее эффективный способ повышения антиокислитель-ных свойств масел — добавление специальных присадок (фтор-углеродистых, дитиофосфатов, диолов и др.)

Моторные масла

Условия работы и причины старения

Старение масла происходит вследствие загрязнения его пылью, продуктами износа, сгорания топлива и физико-химических изменений углеводородов.

Старение масла может вызвать:

— закоксовывание поршневых колеи;

— заклинивание клапанов в направляющих втулках;

— прогарание клапанов;

— сокращение проходных сечений маслоприемников насосов, фильтров, каналов смазочной системы;

— повышение коррозии деталей;

— абразивный износ.

Старение масла обусловлено его работой, которая происходит в условиях высоких термических и динамических нагрузок и сопровождается такими факторами, которые вызывают глубокие физико-химические изменения свойств материала и ухудшение их эксплуатационных показателей. К этим факторам относятся: использование наддува; форсирование скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя; уменьшение удельной емкости смазочной системы, приводящее к увеличению интенсивности работы масла и повышению температуры основных деталей.

В зависимости от температуры, при которой происходит окисление масла, могут образовываться имамы, лаки и нагар.

В составе отработавшего масла всегда больше кислот, его коррозионность выше, а моющие свойства по сравнению со свежим маслом того же сорта хуже. Качество работающего масла ухудшается из-за попадания в него воды. Особенно интенсивно идет образование воды при низких температурах, когда водяные пары соприкасаются с холодными стенками картера.

Моторные масла должны отвечать следующим эксплуатационным требованиям:

— обеспечивать уплотнение зазоров в сопряжениях работающего двигателя и, в первую очередь, в деталях цилиндропоршневой группы;

— обеспечивать эффективный отвод тепла от трущихся деталей, удаление из зон трения продуктов износа;

— надежно защищать рабочие поверхности деталей двигателя от коррозионного воздействия продуктов окисления масла и сгорания топлива;

— предотвращать образование всех видов отложений (нагары, лаки, зольные отложения, шламы) на деталях двигателя;

— иметь высокую стойкость против окисления, механического воздействия и обводнения;

— иметь минимальный расход;

— иметь большой срок службы.

Кроме того, моторные масла должны обладать хорошей вязкостно-температурной характеристикой, высокой моюще-диспергирующей способностью.

Классификация моторных масел и их обозначение

Согласно принятой классификации масел (ГОСТ 17479.1—85), всем моторным маслам присвоен индекс, и они разделены на классы и группы в зависимости от их вязкости (табл. 2.2) и эксплуатационных свойств.

По эксплуатационным свойствам (наличие и вид присадок) масла делят на следующие группы:

А — для нефорсированных двигателей;

Б — для малофорсированных двигателей;

В — для среднефорсированных двигателей;

Г — для высокофорсированных двигателей;

Д — для дизелей, работающих в тяжелых условиях.

По типу двигателя маслам присваивается цифровой индекс: 1 — для карбюраторных, 2 — для дизелей. Масла универсальные не имеют индекса.

По вязкости масла подразделяются на три класса: летние, зимние, всесезонные. Летние масла нормируются значением кинематической вязкости при температуре 100 °С, зимние — при 100 и при -18 °С. Всесезонные масла обозначаются дробью: в числителе указывается класс вязкости зимнего, а в знаменателе — летнего масла.

Маркировка моторных масел включает в себя: букву «М» — принадлежность к моторным маслам; цифру — класс кинематической вязкости (при обозначении дробными цифрами в числителе указывается класс вязкости масла при температуре -18 °С, а в знаменателе — при 100 вС). Прописные буквы указывают на группу масла по эксплуатационным свойствам, индекс 1 — для карбюраторных двигателей, 2 — для дизелей. Используют и дополнительные индексы: рк — рабоче-консервационные масла; з — масло, содержащее загущающую присадку; цл — для циркуляционных и лубрикаторных смазочных систем; 20 и 30 — значение щелочного числа и т. д.

Примеры обозначения масел:

М-8-В,: М — моторное; 8 — класс вязкости; В — по эксплуатационным свойствам относится к группе В (среднефорсированные двигатели); индекс 1 — предназначено для карбюраторных двигателей.

М-10-Г2К: М — моторное; 10 — класс вязкости; Г — по эксплуатационным свойствам относится к группе Г (высоко-форсированные двигатели); индекс 2 — предназначено для дизелей; индекс К — масло предназначено для автомобилей марки «КамАЗ».

М-6/10-В: М — моторное; 6 и 10 — классы вязкости; буква «з» означает, что масло имеет загущающую присадку, улучшающую вязкостно-температурные свойства, и предназначено для всесезонного или зимнего применения; В (без индекса) — масло универсальное и предназначено как для карбюраторных двигателей, так и для дизелей.

В табл. 2.3 и 2.4 приведены характеристики некоторых моторных масел.

С 1993 г. отечественные производители моторных и трансмиссионных масел наряду с классификацией по ГОСТ 17479.1—85 применяет и мировую систему классификации. В этом случае масла классифицируются по вязкости — SAE (Содружество американских инженеров) и по условиям эксплуатации или уровню качества, разработанному Американским нефтяным институтом (API).

