Исследование срабатываемости присадок в моторных маслах и установление срока их службы

Исследование срабатываемости присадок в моторных маслах и установление срока их службы

Специальность: 5А521207 - Химмотология

Цимберов Геннадий Геннадьевич

Научный руководитель

к.х.н. проф. А.Л. Барханаджян

Ташкент - 2010 г.

МИРОВОЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КРИЗИС, ПУТИ И МЕРЫ ПО ЕГО ПРЕОДОЛЕНИЮ В УСЛОВИЯХ УЗБЕКИСТАНА

Мировой финансовый кризис, воздействие его на экономику Узбекистана и факторы, предупредившие и смягчившие его последствия.

Получив начало с провалов и несостоятельности ипотечного кредитования в США, кризис нашел свое масштабное отражение в кризисе ликвидности важнейших банков и финансовых структур, катастрофическом падении индексов и рыночной стоимости крупнейших компаний на ведущих фондовых рынках мира. Все это, в свою очередь, явилось причиной серьезного спада производства, резкого снижения темпов роста экономики во многих странах, со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.

Принимающий все большие размеры мировой финансовый кризис не может не оказать воздействия на нашу страну.

Каждый из нас должен отдавать себе отчет в том, что Узбекистан сегодня -- это составная часть мирового пространства и глобального финансово-экономического рынка.

Из-за сокращающегося спроса на мировом рынке снижаются цены на экспортируемую Узбекистаном продукцию, такую как драгоценные и цветные металлы, хлопок, уран, нефтепродукты, минеральные удобрения и другие. Это в свою очередь приводит к уменьшению экспортной выручки хозяйствующих субъектов и инвесторов, отражается на их прибыли и рентабельности производства и в конечном итоге -- на темпах роста и на наших макроэкономических показателях.

Для нейтрализации воздействия мирового финансового кризиса и преодоления его последствий у нас в стране есть все необходимые условия. За истекший период сформирован достаточно прочный фундамент экономического и финансового потенциала страны, созданы надежные механизмы управления финансово-банковской инфраструктурой.

Совсем недавно принят и сегодня реализуется Указ Президента Республики Узбекистан по оказанию дополнительной помощи банковским и финансовым структурам, поддержке деловой активности предприятий и компаний реального сектора экономики, повышению рентабельности производства и экспортных возможностей, выделению им в этих целях дополнительных налоговых льгот и преференций и реализации наряду с этим других крупномасштабных мер и проектов.

У нас есть сегодня все основания заявить о том, что принятая нами модель перехода к социально ориентированной свободной рыночной экономике, базирующейся на известных пяти принципах, с каждым годом нашего продвижения вперед оправдывает свою правильность и состоятельность.

В первую очередь такие принципы, как деидеологизация, прагматичность экономической политики, выраженной как приоритет экономики над политикой, возложение роли главного реформатора на государство, обеспечение верховенства закона, проведение сильной социальной политики, поэтапность и постепенность в реализации реформ -- все это, особенно в экстремальных условиях разразившегося мирового финансового и экономического кризиса, доказывает свою актуальность и жизненность.

Коротко остановимся на конкретных разделах -- комплексах мероприятий Антикризисной программы, направленных на решение следующих ключевых задач.

В Государственной программе «Год гармоничного развития поколения» поставлена цель осуществлена широкого комплекса целенаправленных мер по созданию в нашей стране необходимых возможностей и условий для воспитания здорового, гармонично развитого поколения.

В Постановлении Президента Республики Узбекистан также отмечено, что дальнейшее стимулирование и решение имеющихся проблем в сфере развития малого бизнеса и частного предпринимательства является важнейшим направлением структурных преобразований экономики, основой формирования доходов населения и среднего класса собственников, создание условий для широкого вовлечения в предпринимательскую деятельность молодежи, прежде всего выпускников профессиональных колледжей и высших образовательных учреждений, особенно в сельской местности;

Следует разработать комплекс мер по дальнейшему развитию науки, созданию условий для активного привлечения к научной деятельности талантливой, одаренной молодежи, реализации ею своего творческого и интеллектуального потенциала;

Необходимо усиление заботы о молодых семьях, обеспечение их правовой и социальной защиты. Для создания необходимых условий образования здоровой и прочной семьи, являющейся важным звеном общества в деле воспитания физически здорового и гармонично развитого подрастающего поколения в духе национальных и общечеловеческих ценностей и любви к Родине;

Является необходимым осуществление комплекса мер по утверждению среди молодежи принципов здорового образа жизни, ограждению ее от алкоголизма и наркомании, различных пагубных угроз и чуждых для нас религиозных и экстремистских влияний и воздействия низкопробной «массовой культуры».

