ХІММОТОЛОГІЯ ОЛИВ СПЕЦІАЛЬНИХ РІДИН І ПЛАСТИЧНИХ МАСТИЛ

ХІММОТОЛОГІЯ ОЛИВ, СПЕЦІАЛЬНИХ РІДИН І ПЛАСТИЧНИХ МАСТИЛ

Процес взаємодії твердих тіл при зовнішньому терті дістав теоретичне пояснення в рамках молекулярно-механічної теорії тертя, запропонованої ще в 1939 р. російським ученим І. В. Крагельським. Відповідно до основних положень цієї теорії при відносному переміщенні робочих поверхонь спостерігаються одночасно два види взаємодій: • механічна, обумовлена проникненням мікронерівиостей більш твердої поверхні в менш тверду; • молекулярна, що виникає внаслідок дії сил атомномолекулярної взаємодії (притягування і відштовхування). Механічна взаємодія нерівностей призводить до пружної та пластичної деформації виступів, а також до дряпання твердими виступами протилежної, менш твердої поверхні. Сукупність сил опору відносному переміщенню поверхонь, обумовлена механічною взаємодією окремих нерівностей, утворює механічну складову сили тертя (її часто називають деформацією).

Разом із механічною взаємодією при зовнішньому терті на ділянках фактичного контакту поверхонь спостерігаються також молекулярні взаємодії, що спричинюють опір відносному переміщенню поверхонь через молекулярну складову сили тертя, яка характеризує атомні та молекулярні взаємодії при зближенні поверхонь. Цю складову називають адгезійною. Під терміном «адгезія» розуміють взаємне притягування поверхонь, обумовлене їх атомарно-молекулярною взаємодією. Таким чином, сила зовнішнього тертя може бути подана як сума механічної (деформаційної) та молекулярної (адгезійної) складових. Залежно від співвідношення цих складових тертя розрізняють (за І. В. Крагельським) п'ять видів фракційних зв'язків (взаємодії поверхонь, що труться): • пружне відтиснення матеріалу; • пластичне його відтиснення; • зріз виступів, які проникли; • руйнування оксидних плівок внаслідок механічної взаємодії поверхонь (адгезія) і захоплення та глибинного виривання більш м'якого матеріалу; • перенесення його на більш тверду поверхню (когезія)

Вид фракційної взаємодії поверхонь залежить, насамперед, від наявності та якості мастильного матеріалу й інших чинників. Найнебезпечніші взаємодії (адгезія і когезія) виникають або при недостатності, або при відсутності мастильного матеріалу між поверхнями, що труться. При терті без мастильного матеріалу сила тертя виникає внаслідок опору мікронерівностей тертьових деталей. Воно супроводжується пружними та пластичними деформаціями цих нерівностей (дряпанням і зрізом металу з тертьових поверхонь, абразивними частинами та, як наслідок, виникненням і розривом міжмолекулярних зв'язків). Зношування без мастильного матеріалу супроводжується збільшеним виділенням теплоти; при цьому важливе значення мають матеріали поверхонь, що труться, та їхня мікрогеометрія (шорсткість і звивистість). Із збільшенням шорсткості тертьових поверхонь сила тертя зменшується, що можна пояснити зменшенням фактичної поверхні виступів, які дотикаються, та сил молекулярного зчеплення. Однак інтенсивність зношування поверхонь при цьому зростає.

Для зменшення сили тертя й інтенсивності зношування тертьових поверхонь додають мастильний матеріал. При цьому тертя дістало назву тертя із мастильним матеріалом. За відсутності мастила тертя прийнято називати тертям без мастильного матеріалу. На практиці під час експлуатації машин та механізмів спостерігаються мішані, періодично змінні або проміжні сили тертя. Найчастіше граничне мастило, коли його шар не перевищує 0, 1. . . 0, 2 мкм. В цьому разі на тертя і зношування поверхонь впливають як властивості мастильного матеріалу, так й інші чинники. Механічна взаємодія поверхні при цьому повністю не виключається, а зменшується лише тиск у точках фактичного контактування поверхонь, так що деформація поверхні проявляється в легкій формі, в тонких поверхневих шарах металу. Мастильний матеріал не тільки послабляє тертя внаслідок відносного ковзання шарів мастила, а й, проникаючи на поверхню деталей, що мають мікропори, зменшує пластичну деформацію. При цьому граничний шар мастила виступає в ролі квазітвердого тіла і сприяє мікророзподілу температури та тиску, забезпечуючи сприятливі умови роботи сполучення. Тонка гранична плівка мастильного матеріалу здатна витримувати тиск по нормалі в кілька тисяч паскалів і захищає поверхню металу від пошкодження та корозії. В таких умовах працюють елементи редукторів, опори ковзання та шарикопідшипники.

Із збільшенням кількості мастильного матеріалу в зоні тертя створюються умови, за яких тертьові поверхні повністю розділяються шаром цього матеріалу. Виникає тертя з мастильним матеріалом, яке може бути забезпечене двома основними способами – гідродинамічним (мастильна дія рідинного шару описується рівнянням гідродинаміки в'язкості рідини) і гідростатичним (подача оливи під тиском). У цьому разі механічна та атомарно-молекулярна взаємодії робочих поверхонь повністю виключаються. В цих умовах тиск рівномірно розподіляється по всій номінальній площі контакту деталі й передається на носійну поверхню матеріалу. Завдяки цьому зменшується тепловиділення при терті, а зношування поверхонь практично виключається. Такі умови тертя забезпечують максимальну довговічність сполучень і частково формуються в опорах ковзання і підшипниках кочення. Однак характер тертя, а також сили опору відносному переміщенню поверхонь деталей при роботі сполучення визначаються низкою чинників. Найзагальнішим комплексним показником розглядуваного процесу є коефіцієнт тертя. Усе це слід ураховувати при виборі мастильного матеріалу. Як такий в машинах застосовують мінеральні та синтетичні оливи, пластичні, а також тверді мастила.

МОТОРНІ ОЛИВИ Умови роботи олив У поршневих двигунах умови роботи олив дуже важкі, тому що вузлами тертя є високонавантажені підшипники та є така особлива тертьова пара, як поршень – циліндр. Температура газів у камері згоряння досягає 2500 °С, а температура деталей в картері в основному лежить у межах 50. . . 200 °С. При цьому частина оливи згоряє. Витрати оливи у двигуні – один із найважливіших експлуатаційних показників, що характеризує технічний стан двигуна. Цей показник залежить від конструктивних особливостей двигуна і його системи мащення, а також від режиму й умов роботи, якості застосовуваних палива та олив і зношування циліндропоршневої групи.

Втрати оливи від спалювання найбільші, але вони неминучі. їх можна зменшити до мінімуму, проте виключити повністю неможливо, оскільки олива просочується в камеру згоряння через поршневі кільця, які подібно до насоса перекачують туди частину оливи, що потрапляє на стінки циліндрів. Чим більше зношення двигуна, тим більший зазор між циліндром і кільцями, тим більше згоряє оливи, що залежить також від зазорів у кривошипно-шатунному механізмі: чим вони більші, тим більше оливи розбризкується на стінки циліндрів і тим більше її проникає в камеру згоряння. Витрата оливи дуже сильно зростає із збільшенням частоти обертання вала двигуна, оскільки при цьому на стінки циліндра потрапляє більше оливи й вона швидше потрапляє в камеру згоряння. При збільшенні частоти обертання колінчастого вала вдвічі витрата оливи зростає у 6. . . 8 разів. Дуже сильно впливає на витрату оливи її в'язкість: чим вона більша, тим менша її витрата, і навпаки. Крім того, витрата оливи залежить від її фракційного складу та режиму роботи двигуна. Чим менша температура кипіння оливи, тим вона швидше випаровується на нагрітих деталях двигуна і згоряє.