Согласно SAE масла подразделяются на три категории: летние, всесезонные, зимние. Летние маркируются: 20, 30, 40, 50 (вязкость в секундах Сейболта при температуре 98,9 °С); зимние — I0W, 15W, 20W, 25W (цифры означают вязкость в секундах Сейболта, a «W» — первая буква английского слова «Winter» — зима); всесезонные (загущенные) масла имеют двойную нумерацию. Например, 10W/50 означает, что данное масло при температуре минус 17,8 °С соответствует по вязкости SAE 10, а при температуре 98,9 °С — SAE 50.

Классификация масла по условиям эксплуатации API подразделяет масла на две категории: S — категория «Сервис» (для карбюраторных двигателей) и С — коммерческая категория (для дизелей). При этом для карбюраторных двигателей применяют маркировку SA, SB, SC, SD, SE, SF, а для дизелей — CA, CB, CD. Таким образом, вторая буква обозначает степень качества масла. В настоящее время за рубежом выпускают масла только групп SF и SG для бензиновых двигателей, а для дизелей — СС, CD, СЕ.

Большинство современных масел универсальны, т. е. применимы как для бензиновых двигателей, так и для дизелей. Такие масла имеют двойное обозначение — SF/CC, SF/CD, CG/CD, SG/CE, CD/SF, СЕ/SG и др., где на основное назначение указывают первые буквы.

Для двигателя 3M3-53 автомобиля ЗИЛ-130 применяется масло М-8-В,.

Масло М-6/10-В используют как универсальное для карбюраторных двигателей. Оно пригодно также для мало- и среднефорсированных дизелей.

Масла М-8-Гж и М-10-Г2 используются соответственно в качестве зимнего и летнего для высокофорсированных дизелей.

В небольшом количестве выпускаются универсальные масла на импортных присадках, такие, как М-8-ГИ, М-10-ГИ, М-12-ГИ.

В определенных случаях отработавшие масла собирают и регенерируют. В маркировку таких масел добавляют букву «Р», например, М-8-Б,Р.

В любом случае при выборе марки масла необходимо руководствоваться рекомендациями завода-изготовителя данного двигателя или данного автомобиля.

В табл. 2.5 показано соответствие групп моторных масел по эксплуатационным свойствам согласно ГОСТ 17479.1—85 и API.

Переход масел от низших групп к более высоким достигается, как правило, путем расширения ассортимента и количества присадок.

Существует еще и европейская классификационная система АСЕА (Ассоциация европейских производителей). Европейские двигатели легковых автомобилей конструктивно более форсированы и работают при больших частотах вращения коленчатого вала и удельных нагрузках. Поэтому масла, отвечающие американскому стандарту, не всегда соответствуют европейским требованиям.

Согласно АСЕА, масла по назначению делятся на три категории: А — для бензиновых двигателей, В — для дизелей легковых автомобилей, Е — для дизелей грузовых автомобилей. Число определяет эксплуатационные свойства: 1 — энергосберегающие масла; 2 — масла того же уровня, но не энергосберегающие; 3 — технические требования на перспективу.

Пример: моторное масло Castrol TXT, Sotec Plus удовлетворяет требованиям как API (SH/CD), так и АСЕА (А2—96, ВЗ—96).

Отечественные производители моторных масел в сопроводительных документах и на упаковочной таре указывают, как правило, двойную маркировку: в соответствии с ГОСТ, а также в соответствии с SAE и API.

Синтетические масла для двигателей

Нефтяные масла не всегда полностью отвечают требованиям современных конструкций автомобильных двигателей. Поэтому разработаны и применяют синтетические масла, для производства которых не требуется нефть.

Известны синтетические масла, полученные на основе сложных эфиров, полиалкингликолевые, полисилоксановые, фторуг-леродные и хлорфторуглеродные.

Синтетические масла отличаются, прежде всего, высокими вязкостно-температурными свойствами.

Индекс вязкости у синтетических масел от 160 до 175, в то время как у лучших образцов минеральных масел он не выше 120. Температура потери подвижности у этих масел не выше 55—65 °С, в то же время при температурах до 250—300 °С их вязкость в три—пять раз выше, чем у равновязкого (при температуре 100 °С) минерального масла.

Для синтетических масел характерны высокая термическая стабильность, низкая испаряемость, небольшие высокотемпературные отложения, хорошие противоокислительные и диспергирующие свойства, противоизносные и противозадирные свойства.

Как правило, синтетические масла можно смешивать с минеральными, добавляя их в количестве 30—40 %. Срок службы синтетических масел во много раз превышает срок службы минеральных масел и составляет 80—100 тыс. км пробега автомобиля, поэтому их расход с учетом меньшего угара ниже минеральных в пять—десять раз. Однако стоимость синтетических масел в два—три раза выше минеральных. Кроме того, некоторые синтетические масла (диэфиры) более агрессивны к резиновым деталям, другие имеют недостаточные смазывающие и противоиз-носные свойства (полисилоксаны) или пониженные вязкостно-температурные свойства (фторуглероды). В целом синтетические масла являются перспективными, и их производство будет расширяться.