ОТЗЫВ

На магистерскую диссертацию Цимберова Геннадия на тему:

«Исследование срабатываемости присадок в моторных маслах и установление срока их службы»

Считаю, что диссертационная работа Цимберова Геннадия по объему и содержанию соответствует требованиям, предъявляемым к магистерским диссертациям, а сам автор заслуживает присуждения ему академической степени магистра по специальности 5А521207 - «Химмотология»

РЕЦЕНЗИЯ

На магистерскую диссертационную работу Цимберова Геннадия на тему: “Исследования срабатываемости присадок в моторных маслах и установление срока их службы”

Диссертационная работа Цимберова Геннадия посвящена актуальной проблеме исследования срабатываемости присадок в моторных маслах.

Присадки вводятся для повышения эксплуатационных свойств моторных масел, а также их пролонгирования.

- провести анализ базового масла и определить основные показатели качества;

Считаю, что данное исследование соответствует требованиям, предъявляемым к магистерским диссертациям, а сам Цимберов Геннадий заслуживает присуждения ему академической степени магистра по специальности 5А521207 - «Химмотология»

на магистерскую диссертационную работу

Магистрант: Цимберов Геннадий

Код и название специальности: 5А521207 « Химмотология»

- пробега автомобиля

- условий эксплуатации

- качества моторного масла

ОГЛАВЛЕНИЕ

Реферат

Введение

Причины расхода и потерь моторного масла в двигателе

Назначение присадок добавляемых в моторные масла

Типы присадок

Методика проведения испытания базового масла

Экспериментальная часть

Выводы

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Минеральное масло, синтетическое масло, присадки, типы присадок, методика исследования, показатели качества, вязкость, эффективность, совместимость, срабатываемость, влияние температуры,

ВВЕДЕНИЕ

Установления срока службы присадок в моторных маслах. Присадки вводятся для повышения их эксплуатационных свойств, а также их пролонгирования.

Научная новизна

Базовое масло является средой-носителем специальных присадок - так называются различные добавки, вводимые в основу для того, чтобы она нормально функционировала, а также чтобы повысить качество масла и его эксплуатационные свойства.

Объектом исследования является:

Методика проведения экспериментов

При провидении экспериментов основные показатели моторных масел определяли в соответствие с нормативными документами

Моторные масла предназначены для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Они работают в исключительно тяжелых условиях. Другим смазочным материалам, применяемым в автомобилях, - трансмиссионным маслам и пластичным смазкам - несравненно легче выполнять свои функции, не теряя нужных свойств, так как они работают в среде относительно однородной, с более-менее постоянными температурой, давлением и нагрузками.

Моторное масло должно в течение длительного времени выполнять возложенные на него функции, а именно:

- образовывать прочную тончайшую пленку на поверхностях трущихся деталей, исключая тем самым прямой контакт деталей поверхностными микронеровностями и, как следствие, задир поверхностей; снижать износ деталей двигателя;

- уплотнять зазоры, в первую очередь, между деталями цилиндро-поршневой группы, не допуская или сводя к минимуму прорыв газов из камеры сгорания;

- отводить тепло, образующееся в результате сгорания топлива и трения; охлаждать детали двигателя;

- предотвращать выпадение осадков; поддерживать продукты старения и износа в виде стойкой эмульсии; выносить продукты износа из зоны трения;

- нейтрализовывать кислоты, образующиеся при окислении масла и сгорании топлива.