При мащенні поршня та циліндра олива, крім своїх основних функцій, виконує ще й функцію ущільнювальних матеріалів. Під час роботи двигуна в оливі накопичуються нерозчинні продукти: сажа, нагар, продукти окиснення оливи і механічні частини від зношування деталей, а також розчинні в оливі продукти (кислоти, смоли), які знаходяться в ній та утворюються внаслідок окиснення оливи, палива і присадок. Крім того, в оливу потрапляє незгоріле паливо, найчастіше – його важкі фракції та вода. Тому у процесі експлуатації машини олива змінює не тільки свій колір, а й властивості: зменшується або збільшується в'язкість, знижується температура спалаху, зростає лужне число, збільшуються зольність, коксованість і вміст механічних домішок. Продукти, нерозчинні в оливі, зумовлюють значне зношення деталей двигуна, але за наявності добротної фільтрації оливи цьому частково можна запобігти. Розчинні в оливі продукти – небезпечні для двигуна. Ще більшою загрозою для нього є зниження в'язкості оливи, яку в цьому випадку треба змінити.

Основні вимоги до якості олив Умови роботи олив у двигунах внутрішнього згоряння постійно погіршуються. Форсування навантажувальних і швидкісних режимів двигунів, а також зменшення ємкості системи мащення призводять до зростання температури основних деталей і, як наслідок, до інтенсифікації процесів окиснення олив. Високі температури та граничний тиск у тертьових вузлах, впливи агресивних середовищ, парів води, відпрацьованих газів та постійний контакт розпилених частинок із киснем повітря – усе це погано відбивається на показниках якості оливи.

Тому, крім основної функції зменшення тертя і зношування тертьових деталей, моторні оливи мають забезпечувати: безперебійне надходження оливи до всіх деталей, що труться; ущільнення зазорів у сполучених деталях двигунів, передусім у сполученні циліндр – поршень; надійне охолодження тертьових деталей та відведення теплоти від вузлів тертя; вилучення продуктів зношення із зони тертя і захист цієї зони від проникнення в неї шкідливих домішок із зовнішнього середовища; надійний захист працюючих поверхонь деталей у двигунах від корозійної дії продуктів окиснення оливи та згоряння палива; запобігання утворенню всіх видів відкладення (нагарів, лаків, золи, шлаків) на деталях двигуна; високу стабільність при окисненні, механічному впливі та обводненні, збереження основних властивостей у різноманітних умовах застосування і при довгочасному зберіганні; малі витрати оливи під час роботи двигуна; великий термін служби до заміни оливи і збільшення ресурсу двигуна; мінімальну токсичність при їх зберіганні та експлуатації.

Склад і здобуття олив Головними компонентами моторних олив, мастил і деяких інших спеціальних рідин є різні мінеральні оливи, що добуваються з мазуту – нафти, позбавленої більш легких її фракцій (залишок після перегонки нафти). Тому здобуті з мазуту оливи, як і паливо для двигунів, в основному складаються з вуглеводнів, які мають велику молекулярну масу (кількість атомів в їхніх молекулах коливається від 20 до 50). У мінеральних оливах, які здобувають із мазуту, крім вуглеводнів, обов'язково присутні нафтенові кислоти, сірчані сполуки і смолисто-асфальтенові речовини. За способом виробництва оливи поділяються на дистилятні та залишкові.

Дистилятні оливи здобувають вакуумною перегонкою мазуту при його продуванні водяною парою, виділяючи з нього не менше трьох дистилятів, що містять вуглеводні з температурою кипіння 300. . . 500 °С (рис. 5. 1). Залишком мазуту після відбору олив є гудрон. Зазначені на рис. 5. 1 дистиляти ще не є готовими до використання оливами, оскільки вони містять надмірну кількість нафтенових кислот, смол, сірчаних сполук, інших шкідливих домішок. Тому всі без винятку оливні дистиляти підлягають очистці. Залишковими оливами називають очищені гудрони. Вони порівняно з дистилятними містять більше смолисто-асфальтних речовин і високоплавких вуглеводнів, тому їх очистка проводиться більш ретельно кількома способами.

Характерною особливістю дистилятних олив є їхні добрі в'язкіснотемпературні властивості та висока термоокисна стабільність, але в цих оливах мало сполук, які мають високу маслянистість, тобто міцність масляної плівки. Залишкові оливи, навпаки, мають необхідну маслянистість, але в них погані низькотемпературні властивості. Висока олейнистість залишкових олив пов'язана з продуктами окисної полімеризації (нафтановими смолами), які в них є. Для здобуття товарних марок олив одержані фракції піддають складним технологічним операціям. Для виділення непотрібних домішок оливи очищають. З них виділяють продукти окисної полімеризації, органічні кислоти, нестабільні вуглеводні, сірку та інші речовини.

Технологія очистки базових олив. Вона впливає на їхні властивості, тому знати способи очищення олив при їх виборі дуже важливо. З відомих способів основними є три: кислотно-лужна, кислотоконтактна очистка й очистка оливи селективними речовинами. Кислотно-лужна і кислотоконтактна очистка. За кислотно-лужним способом очистки головним реагентом є сірчана кислота, яку додають у дистилятні оливи до 6 %, а в залишкові – до 10 %. Сірчана кислота руйнує смолисто-асфальтні та ненасичені сполуки, які разом із непрореагованою кислотою випадають в осад, утворюючи кислий гудрон. При цьому найважливішими для олив є нпарафинові вуглеводні. Після видалення кислого гудрону оливи промивають водяним лужним розчином, що нейтралізує залишки сірчаної кислоти та кислого гудрону.

Очистка закінчується промиванням оливи водою і просушуванням перегрітою парою або гарячим повітрям. При цьому способі очистки олив можуть утворюватись стійкі водомасляні емульсії, тому обробку лугами замінюють контактним фільтруванням з використанням вибілювальних глин, які мають велику адсорбуючу здатність полярно-активних речовин (продукти, що взаємодіють з сірчаною кислотою). Спосіб дістав назву кислотоконтактної очистки. Його суттєвими недоліками є: висока вартість та дефіцит сірчаної кислоти; утворення кислого гудрону, дуже токсичного і шкідливого для навколишнього середовища. Очистка олив селективними речовинами. Це сучасний та ефективний спосіб очистки олив. Його особливістю є можливість у процесі очищення олив багаторазово використовувати селективні розчинники.

Принцип селективної очистки полягає ось у чому. Підбирають розчинник (фенол, фурцулол та ін. ), який при певних температурі та кількісному співвідношенні з очищеною оливою вибірково (селективно) розчиняє всі шкідливі домішки і погано або зовсім не розчинює оливу. При цьому здобувають два шари: оливу та шар розчинника із шкідливими домішками. Шари розділяють, очищену оливу доочищують вибілювальними глинами, а екстракт розчинника із шкідливими домішками піддають регенерації, після чого розчинник використовують повторно. Для забезпечення якісної очистки високов'язких залишкових олив застосовують спосіб парних розчинників. При цьому один із них має вибірково розчинити шкідливі домішки, а інший – очищену оливу. В цьому разі для розчинення домішок використовують креозол з 30. . . 50 % фенолу, а для розчинення очищеної оливи (рафінату) – пропан. З метою підтримки пропану в рідкому стані очистку проводять під тиском 2 МПа.

Очищення олив гідрогенізацією. Цей спосіб є найдосконалішим. Процес подібний до гідроочистки палива. Проводять його під тиском до 2 МПа у присутності водню при температурі 380. . . 400°С. Для поліпшення низькотемпературних властивостей зимових і північних олив їх піддають деасфальтації та депарафінізації. Деасфальтацію виконують за допомогою рідкого пропану, який під тиском 2. . . 4 МПа змішується з очищеною оливою у співвідношенні 10: 1. Процес здійснюється у спеціальних колонках. Очищена олива потрапляє в середню частину колонки, а пропан – у нижню. Розчин очищеної від асфальтену оливи із верхньої частини колонки зливають, після чого очищають від розчинника. Депарафінізацію виконують вилученням з оливи парафіну і церезину за допомогою глибокого охолодження (виморожування). Перед охолодженням в оливу додають розчинники. Спочатку суміш нагрівають на 15. . . 20 °С вище температури певного розчинення парафіну та церезину, після чого охолоджують і фільтрують або центрифугують. Цей спосіб енергоємкий та дорогий, тому депарафінізації піддають тільки північні оливи. В умовах України в ньому немає потреби.