Трансмиссионные и гидравлические масла

Условия работы трансмиссионных масел

Условия работы трансмиссионных масел отличаются от моторных следующим:

— зубчатые передачи работают в условиях граничного трения;

— они должны сохранять работоспособность при температурах от —50 до 50 °С;

— их время работы продолжительнее;

— они должны снижать вибрацию и уровень шума.

Зубчатые передачи работают с высокими удельными давлениями в местах контактов зубьев (600—1200 МПа, а в гипоидных до 4000 МПа), большими скоростями скольжения трущихся поверхностей (3—10 м/с, в гипоидных и червячных редукторах — до 20 м/с) и высокими, порядка 300—800 °С, температурами в точках контакта зубчатых колес. Температура масла в агрегатах трансмиссии достигает 120—150 °С. В этих условиях и наблюдается наиболее часто режим граничного трения. Поэтому трансмиссионные масла должны обладать высокими противоизносными и противозадирными свойствами, поэтому они содержат значительное количество природных поверхностно-активных  смолистых веществ и специальные противоизносные и противозадирные присадки.

Нижний температурный предел применения трансмиссионных масел обеспечивает трогание машины с места и последующий переход на повышенные передачи без предварительного разогрева масла в агрегатах. Летом в жару температура в картерах трансмиссии достигает максимальных значений, что предопределяет выбор минимально допустимой вязкости масла, не вызывающей его утечек через неплотности.

Кроме того, трансмиссионные масла должны обладать хорошими антикоррозионными свойствами и образовывать минимальное количество пены, что решается подбором соответствующей масляной основы и добавкой комплекса присадок.

Классификация трансмиссионных масел и их обозначение

Согласно ГОСТ 17479.2—85, трансмиссионные масла делятся на классы по вязкости (табл. 2.6), а в зависимости от эксплуатационных свойств подразделяются на пять групп, определяющих область их применения (табл. 2.7).

Маркировка трансмиссионных масел: ТМ — трансмиссионное масло; первая цифра — группа масла (уровень качества масла)-второе число — класс вязкости.

В нормативно-технической документации встречаются устаревшие обозначения, поэтому в табл. 2.8 приводится их соответствие с обозначениями по ГОСТ 17479.2—85.

В табл. 2.9 приведены соответствия классов вязкости и групп трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2—85 и по SAE и API.

Трансмиссионные масла имеют следующие классы вязкости: 75W, 80W, 85W - зимние, 90 и 140 - летние, 80W-90, 85W-95 и 85W-140 — всесезонные.

Условия работы и требования к гидравлическим маслам

Гидравлические масла используются в гидравлических приводах систем управления, в подъемных устройствах автомобилей-самосвалов и дополнительного оборудования.

Являясь рабочим элементом в гидравлических приводах, они также предохраняют трущиеся детали от износа, отводят избыточное тепло, и удаляют продукты износа и загрязнения.

При работе гидравлические масла подвергаются большому перепаду температур — от минус 30 до плюс 80 °С; давление в системе составляет 10—15 МПа; скорость скольжения до 20 м/с; имеет место постоянный контакт с черными и цветными металлами, уплотнениями и шлангами при высоких давлениях и температурах. Поэтому к гидравлическим маслам предъявляются следующие эксплуатационные требования:

— хорошие вязкостно-температурные свойства (при максимальной температуре вязкость должна быть не ниже 7 мм2/с, а при минимальной — не ниже 1000 мм2/с);

— низкая температура застывания;

— хорошие смазывающие свойства, не вызывающие коррозии и не разрушающие резиновых изделий;

— стабильность при хранении и использовании;

— хорошие антипенные свойства;

— низкая пожароопасность;

— недефицитность.

Чаше всего для заполнения гидросистем в качестве жидкости используются маловязкие нефтяные масла или их смеси. Иногда добавляются вязкостные, противоизносные и антиокислитель-ные присадки.

Классификация гидравлических масел и их обозначение

По кинематической вязкости гидравлические масла делят на десять классов (табл. 2.12), а по эксплуатационным свойствам — на три группы (табл. 2.13).

Обозначение гидравлических масел состоит из трех групп знаков: букв «МГ» (минеральное гидравлическое); цифр, обозначающих класс кинематической вязкости; буквы, указывающей на принадлежность масла к группе по эксплуатационным свойствам.

Пример обозначения гидравлического масла МГ-15-В: МГ обозначает масло гидравлическое; 15 — класс вязкости; В — группа по эксплуатационным свойствам.

Отечественная классификация гидравлических масел по группам в зависимости от эксплуатационных свойств имеет зарубежные аналоги.

Группа масла:

по ГОСТ 17479-85 ....                              А       Б       В

по ISO 6074/4 1982/Е ....                         НН     Н      НМ

В технической литературе часто встречается устаревшая классификация гидравлических масел. В табл. 2.14 представлено соответствие обозначений гидравлических масел современной классификации по ГОСТ 17479.3—85 и принятой ранее.