Для того чтобы моторное масло успешно осуществляло все эти функции, в базовое масло добавляют пакет присадок (химически активных веществ). В современных моторных маслах доля присадок в среднем составляет 15-25%.

По роду исходного сырья основы могут быть либо нефтяными (минеральными), либо синтетическими.

Химический состав минеральных основ зависит от качества нефти, пределов выкипания отбираемых масляных фракций, а также методов и степени их очистки.

При прямой перегонке мазута из него выделяются масляные фракции с низкой вязкостью - такие минеральные основы называются дистиллятными. Основы же повышенной вязкости получают из того, что остается после перегонки, - гудрона и полугудрона, эти масла так и называются остаточными.

Для получения базового масла с заданным уровнем вязкости дистиллятные и остаточные основы смешивают в определенных пропорциях.

Основной недостаток минеральных основ - значительное изменение вязкости в зависимости от температуры (низкий индекс вязкости). Индекс вязкости базовых минеральных масел без вязкостных присадок составляет 85-100. Он зависит от углеводородного состава и глубины очистки масляных фракций. Углубление очистки повышает индекс вязкости, но снижает выход продукта. Поэтому в моторных маслах, как правило, используют маловязкие основы (для обеспечения холодного пуска) с добавлением загущивающих (для создания надежной смазывающей пленки при высоких температурах), моющих и прочих присадок. Под действием высокой температуры, химических реакций и механических нагрузок в двигателе присадки со временем разрушаются. Соответственно, ухудшаются вязкостно-температурные свойства, и масло со временем перестает обеспечивать надежное смазывание двигателя, особенно при высоких температурах.

Наиболее распространенные классы вязкости минеральных моторных масел: SAE 15W-40, 10W-30, 10W-40,20W-50.

Для улучшения свойств минеральных базовых масел их подвергают гидрокрекингу (целенаправленная перестройка молекул углеводородов под влиянием высокой температуры и давления в присутствии водорода и катализаторов), в результате которого получают более однородный состав, близкий по основным свойствам и по вязкости к синтетическим основам. В последнее время крекинговые масла достигли технологического совершенства, что позволяет ставить их в одну линейку с синтетиками.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

Для облегчения выбора моторного масла требуемого качества для конкретного типа двигателя и условий эксплуатации, были созданы системы классификации моторных масел. В каждой системе моторные масла подразделяются на ряды и категории, основанные на уровне качества и назначении. Эти ряды и категории созданы по инициативе международных организаций нефтеперерабатывающих компаний и автопроизводителей с учетом конструктивных особенностей различных типов двигателей и условий их эксплуатации. Назначение и уровни качества являются основой ассортимента моторных масел.

В основу классификации моторных масел в СНГ по ГОСТ 17479.1-85 положены два характерных признака: кинематическая вязкость и качественный уровень, определяемый как сумма важнейших эксплуатационных свойств. По вязкости масла подразделяются на три класса: летние, зимние, всесезонные. Летние масла нормируются значением кинематической вязкости при +100 °С, зимние - при +100 °С и -18 °С. Всесезонные масла обозначаются дробью, в числителе указывается класс вязкости зимнего, а в знаменателе - летнего масла. Система обозначений моторных масел включает несколько знаков: букву М (моторное), цифру, характеризующую класс кинематической вязкости, и букву, обозначающую принадлежность к группе по эксплуатационным свойствам. Дробные цифры в числителе указывают класс вязкости масла при -18 °С, а в знаменателе - класс вязкости при 100 °С. Цифры у букв обозначают следующее: индекс "1" присваивают маслам для бензиновых двигателей, "2" - для дизельных. Универсальные масла, предназначенные для использования как в дизелях, так и в бензиновых двигателях одного уровня форсирования, индекса в обозначении не имеют. Универсальные масла, принадлежащие к разным группам, имеют двойное обозначение, в котором первое характеризует качество масла как дизельного, второе - как бензинового. В необходимых случаях применяют дополнительные индексы: "рк" - рабоче- консервационные масла; "цл" - для циркуляционных и лубрикаторных смазочных систем; "3" - масло, содержащее загущающую присадку; "20", "30" - значение щелочного числа.