Спосіб очистки олив, що грунтується на її фільтрації через спеціальні мембрани, запропонований порівняно недавно і зводиться до фільтрації олив на молекулярному рівні, тобто фільтр пропускає молекулу вуглецю та затримує молекулу продуктів окисної полімеризації. Очищені продукти за необхідності змішують для здобуття потрібних властивостей, насамперед густини. Велику частину товарних олив готують тільки з дистилятних компонентів або з доданням у такі суміші залишкових олив, а іноді – лише з залишкових олив (для коробок передач автомобілів Мінського автомобільного заводу). Дистилятні оливи використовують для виготовлення олив, від яких не вимагається особливо високої міцності оливної плівки. Залишкові оливи з високою маслянистістю мають особливе значення для приготування дизельних олив. Оливи, що застосовуються як головні моторні оливи, є базовими. Ними можуть бути дистилятні та залишкові оливи або їх суміш у різному співвідношенні. В основному залишкові оливи виготовляють у кількості 15. . . 50 %, однак вони не завжди повністю задовольняють висунуті до них вимоги. Тому для забезпечення потрібних якостей олив у готові оливи додають синтетичні домішки, що поліпшують одну або кілька властивостей олив одночасно. Якість олив регламентується умовами, в яких вони працюють, й оцінюється появою специфічних властивостей: в'язкісно-температурних, мастильних, захисних і корозійних, а також наявністю присадок.

В'язкісно-температурні властивості олив характеризуються в'язкістю, індексом в'язкості (IB) та температурою застигання. В'язкість оливи, як і в'язкість палива, найчастіше визначають і нормують в одиницях кінематичної в'язкості. З в'язкістю оливи дуже пов'язані ЇЇ низькотемпературні властивості. У нафтових оливах, як і в дизельному паливі, є найбільша кількість високоплавких твердих вуглеводнів – парафіну та церезину, які при мінусових температурах починають виділятись у вигляді кристалів, що мають вигляд голок або пластин. Кристали переплітаються між собою й утворюють своєрідний каркас, заповнений рідкою оливою. При цьому її в'язкість різко зростає, олива втрачає рухливість і застигає.

Тому, коли підбирають оливу для двигуна або механізму, перш за все звертають увагу на її в'язкість, від якої залежать: витрата потужності на тертя; інтенсивність зношування тертьових деталей; витрати палива й оливи; ущільнення поршневих кілець у циліндрах і, як наслідок, легкість пуску двигуна при низьких температурах та його потужність. Із підвищенням в'язкості оливи рідинне мащення стає більш стійким, але водночас зростає опір переміщенню деталей, що труться. Чим більша в'язкість оливи, тим більший цей опір.

В'язкість оливи впливає також на: • її прокачування по трубопроводах і каналах системи мащення (чим нижча в'язкість, тим краще прокачування); • охолодження тертьових деталей (чим нижча в'язкість, тим кращі циркуляція оливи і відведення теплоти); • очищення оливи у фільтрах (малов'язка олива легше фільтрується); • вилучення забруднюючих продуктів з деталей, що змазуються (чим нижча в'язкість, тим краще вилучаються продукти забруднення); • ущільнення робочих зазорів (олива підвищеної в'язкості краще ущільнює зазори); • втрати оливи через ущільнення системи мащення (чим вища в'язкість, тим менші втрати).

При нормальній роботі двигуна і використанні загальних (незагущених) олив у зв'язку з накопиченням продуктів окиснення та полімеризації оливи і потраплянням у неї продуктів зношування деталей двигуна в'язкість оливи збільшується. При цьому подача оливи до тертьових пар і працездатність системи фільтрації оливи знижуються, а пускові властивості дизеля погіршуються. З іншого боку, через неповне згоряння або внаслідок витікання із системи живлення в оливу працюючого двигуна може потрапляти паливо. Це зменшує її в'язкість, погіршує мащення тертьових з'єднань. Про ступінь розрідження олив паливом і наявність в оливі більш легких паливних фракцій можна судити за температурою спалаху оливи. Зменшення температури спалаху взятої проби оливи (нижче 150°С) вказує на присутність у ній палива.

В'язкість оливи залежить також від тиску у вузлах тертя та її температури. Якщо тиск у цих вузлах відносно невеликий, то ним можна знехтувати. Проте в сучасних двигунах тиск у деяких тертьвих вузлах досягає 25. . . 30, а іноді й 80 МПа. В цих випадках при конструюванні двигуна слід урахувати вплив тиску на в'язкість оливи. Для визначення кінематичної в'язкості оливи може також бути використана формула Гуревича. В 'язкість оливи залежно від температури змінюється в дуже широких межах. За багато років вивчення цієї залежності запропоновано кілька способів побудови в'язкісно-температурних характеристик і формул, що виражають цю залежність. Однак тільки деякі з них дають задовільний збіг результатів розрахунку з даними, одержаними за допомогою віскозіметра. Для визначення залежності кінематичної в'язкості оливи від температури використовують рівняння Вальтера та російського хіммотолога Рамайя.

Після його подвійного логарифмування воно набуває вигляду, зручного для побудови спеціальної координатної сітки, в якій в'яз-кіснотемпературні характеристики оливи додаються. На основі формул Вальтера та Рамайя побудовано і надруковано спеціальні координатні сітки, на яких можна швидко побудувати в'язкісно-температурні характеристики різних моторних олив. У діапазоні температур 50. . . 100 °С ці характеристики найлегше будувати в координатах t і v (рис. 5. 2).

Знаючи в'язкість оливи при двох будь-яких температурах, можна визначити її в'язкість при будь-якій температурі за номограмою, побудованою в координатах Рамайя (рис. 5. 5). Залежність в'язкості оливи від температури і тиску в реальних умовах її роботи у підшипниках (у певному діапазоні температур) указує на несприятливі впливи на працездатність цього вузла. При збільшенні навантаження на підшипник зростають тиск в оливному шарі та його в'язкість. У свою чергу, підвищення в'язкості оливи призводить до збільшення гідродинамічних втрат, тепловиділення, підвищення температури та до зменшення в'язкості оливи. Таким чином, здійснюється автоматичне регулювання в'язкості оливи й носійної здатності підшипника. У цьому разі одночасно важливими є чутливість в'язкості до зміни температури та тиску і дуже важливо збалансувати ці чинники або цілеспрямовано керувати їх співвідношенням.

Для структурної в 'язкості характерною є її залежність не тільки від тиску та температури, а й від градієнта швидкості зсуву. Чим більший цей градієнт, тим менша ефективність в'язкості. Під час роботи оливи у підшипниках або циліндропоршневій групі градієнти швидкості зсуву досягають кількох тисяч одиниць градієнта, що помітно підвищує ефективну в'язкість оливи при низьких температурах і зменшує опір рухові механізмів. Залежність в'язкості оливи від температури ускладнює її правильний вибір. Якщо при температурі 100. . . 150 °С в'язкість має бути достатньою для здійснення гідродинамічного тертя у підшипниках та створення надійної захисної плівки в циліндро-поршневій групі, а також газорозподільному механізмі, то при низьких температурах в'язкість оливи не повинна бути високою, щоб не ускладнити провертання колінчастого вала двигуна стартером. Тому при виготовленні моторних олив слід будьякими доступними й ефективними способами зменшити залежність в'язкості оливи від температури.

Одним із них є спосіб відокремлення з олив парафінів і загущення олив. Однак повне відокремлення парафіну з оливи – справа технічно складна й економічно невигідна. Простішим способом поліпшення властивостей олив при низьких температурах є введення в них депресорних присадок, дія яких зводиться до попередження утворень кристалічних ґраток. Ці присадки додають до олив у кількості 0, 1. . . 1, 0 %, що дає змогу зменшити температуру застигання олив на 10. . . 20 °С і більше. Температура застигання є дуже важливим показником низькотемпературних властивостей олив, але в дійсності вона менш надійна, ніж показник їхньої в'язкості при низьких температурах. За температури застигання неможливо встановити, при якій температурі олива ще буде прокачуватися і можливий пуск двигуна. Температура, за якої рухливість оливи достатня для пуску холодного двигуна, завжди вища від температури її застигання на 10 °С.