Классы кинематической вязкости моторных масел. Таблица 1

Группы моторных масел по назначению и эксплуатационным свойствам (гост 17491.1-85) Таблица 2.

КЛАССИФИКАЦИЯ SAE

В странах Западной Европы и США масла классифицируются по вязкости, определяемой по методике американского общества автомобильных инженеров SAE (SOCIETY OP-AUTOMOBILE ENGINEERS) и по эксплуатационным свойствам согласно квалификационной системе, разработанной Американским институтом нефти API (AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE).

Классификация SAE J-300 содержит 6 зимних и 5 летних классов моторных масел. Зимние классы имеют в обозначении букву "W", первую в слове Winter - зима. Чем больше число, входящее в обозначение класса, тем выше вязкость масел, относящихся к нему. Классы вязкости SAE OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W относятся к зимним, SAE 20, 30, 40, 50, 60 - к летним. Масла, имеющие класс вязкости больше, чем SAE 60, относятся к трансмиссионным. Всесезонные масла, обладающие одновременно свойствами одного из зимних классов и одного из летних имеют двойное обозначение, например SAE 10W-30, SAE 15W-40 и т.п.

Использование моторных масел при очень высоких и очень низких температурах кроме загущающих присадок обеспечивает также применение полностью или полу синтетических композиций. В отличие от минеральных масел, полученных в результате перегонки сырой нефти, синтетические моторные масла являются результатом целенаправленного органического синтеза.

Классы вязкости моторного масла по SAE. Таблица 3

Буквы "HTHS" в таблице 3 расшифровываются как High Temperature High Share Rate, т.е. "высокая температура - высокая прочность на один сдвиг". С помощью данного испытания измеряется стабильность вязкости масла в экстремальных условиях при высокой температуре.

Разделение моторных масел по классам вязкости SAE Рис.2

Данная классификация подразделяет моторные масла 12 классов от 0W до 60: 6 зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) и 6 летних (10, 20, 30, 40, 50, 60) классов вязкости. Всесезонные масла имеют двойное обозначение, например SAE 5W-40.

КЛАССИФИКАЦИЯ API

Американский Институт Нефтепродуктов (API - American Petroleum Institute) и его европейский аналог - CCMC, с недавнего времени замененный ACEA разработали систему классификации, позволяющую подобрать сорт масла, соответствующий возрасту вашего автомобиля и типу его двигателя. Классификация API различает масла для бензиновых и для дизельных двигателей. Первым соответствует буква S, например - SG, SH или SJ, при этом вторая буква говорит о более высоком уровне. Так, класс SJ был широко введен в широкую практику только в прошлом году, заменив господствовавший до этого SH.

Дизельные масла несут обозначения из двух букв, первая из которых всегда C: CC, CD, CF, CG. Последняя в этом ряду комбинация считается самой передовой, хотя многие все еще классифицированы как CF-2, CF-4 или CD. Большинство из мировых производителей выпускают универсальные масла, пригодные как для дизельных, так и для бензиновых двигателей. В этом случае в классификации по API у них стоит сочетание индексов, например SH/CD, SF/CC или SJ/CF. Классификация качества SJ присуждается только самым дорогим маслам на синтетической основе.

Классификация моторных масел API разделена на две группы:

Моторные масла для бензиновых двигателей, где действуют классы SE, SF, SG, SH и SJ.

Моторные масла для дизельных двигателей, где действуют классы CC, CD, CE, CF, CG, CH.

В современной классификации моторных масел по API устаревшие классы за ненадобностью исключены. В настоящее время в США сертифицируют только масла с высшими уровнями эксплуатационных свойств, а именно: SH и SJ для бензиновых двигателей, CF, CF-2, CF-4, и CG-4 - для дизелей.

В обозначениях универсальных масел могут встречаться упоминания исключенных классов API, например, CF-4/SG или SH/CD.

Международным комитетом по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC) разработаны минимальные стандартные требования к моторным маслам для автомобильных бензиновых двигателей. Классификация ILSAC пока содержит два класса масел, обозначаемых GF-1 и GF-2. По уровням эксплуатационных свойств они практически идентичны маслам классов SH и SJ по API, но обязательно имеют высокие энергосберегающие свойства.