Робота взаємодіючих поверхонь БДМ ускладнюється тим, що вузли тертя сучасних БДМ працюють при знакоперемінних циклічних навантаженнях і забезпечити гідродинамічне мащення, як правило, не вдається. Найчастіше тертьові поверхні працюють при граничному мащенні, коли в'язкість оливи ще не забезпечує мастильні властивості. Тому додатково до в'язкості введено нові поняття: крутість в'язкісно-температурної кривої, температурний коефіцієнт в'язкості (ТКВ) й IB оливи. Крутість в'язкісно-температурної кривої може бути оцінена одним із трьох параметрів: відношенням кінематичних в'язкостей v 50/vl 00; ТКВ та IB оливи. Відношення кінематичних в'язкостей v 50/v 100 – найпростіший та надійний параметр, але застосовується він у відносно вузькому діапазоні температур прогрітої оливи і не дає змоги оцінити її в області низьких температур, які суттєво впливають на пускові характеристики двигуна. Для літніх олив v 50 /v 100 < 6, а для зимових – v 50 /v 100 < 4. Температурний коефіцієнт в'язкості застосовується для оцінювання крутості в'язкісно-температурної кривої оливи в діапазоні температур 0. . . 100 °С: Для літніх олив ТКВ 0… 40 < 35. . . 40, для всезонних ТКВ < 25, а для зимових ТКВ < 22.

Індекс в'язкості прийнятий сьогодні як головний показник в'язкісно-температурних властивостей олив, але й він не відображує повною мірою всю в'язкісно-температурну характеристику олив, особливо в області мінусових температур. Нафтанові оливи мають, як правило, невисокий IB. Для усунення цього недоліку використовують в'язкісні присадки. Оливи з в'язкісними присадками дістали назву згущених. Для їх виготовлення за основу беруть оливу з в'язкістю при 100 °С близько 2. . . 6 мм 2/с, що зберігає свої властивості при температурі -30. . . -35 °С і вводять у неї 2. . . 5 % в'язкісної присадки. При цьому в'язкість одержаної суміші за температури 100 °С збільшується до потрібного значення. Значення в'язкості моторних олив при мінусових температурах під час пуску холодного двигуна не повинні перевищувати значень, установлених розрахунками та експлуатаційними випробуваннями машин. Згущені оливи мають малу схильність до утворення нагарів у двигунах і забезпечують найменші витрати потужності двигуна на тертя, що сприяє збереженню палива та зменшенню інтенсивності зношування його деталей.

Мастильні властивості олив Під мастильною властивістю розуміють здатність олив утворювати на тертьових поверхнях пружну плівку, яка перешкоджає їх безпосередньому контакту. Ця плівка складається з кількох рядів молекул, механізм утворення яких не однаковий. Загалом плівка утворюється завдяки утриманню силовим полем поверхонь, між якими виникає тертя, компонентів олив, тобто внаслідок адсорбції плівка утворюється при суто хімічній взаємодії. Адсорбована плівка добре утримується на деталях, які труться лише при помірних температурах і невеликому тиску, а зі збільшенням тиску та температури (t > 150 °С) вона легко руйнується, що призводить до тертя без мастильного матеріалу.

Установлено, що міцність оливноїплівки залежить від полярної активності молекул оливи, тобто від. їхньої здатності утворювати міцні шари орієнтованих молекул, які створюють на поверхні своєрідний ворс. Чим довші полярно-активні молекули оливи і чим міцніше вони з'єднуються з поверхнею тертьових деталей, тим вища маслянистість оливи. При цьому тертя відбувається між окремими шарами молекул оливи, а не між окремими молекулами металу. При відповідному підборі ПАР, які входять до складу оливи, кількість цих шарів може сягати 1000 і більше, а їхня сумарна товщина – 1, 5. . . 2 мкм, однак коефіцієнт тертя не залежить від товщини цього шару. Цим пояснюється той факт, що досить додати до оливи трохи речовин із високою полярною активністю (ПАР), щоб маслянистість оливи (її мастильні властивості) різко поліпшилися.

На практиці найчастіше утворюється не адсорбована, а хімічна плівка на тертьових деталях. Вона утворюється при введенні в оливу присадок з органічних сполук сірки, хлору і фосфору, які у процесі тертя сприяють утворенню на поверхнях деталей тонких плівок у вигляді хімічних з'єднань: сульфідів, фосфатів та хлоридів. Вони мають нижчі, ніж у металів температури плавлення, і забезпечують позитивний градієнт (менший зсувний опір поверхневого шару деталі відносно підкладки). Завдяки цьому при високих температурах (> 150 °С) у місцях контактів тертьових поверхонь ці з'єднання плавляться та течуть, відіграючи роль мастила.

Мийні та диспергуючі властивості олив На всіх деталях, де тонкий шар оливи нагрівається до високої температури (наприклад, у зоні поршневих кілець, на юбці та зовнішніх стінках поршня, а також на шатунах), олива окиснюється з утворенням вуглецевих речовин, які відкладаються на поверхні металу у вигляді тонкого міцного шару з гладкою і, найчастіше, блискучою поверхнею. Складається враження, що деталі покриті лаком. Звідси ці вуглецеві відкладення дістали назву лакових. Вони дуже міцно утримуються на поверхні металу і є небезпечним для двигунів. Так, при заповненні кільцевих канавок лаковими відкладеннями кільця заклинюються, або, як кажуть, пригоряють. Це призводить до підвищеної витрати оливи, зниження компресії та, як наслідок, до зниження потужності двигуна. При цьому кільця можуть ламатися і заклинювати двигун. У міру докладнішого вивчення мастильних матеріалів з'ясувалось, що коли в оливу ввести спеціальну присадку, то її схильність до утворення лаку та інших відкладень можна різко знизити, а при вдалому підборі присадок – виключити взагалі. При цьому деталі двигуна (навіть при тривалій роботі) не забруднюються і мають чистий вигляд, немов би їх тільки що очистили й помили. Звідси і виникли назви мийні присадки та мийні властивості олив.

Для боротьби з лакоутворенням в експлуатаційних умовах треба не допускати роботу двигуна з перевантаженнями і напруженим тепловим режимом, підтримувати нормальний технічний стан поршневої групи. Крім лакоподібних відкладень, двигун забруднюється мазеподібними масами, які дістали назву низькотемпературні відкладення (шлам). Спочатку в оливі утворюється емульсія, чому сприяє вода. її пари, просочуючись із циліндра крізь нещільність поршневих кілець, при низьких температурах конденсуються і змішуються з оливою. При цьому виникає оливна емульсія, яку стабілізують кислі продукти. До складу емульсії входять металеві частинки від зношування деталей, дрібні частинки нагару, зола, смоли й асфальтени, а також інші тверді продукти високотемпературного окиснення. Емульсія виділяється з оливи у вигляді чорного, неприємного на дотик, липкого осаду. Напочатку він пухкий, а з часом ущільнюється на стінках і днищі картера, фільтрах грубої очистки оливи та відцентрово-реактивному фільтрі тонкої очистки. Забруднюються також магістральні й відвідні канали. Чим нижча температура оливи в працюючому двигуні, тим швидше накопичується в ньому осад, який забиває мастильну систему.

Накопичення шламу в зоні маслоприймача може серйозно порушити циркуляцію оливи і тим самим спричинити загальне чи часткове закупорювання оливних каналів. Особливо інтенсивно шлам утворюється у зношених двигунах із великим проривом газів у картер, які прискорюють окисні процеси в оливі. Осади складаються з оливи (50. . . 80 %), води (5. . . 35 %), оксикислот (2. . . 15 %), карбенів і карбоідів (2. . . 10 %), асфальтенів (0, 1. . . 15 %), а також із механічних домішок різного походження. Вода в осадах знаходиться у вигляді стійкої емульсії. Утворенню та відкладенню осадів сприяє порушення (зниження) теплового режиму двигуна. Саме в такому режимі відбувається конденсація парів води і палива. В умовах низькотемпературного режиму забруднення центрифуги шламами в 28 разів більше, ніж у високотемпературному режимі. Щоб моторні оливи ефективно запобігали утворенню осадів, вони мають зберігати свої високі диспергуючі властивості (ДВ) протягом тривалого періоду експлуатації.

Для зменшення кількості осадів слід: підтримувати оптимальний тепловий режим роботи двигуна; використовувати оливи, що характеризуються доброю хімічною стабільністю і мають відповідні присадки; своєчасно міняти оливні фільтри; ретельно промивати картер та всю систему мащення перед заправкою її свіжою оливою.

Захисні та корозійні властивості олив Проблеми захисту металів від корозії виникають під час виготовлення, експлуатації та зберігання машин. Це одна з найважливіших проблем сучасної хіммотологїї. Корозія посилюється з підвищенням вологості, а також температури повітря за наявності в ньому агресивних газів. Корозійна дія стає дуже інтенсивною, якщо двигун експлуатується чи зберігається в зонах вологого жаркого тропічного і морського клімату. Роль оливи при цьому двояка: з одного боку, вона захищає поверхні деталей від агресивного впливу зовнішнього середовища, а з іншого – спричинює корозію через наявність в оливі компонентів з корозійною дією. Корозійні властивості олив залежать від наявності в них органічних кислот, пероксиду й інших продуктів окиснення, сірчаних сполук, неорганічних кислот, лугів і води.

Зношення циліндро-поршневої групи більшою мірою залежить від умісту сірчаних сполук в оливі, ніж у паливі. Через це підвищене зношення спостерігається в нижній та середній зонах циліндра, що пояснюється випаровуванням води під час переміщення оливи у верхню зону. Для сповільнення процесу виникнення пероксиду та кислот до оливи додають протиокисні й антикорозійні присадки. Останні мають лужні властивості, які забезпечують нейтралізацію кислот продуктів, що утворюються в оливі. Стійкі властивості олив характеризуються лужним числом. Лужне число характеризує вміст в оливі речовин, які мають лужні властивості. Воно виражається в міліграмах КОН на 1 г оливи та є показником її нейтралізувальних властивостей.

Оливу, що має лужні властивості, застосовують переважно як мастильний матеріал для дизелів, які працюють на сірчаних паливах, з метою зменшення ерозійного зношення деталей. Лужних властивостей оливам надають протиіржавні присадки, вплив яких різний. Одні з них утворюють на тертьових поверхнях дуже міцну захисну плівку, що охороняє поверхність контакту від кислих продуктів подібно до того, як плівка фарби охороняє поверхність металу від контакту з киснем повітря; інші – уповільнюють окиснення оливи і тим самим зменшують накопичення в ній кислих продуктів, що також знижує ерозійне зношення тертьових поверхонь. Крім того, є присадки, які мають лужні властивості. їхня дія зводиться до того, що вони вступають в реакцію з кислими продуктами і нейтралізують їх. При цьому зношення деталей зменшується. Наявність органічних (нафтанових) кислот в оливі пов'язана з їх неповним відокремленням у процесі її очистки. В корозійному відношенні ці кислоти практично безпечні: завдяки високій молекулярній масі вони слабко дисоціюють.

У процесі експлуатації оливи склад кислот у ній збільшується в 3. . . 5 разів, що залежить від хімічної нестабільності оливи, складу ан-тиокиснювачів та умов її роботи. Кислоти, що утворюються при окисненні оливи, є найнебезпечніши-ми, оскільки низькомолекулярні кислоти мають підвищену корозійну агресивність завдяки розчинності їх у воді. Особливо небезпечні вони для вкладишів корінних і шатунних підшипників, виготовлених із кольорових металів та свинцюватої бронзи. Корозійна дія олив пов'язана з умістом у них сірчаних з'єднань (15. . . 20 %) у вигляді сульфідів, компонентів залишкової сірки й інших речовин, а при високих температурах їх зміна призводить до появи сірководню, меркаптанів та інших більш активних речовин.

Присадки Присадка – це речовина, яку додають до нафтопродукту (палива або мастильного матеріалу) для надання йому нових якостей або підсилення його природних властивостей. Крім уже розглянутих вище (в'язкісних, мийних, протиіржавних, протизношувальних) присадок і присадок, що поліпшують IB олив, ДСТУ 3437– 96 передбачає антифрикційні, протизадирні, протипінні, депресорні, диспергуючі, протиокисні, поліфункціональні присадки, а також пакет присадок, основні властивості та характеристику яких наведено в табл. 5. 1.

Чинники, що впливають на зміну якості олив При зберіганні, транспортуванні, у процесі роботи у двигунах олива зазнає глибоких хімічних змін: окиснення, полімеризації, розкладання, розчеплення, забруднення тощо. Особливо інтенсивними є ці зміни під час роботи двигунів, тому що умови роботи оливи у двигуні, як зазначалось на початку цього розділу, – складні та напружені. Термін використання оливи у двигунах залежить від її стабільності, під якою розуміють здатність оливи зберігати свої початкові властивості та протистояти зовнішньому впливу при нормальних температурах. Стабільність олив оцінюють термостійкістю і термоокиснюваніс-тю. Термостійкість – це здатність нафтопродукту протистояти хімічним перетворенням під дією високої температури.

Термоокиснюваність – це термостійкість нафтопродукту до дії кисню. На стабільність олив впливають їхній хімічний склад, температурні умови, присутність води та механічних домішок. Під термоокисною стабільністю олив розуміють їхню здатність протистояти старінню у процесі зберігання і використання. Швидкість окиснення залежить від хімічного складу оливи, наявності в ній присадок, що сповільнюють цей процес, та від умов, в яких відбувається окиснення (температури, стану поверхні стикання оливи з повітрям, наявності каталізаторів). Температура, при якій працює олива в деяких зонах двигуна, досягає 200. . . 300 °С. За такої температури процеси окиснення будь-яких вуглеводнів відбуваються дуже інтенсивно. Поверхня стикання оливи з повітрям внаслідок її тонкого розпилення дуже велика (досягає сотень квадратних метрів). Каталізаторами, що прискорюють процес окиснення, є різні метали (продукти зношення деталей двигуна). Фундаментальні дослідження термоокисних процесів в оливі проведено М. І. Черножуковим та С. Є. Крейном. Ними встановлено, що не всі вуглеводні, які входять у моторну оливу, окиснюються однаково. Найстійкішими є ароматичні вуглеводні без бічних ланцюгів. Далі йдуть циклани, а найменш стійкими є алкани.

Із збільшенням числа атомів вуглецю в молекулі та за наявності бічних ланцюгів термоокисна стійкість олив зменшується. Таким чином, наявність в оливі ароматичних вуглеводнів підвищує її термо-окисну стабільність. Наявність смол в оливі сповільнює окисні процеси, оскільки смоли є ефективними антиокиснювачами. Отже, за однакових умов роботи оливи спостерігається як прискорення (завдяки каталізаторам продуктів зношення), так і сповільнення (завдяки утворенню смол) окисних процесів. Вирішальний вплив на процес окиснення оливи має її температура. При температурі 18. . . 20 °С оливи зберігають свої властивості протягом п'яти та більше років, тому що в них практично немає неорганічних вуглеводнів. Однак, уже починаючи з 50. . . 60 °С, швидкість окиснення олив із підвищенням температури на кожні 10 °С приблизно подвоюється. На гарячих металевих поверхнях (зонах поршневих кілець, напрямних клапанів, поверхні поршнів і циліндрів та інших деталях) олива знаходиться у вигляді тонкої плівки, що створює виключно сприятливі умови для її окиснення й окисної полімеризації. Це сприяє створенню лакових плівок, нагарів та шламів (липкого в'язкого осаду). Проте оливам під час роботи двигуна на такті окиснення доводиться контактувати в картері з високонагрітими газами (їхня температура в бензинових двигунах становить 150. . . 450 °С, а в дизельних – близько 500. . . 700 °С). Це різко змінює умови їхньої роботи, що пов'язано з інтенсифікацією процесу окиснення оливи.

За хімічним перетворенням оливи у двигуні виділяють три зони: камеру згоряння, поршневу групу і картер. Вважається, що оптимальна температура оливи в картері двигуна – це така температура, при якій забезпечується мінімальна питома витрата палива (рис. 5. 9).

Як правило, вона лежить у межах 95. . . 100 °С. Перевищення критичної температури оливи в картері (115. . . 120 °С) знижує надійність роботи двигуна: температура в підшипниках досягає 150. . . 155 °С, а у верхній частині циліндра (30… 40 мм від ВМТ) – 200. . . 210 °С. При цьому спостерігається деяке погіршення більшості показників оливи. Однак її старіння під час роботи двигуна описати однозначно не можна. Це дуже складний процес. Підвищена температура і кисень повітря, з яким контактує олива, зумовлюють окиснення та окисну полімеризацію її молекул. Такі продукти окиснення вуглеводнів, як смоли, органічні кислоти, присутні в оливі в рідкому стані, сприяють збільшенню в'язкості й лужного числа, а асфальтові сполуки спричинюють утворення лаків (особливо небезпечних липких осадів), які сприяють заляганню і пригорянню кілець. Крім того, деякі продукти окиснення є джерелом утворення нагару та шламу.

Продукти глибокої окисної полімеризації, відкладаючись у зонах високих температур, потрапляють до картера і продовжують впливати на якість оливи. Таким чином, у картері працюючого двигуна формується складна суміш вихідної оливи з різними продуктами її старіння, від яких повністю очистити оливу за допомогою фільтрів не вдається. Через це кількість шкідливих частинок вуглеводнів в оливі збільшується. Виділяють дві основні групи домішок, що забруднюють оливу: органічні (потрапляють в оливу з камери згоряння, це продукти неповного згоряння палива і продукти термічного розпаду окиснення та полімеризації оливи); неорганічні (частинки пилу зношених деталей, продукти зношування зольних присадок та ін. ). Крім того, з камери згоряння в оливу можуть потрапити вода, сполуки сірки й свинцю.

Частка забруднювальних домішок, що потрапляють в оливу при її виготовленні, транспортуванні, зберіганні та безпосередньо при заправці оливи, становить 0, 08. . . 0, 23 % усіх забруднень. Інтенсивність забруднення оливи в картері працюючого двигуна залежить від: виду і властивостей палива; якості моторної оливи; конструкції та технічного стану двигуна; режиму його роботи в конкретних умовах експлуатації та інших чинників. Для двигунів сучасних автомобілів (особливо в зимову пору року) при пробігах на коротку віддаль, частих спусках і зупинках, тривалій роботі на вільному ходу характерною є робота в зниженому тепловому режимі. При цьому умови роботи олив можуть бути не менш жорсткими, ніж при напруженому тепловому режимі: погіршується процес згоряння палива, збільшується потрапляння до картера вуглистих частинок і важких фракцій палива. Внаслідок цього інтенсифікуються процеси старіння та забруднення олив, випадання осаду (шламів). Під час роботи в зниженому тепловому режимі утворення шламів прискорюється в 20. . . 30 разів порівняно з підвищеним тепловим режимом (рис. 5. 10).

На рис. 5. 11 показано динаміку старіння моторної оливи в найнесприятливіших умовах експлуатації легкового автомобіля типу таксі (ГАЗ-24) у великому місті. Окиснення оливи (крива 5) в перші 10 тис. км пробігу швидко прогресує, потім знижується і після 50 тис. км пробігу практично стабілізується. Приблизно такий самий характер має процес зношування присадки, про що можна судити за зменшенням лужнога числа (крива 2).

Кількість продуктів окисної полімеризації, зношування деталей двигуна і кількість забруднювачів, що надходять із зовнішнього середовища, неперервно зростають (крива 3). Відношення загального (сумарного) вмісту домішок до кількості великодисперсних частинок осадів має яскраво виражений максимум у районі 50 тис. км пробігу (крива 4). Зношування диспергуючої присадки характеризується неперервним зменшенням індикаторного періоду осадоутворення (крива 1). На зміну в'язкості оливи у процесі роботи двигуна впливають три чинники: утворення продуктів окисної полімеризації, які мають високу в'язкість і при тривалій роботі двигуна збільшують в'язкість оливи; потрапляння в оливу паливних фракцій, що знижують її в'язкість; механічна деструкція сполук згущення під дією високих механічних навантажень у тертьових вузлах двигуна (це стосується тільки згущених олив).

Таким чином, у працюючому двигуні відбуваються глибокі зміни оливи: накопичуються продукти перетворення її вуглеводнів, забруднення частинками, що потрапляють із повітрям і паливом, збільшується кількість агресивних сполук. У всіх випадках якість оливи погіршується швидше, якщо її неправильно підібрано для двигуна, тобто коли якість оливи не відповідає вимогам і її треба замінювати. Слід пам'ятати, що термін роботи оливи визначається не тільки напрацюванням (пробігом), а й умовами її експлуатації. Тому при встановленні термінів роботи олив у двигунах користуються бракувальними показниками, які досягли гранично можливих значень, що зумовлює необхідність заміни оливи. Такими показниками, як правило, є: зміна в'язкості, температури спалаху, лужності, вмісту забруднювальних домішок, води та палива, значення ДВ оливи та деякі інші, наведені в табл. 5. 2.

Бракувальні показники працюючих олив

Оцінювання ДВ за методом оливної плями полягає в нанесенні краплі гарячої оливи, взятої щупом або спеціальною піпеткою з картера гарячого двигуна (одразу після його зупину), на фільтрувальний папір (синя стрічка). Через 2 год утворена хромограма може бути використана для оцінювання ДВ оливи. На хромотограмі розрізняють (рис. 5. 12): d 1 – центральне ядро, що відповідає розходженню краплі оливи на поверхні фільтрувального паперу; d 2 – зону дифузії, тобто кільце окреслення нерозчинними в оливі продуктами забруднення навколо центрального ядра; D – зовнішнє світле кільце оливної плями. Дослід повторюють кілька разів і знаходять середні значення цих діаметрів.

Незадовільними вважаються ДВ оливи, менші від 0, 3 умовних одиниць. Таку оливу слід замінити. Більш відомим є метод Пасічникова та Хмельова, за яким користуються спеціальним планшетом (див. рис. 5. 12), на якому закріплюють аркуш фільтрувального паперу. Планшет кладуть на прогріту частину двигуна (головку блока). На фільтрувальний папір наносять 3. . . 4 краплі оливи зі щупа (одразу після зупину двигуна) і через 10 хв вимірюють вищезазначені діаметри. При коротких добових і малому річному пробігах автомобіля інтенсифікуються корозійні процеси та помітно погіршуються захисні властивості оливи, прискорюється її старіння; тому оливу необхідно міняти не менш як один раз на рік. Однак, незважаючи на зміну якості оливи при її роботі в двигуні основний вуглекислий склад оливи змінюється незначно, а загальна кількість механічних домішок і продуктів окиснення не перевищує 4. . . 6 %. Якщо їх відокремити, то можна знову дістати базову оливу доброї якості. Саме на цьому принципі грунтуються регенерація (відновлення) та повторне використання олив, що дає змогу значно скоротити витрату дорогих і дефіцитних олив.

Способи зниження витрат моторних олив Продукти окиснення олив, зношування деталей, частинки забруднення із зовнішнього середовища та води поступово накопичуються в оливі. Зменшується в ній також уміст присадок. Усе це зумовлює необхідність періодичної заміни такої оливи на свіжу. Терміни заміни оливи встановлюють експериментально. Звичайно, їх указують у технічному паспорті двигуна або машини і пов'язують із часом напрацювання двигуна (в мотогодинах) або пробігом автомобіля (в кілометрах). Однак при цьому не враховуються режим роботи двигуна та запиленість навколишнього середовища. Облік роботи двигуна в мотогодинах практично відсутній. Все це призводить до того, що заміна оливи відбувається передчасно або з запізненням (іноді значним). У тому й іншому випадках господарство несе збитки. У першому випадку – через перевитрату оливи, у другому – через інтенсивне зношування двигуна і зниження його довговічності (ресурсу) та безвідмовності. Більш доцільно у БДМ й інших машинах, що не мають лічильника мотогодин, міняти оливу не за напрацюванням, а за витратою палива. При жорстких режимах роботи двигуна, а також: значній запиленості навколишньої атмосфери терміни зміни олив порівняно з рекомендацією заводів – виготовлювачів треба скорочувати вдвічі та більше (для автомобілів, наприклад, оливу за таких умов слід міняти, як вважають деякі дослідники, через 1, 5. . . 2 тис. км пробігу замість 8. . . 10 тис. км за рекомендацією заводувиготовлювача). Чим частіше міняти оливу, тим краще, оскільки при цьому зменшується зношування механізмів. Однак установлено, що забруднення оливи механічними домішками на якомусь періоді стабілізується завдяки її фільтрації.

Краще замінювати не оливу, а фільтри, щоб поліпшити тонкість фільтрації оливи. Що стосується присадок, то вони природно зношуються, але базова олива залишається, як правило, тривалий час якісною, якщо вона не розріджується через потрапляння в неї палива. Таким чином, оливу слід міняти не за напрацюванням, а за її фактичним станом, коли вона стає розрідженою або коли параметри її якості досягли граничних значень чи погіршилась робота двигуна. Другий спосіб економії оливи – це створення довгопрацюючих олив. Такі оливи вже є. Термін їх заміни становить 15. . . 18 тис. км пробігу автомобіля (замість 8. . . 10 тис. км). Третій спосіб – удосконалення конструкції двигуна (поліпшення робочого процесу, газо- й оливоущільнення, циліндропоршневої групи, застосування ефективних систем очистки та охолодження олив, неперервне (автоматичне) доливання оливи тощо).

Регенерація відпрацьованих олив Останнім часом велика увага приділяється раціональному використанню відпрацьованих олив. Це дає змогу не тільки економити паливноенергетичні ресурси, а й запобігти забрудненню навколишнього середовища. Тому одним із найраціональніших джерел поповнення ресурсів оливи є регенерація (відновлення якості) відпрацьованих олив і повторне їх застосування. Згідно з ГОСТ 21046– 86 відпрацьовані оливи поділяються на три групи: оливи моторні відпрацьовані; оливи індустріальні відпрацьовані; суміш відпрацьованих нафтопродуктів. Для відновлення якості відпрацьованої оливи слід якомога повніше виділити з неї накопичені шкідливі домішки. З цією метою під час технічного обслуговування машин відпрацьовану оливу зливають у спеціальні посудини за групами, передбаченими ГОСТ 21046– 86, і відправляють у спеціалізовані підприємства, обладнані регенераційними установками. Вихід базових олив після регенерації відпрацьованих становить 70. . . 85 % залежно від глибини очистки та технології регенерації за груповим вуглеводневим станом і фізикохімічним властивостями. Регенеровані оливи близькі за якостями відповідним свіжим. Нині для регенерації олив застосовують такі технологічні процеси: фізичний, фізико-хімічний та хімічний.

Фізичний процес – це відстоювання, фільтрація, відгін паливних фракцій, центрофугування, промивання, вакуумна перегонка тощо. Фізико-хімічний процес – це коагуляція забруднень ПАР, контактна очистка вибілювальними глинами, селективна очистка пропаном тощо. Хімічний процес – це сірчанокислотний, лужний, гідрогенізацій-ний способи регенерації оливи. Перед регенерацією вона відстоюється у спеціальних посудинах із конічними днищами, які обігріваються парою чи електричним струмом. У них осідають вода і великодисперсні домішки. Відстій випускається із нижньої частини посудини, а відстояна олива забирається для регенерації з верхньої її частини. Оливу для бензинових двигунів підігрівають до температури 280 °С, а для дизельних – до температури 330 °С. Нагріта олива подається у випарник, в якому спеціальним насосом створюється тиск, нижчий від атмосферного. В цих умовах паливні фракції швидко випаровуються. Потім олива спрямовується у машину, де вона змішується з вибілювальною глиною, на поверхні якої адсорбуються продукти окисної полімеризації (асфальтени, карбени та інші продукти старіння оливи). Після цього оливу під тиском пропускають крізь фільтри, а потім до неї додають відповідні присадки.

При використанні регенерованих олив до них слід додавати 20. . . 25 % свіжої оливи. Технологічний процес регенерації відпрацьованих олив включає коагуляцію їх у розчині бензину, відокремлення забруднень і води на відцентрових сепараторах, а потім відгін бензину, води та паливних фракцій з наступною вакуумною перегонкою олив для здобуття дистилятних фракцій, а із залишків перегонки після їх селективної очистки пропаном і гідроочистки – залишкових компонентів. Ці дистилятні та залишкові компоненти олив за своїми фізико-технічними властивостями не поступаються товарним. їх можна використовувати для здобуття товарних олив.

Класифікація, маркування та якість моторних олив Усі оливи нафтового походження згідно з ГОСТ 4. 21– 85 поділяються на чотири типи: • моторні (для авіаційних, газотурбінних, карбюраторних і дизельних двигунів); • трансмісійні (для гідропередач, гідродинамічних та гідрооб'ємних приводів); • спеціальні (турбінні, компресорні тощо); • оливи різного призначення. Для мащення агрегатів БДМ використовують оливи перших двох типів. Коли говорять про якість олив, то передусім звертають увагу на три їхні відмінні ознаки: в'язкість, спосіб очистки і наявність присадок. За цими ознаками й класифікують оливи.

Моторні оливи згідно з ГОСТ 174791– 85 класифікуються за експлуатаційними властивостями. Маркування олив цієї класифікації грунтується на комбінації літер і цифр, наприклад М-8 А, М-8 Б, М-8 Г 2, М 4 з/8 Б 2. Марка оливи починається з літери М, указуючи на те, що це моторна олива. Після літери М через дефіс записуються цифри, що характеризують в'язкість оливи (в мм 2/с) при температурі 100 °С. Літери А, Б, В, Г, Д та Е після цифр означають групи олив. Оливу групи А використовують для нефорсованих двигунів (карбюраторних і дизельних), які працюють на малосірчаному паливі; оливу групи Б – для малофорсованих (Б 1 – бензинових та Б 2 – дизельних), що працюють на паливі з умістом сірки до 0, 5 %; оливу групи В – для середньофорсованих двигунів (В 1 – бензинових і В 2 – дизельних), які працюють на паливі з умістом сірки 0, 21. . . 0, 5 %; оливу групи Г – для високофорсованих карбюраторних та дизельних двигунів (Г 1 – бензинових і Г 2 – дизельних); оливу групи Д– для високофорсованих дизельних двигунів, що працюють у тяжких умовах; оливу групи Е – для дизельних малооборотних двигунів з лубрикаторною системою мащення, які працюють на важкому паливі з умістом сірки до 3, 5 % (лубрикатор – автоматичний прилад, призначений для подачі оливи під тиском на тертьові поверхні; назва походить від лат. слова lubrico – роблю гладким, слизьким).

Олива групи А містить незначну кількість протиокисних, протиіржавних і депресорних присадок. Олива групи Б має мийні, протиокисні та протиіржавні присадки в кількості 3… 5 %. Олива групи В містить композиції присадок (мийні, протиокисні, протиіржавні, протипінні) в кількості 4. . . 7 %. Олива групи Г має той самий комплекс присадок, що й олива групи В, але в більшій кількості – 7. . . 12 %. Оливи груп Д та Е вмістять комплекс присадок у кількості 18. . . 25% і відзначаються високою лужністю. У марках згущених олив в'язкісні властивості позначаються дробом, де чисельник характеризує в'язкість базової оливи при температурі 100 °С, а знаменник – в'язкість згущеної оливи за цієї температури (наприклад, М-6 З/10 В 2, де З – згущена). За типом вихідної оливи можна визначити в'язкість згущеної оливи при температурі -18 °С. Наприклад, олива марки М 63/10 В 2 при температурі 100 °С має в'язкість 10 мм 2/с, а при 18°С – таку саму в'язкість, як і незгущена олива М-6 В, тобто в межах 2600. . . 10 400 мм 2/с; в'язкість оливи М-4 У 6 В при температурі -18 °С становить 1300. . . 2600 мм 2/с.

Асортимент моторних олив і їх застосування Моторні оливи поділяють на універсальні, для бензинових двигунів та дизельні. До універсальних належать оливи рівною мірою придатні для мащення як карбюраторних двигунів, так і дизельних. Сучасні оливи – це нафтові оливи різного ступеня очистки, що містять одну або кілька присадок і призначені як мастильний матеріал в основному для автомобільних дизельних та карбюраторних двигунів. Автомобільні (іноді їх називають автотракторними) оливи за умовами використання поділяють на літні, зимові, всесезонні, а за термінами роботи – на звичайні та довгопрацюючі. Звичайні оливи міняють через 9. . . 10 тис. км пробігу автомобіля, довгопрацюючі – через 18 тис. км.

Взаємозамінність олив Якщо відсутні оливи потрібних марок, то при їх заміні слід дотримуватись рекомендації заводів, що виготовляють машини, але ніколи не заміняти оливами нижчої якості. Наприклад, не можна заміняти оливу М-8 В, оливою М-8 Б, або оливу М-8 Г 2 К оливою М-8 Г 2. Загальним правилом при заміні олив є таке: їх заміняють рідко-в'язкими, вищими за якістю. Наприклад, за відсутності оливи М-8 В 2 її заміняють оливою М-8 Г 2. При цьому термін роботи останньої в 1, 5. . . З рази (залежно від умов експлуатації) збільшується. Не слід змішувати оливи (одну доливати в іншу) різних груп, оскільки при змішуванні часто погіршується якість суміші олив через несумісність їхніх присадок, але в характеристиках олив це не зазначається.

Не можна заміняти влітку літні марки олив зимовими і навпаки або оливу вищої в'язкості оливою меншої в'язкості й навпаки. В першому випадку погіршуються мастильні властивості олив, підвищуються температурний стан і зношення деталей двигуна, а також можуть створитися умови для витікання оливи з вузла тертя. Заміна зимових олив літніми взимку зумовлює підвищення витрат потужності двигуна на внутрішнє тертя, погіршення циркуляції оливи та збільшення пускового зношування і може навіть призвести (при поганих низькотемпературних властивостях олив) до поломки оливного насоса. Не слід використовувати дизельні оливи в бензинових двигунах. Наприклад, не можна заливати камазівські оливи М-8 Г 2 К та М-10 Г 2 К в автомобілі сім'ї ВАЗ «Жигулі» . При таких замінах, як правило, двигун продовжує працювати при вимкненому запалюванні, що свідчить про виникання розжарювального запалювання. Останнє спричиняє зношення деталей двигуна, перевитрати палива й оливи, підвищує токсичність відпрацьованих газів.

Класифікація та маркування зарубіжних моторних олив Для порівняння і підбору різних мастильних матеріалів зарубіжного та вітчизняного виробництва треба мати дані про класифікацію зарубіжних олив, їхній склад і властивості, а також про можливості взаємозаміни. Зарубіжні оливи мають різне маркування, включаючи назву фірми. Проте назва фірми не дає відомостей про якість оливи. Потрібно знати відповідність олив міжнародним стандартам, основний показник яких – їхня в'язкість. Класифікація та маркування всіх олив за в'язкістю проводиться відповідно до міжнародного стандарту SAE (Спілка інженерівавто-мобілістів). Далі записується цифра, що означає середнє значення в'язкості в секундах Сейболта, поділене на 2. Якщо далі є літера W, то це зимова олива, а якщо її немає, то – літня (наприклад SAE 15 W, SAE ЗО). Перша олива – зимова, друга – літня. Оливи, які використовують всесезонно (протягом року) позначають дробом або через дефіс (наприклад SAE 15 W/40, SAE 15 W-40). Перша цифра означає в'язкість оливи при температурі 18 °С, друга – при 100 °С.

Класифікація олив за якістю дається за міжнародним стандартом АРІ (Асоціація інженерів американського інституту нафти) або за стандартом ССМС (Комітет будівельників автомобілів держав спільного ринку). Частіше даються обидва маркування. Але Комітет ССМС вже не існує. Замість нього є Асоціація конструкторів європейських автомобілів (АСЕА). Розглянемо спочатку класифікацію олив за АРІ. Для бензинових двигунів оливи за АРІ позначаються літерою S (сервіс), для дизельних – літерою С (комерційна категорія машин). Оливи категорії С призначені для двигунів машин, що здійснюють міжнародні перевезення, а також для тягачів, будівельно-дорожніх та інших машин, тобто переважно для дизельних двигунів. У кожній категорії оливи залежно від режиму роботи двигунів поділяються на класи, які також позначаються літерами латинського алфавіту.

Наведений порядок літер характеризує якість оливи за зростанням. Таким чином, позначення якості олив позначається двома літерами, що вказують категорію і клас олив. Наприклад, SA, SE, CA, CD. На відміну від вітчизняних олив, які виробляються окремо для бензинових та дизельних двигунів, зарубіжні фірми виготовляють універсальні оливи, що позначаються через дріб, наприклад CE/CD або CD/СЕ. Відмінність їх полягає у тому, що перші є найкращими для бензинових двигунів, а другі – для дизелів. Вибір олив провадиться за позначенням, записаним першим. Відповідно до стандартів ССМС або АСЕА оливи для бензинових двигунів позначаються літерою G, а для дизельних – літерою D. Далі йдуть цифри (1, 2, 3, 4, 5). Для легкових автомобілів з дизельним двигуном у позначеннях олив перед літерою D є літера Р, наприклад ССМС PD 1, ССМС PD 2. Класифікація олив за цими стандартами включає всі випробування їх за стандартом АРІ і додатково інші вимоги. Наприклад, G 4 у позначенні олив для бензинових двигунів за стандартом ЕСМС (АСЕА) означає, що ці оливи кращі за оливи з позначенням SF за стандартом АРІ щодо опору старінню, а також за стійкістю до зношування та ін. Все це відображено в характеристиці олив. Таким чином, якщо олива за експлуатаційними властивостями відповідає міжнародним нормам, то її маркування наводиться за класифікацією АРІ або ССМС (АСЕА) чи за обома класифікаціями.

Крім цих специфікацій, в маркуванні або характеристиці олив можуть бути зазначені вимоги військових відомств. Такі оливи мають позначення MIL-L (наприклад, MIL-L 2104 E). Для того щоб розшифрувати це позначення, треба знати відповідний стандарт. Але в цьому немає потреби. Ці знання потрібні військовим спеціалістам. в На початку маркування олив указується назва фірми-виготовлювача. Якій фірмі віддати перевагу, сказати важко. Тому досить знати лише специфікацію оливи. Пояснимо це на прикладі оливи Shell Helix SAE 15 W 40, API SF/CC, CCMC (ACEA) G-2/D-1. Спочатку тут записано назву фірми, потім – в'язкість 15 W-40 за стандартом SAE, звідки випливає, що це – всесезонта олива. Температурний діапазон її – від -20 до +35 °С (див. рис. 5. 14). Позначення SF/CC свідчать про те, що олива – універсальна, але краще використовувати її для бензинових двигунів, оскільки позначення SF записано першим. Літера F показує, що олива призначена для високофорсованих зарубіжних автомобілів, які виготовлялись до 1980 p. , і сучасних автомобілів ВАЗ та інших моделей, які працюють на оливі М 53/12 Г. Позначення СС вказує, що олива може використовуватись також для дизельних двигунів без турбонаддування. Позначення G-2 та D-1 за ССМС (АСЕА) підтверджують, що ця олива придатна для високофорсованих бензинових і дизельних двигунів без турбонаддування.

Взаємозамінність вітчизняних і зарубіжних моторних олив Класифікація зарубіжних та вітчизняних олив за в'язкістю, наведена в табл. 5. 5, відповідає класам моторних олив за групами експлуатаційних властивостей згідно з табл. 5. 6. Рекомендації щодо використання вітчизняних і зарубіжних олив в автомобілях і БДМ наведено в табл. 5. 5– 5. 7.

Останнім часом українські заводи АЗМОЛ (Бердянськ), АРІОН (Фастів), Лебединський нафтооливозавод почали випускати оливи, якість яких відповідає зарубіжним оливам. Вони одержали відповідні сертифікати і маркуються за стандартами SAE, API, CCMC (ASEA). Оливи, які не мають цих сертифікатів, маркуються так, як оливи, що випускалися раніше (наприклад, М-10 Гь М 12 Г 2).