В двигателе внутреннего сгорания неизбежны высокотемпературные отложения. Умение их смывать - одно из важнейших свойств моторного масла - моющее. Но смыть недостаточно, смытые частицы отложений необходимо измельчить (диспергировать) и уничтожить. За это отвечают диспергирующие свойства.

Моюще-диспергирующие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Чем выше моюще- диспергирующие свойства масла, тем больше нерастворимых веществ - продуктов старения может удерживаться в работающем масле без выпадения в осадок, тем меньше лакообразных отложений и нагаров образуется на горячих деталях, тем выше может быть допустимая температура деталей (степень форсирования двигателя). Кроме концентрации моюще-диспергирующих присадок, на чистоту двигателя существенно влияет эффективность используемых присадок, их правильное сочетание с другими компонентами композиции а также приемистость базового масла.

Вязкостно-температурные свойства - одна из важнейших характеристик моторного масла. От этих свойств зависит диапазон температуры окружающей среды, в котором данное масло обеспечивает пуск двигателя без предварительного подогрева, беспрепятственное прокачивание масла насосом по смазочной системе, надежное смазывание и охлаждение деталей двигателя при наибольших допустимых нагрузках и температуре окружающей среды.

Даже в умеренных климатических условиях диапазон изменения температуры масла от холодного пуска зимой до максимального прогрева в подшипниках коленчатого вала или в зоне поршневых колец составляет до 180-190°С. Вязкость минеральных масел в интервале температур от -30 до +150°С изменяется в тысячи раз.

Рис.4 Рассчет индекса вязкости по вязкостно-температурным значениям.

Величина ИВ зависит от углеводородного состава масел:

наименьшая- у парафиновых углеводородов,

наибольшая - у ароматических углеводородов,

промежуточное положение - нафтеновые углеводороды.

Летние масла, имеющие достаточную вязкость при высокой температуре, обеспечивают пуск двигателя при температуре окружающей среды около 0°С. Зимние масла, обеспечивающие холодный пуск при отрицательных температурах, имеют недостаточную вязкость при высокой температуре. Таким образом, сезонные масла независимо от их наработки (пробега автомобиля) необходимо менять дважды в год. Это усложняет и удорожает эксплуатацию двигателей. Проблема решена созданием всесезонных масел, загущенных полимерными присадками.

Вязкостно-температурные свойства загущенных масел таковы, что при отрицательных температурах они подобны зимним, а в области высоких температур - летним. Вязкостные присадки относительно мало повышают вязкость базового масла при низкой температуре, но значительно увеличивают ее при высокой температуре, что обусловлено увеличением объема макрополимерных молекул с повышением температуры и рядом иных эффектов.

В отличие от сезонных, загущенные всесезонные масла изменяют вязкость под влиянием не только температуры, но и скорости сдвига, причем это изменение временное. С уменьшением скорости относительного перемещения смазываемых деталей вязкость возрастает, а с увеличением - снижается. Этот эффект больше проявляется при низкой температуре, но сохраняется и при высокой, что имеет два позитивных последствия: снижение вязкости в начале проворачивания холодного двигателя стартером облегчает пуск, а небольшое снижение вязкости масла в зазорах между поверхностями трения деталей прогретого двигателя уменьшает потери энергии на трение и дает экономию топлива.

Характеристиками вязкостно-температурных свойств служат кинематическая вязкость, определяемая в капиллярных вискозиметрах, динамическая вязкость, измеряемая при различных градиентах скорости сдвига в ротационных вискозиметрах, а также индекс вязкости - безразмерный показатель пологости вязкостно-температурной зависимости, рассчитываемый по значениям кинематической вязкости масла, измеренной при 40 и 100°С. Синтетические базовые компоненты имеют индекс вязкости 120-150, что дает возможность получать на их основе всесезонные масла с очень широким температурным диапазоном работоспособности.

К низкотемпературным характеристикам масел относят температуру застывания, при которой масло не течет под действием силы тяжести, т. е. теряет текучесть. Она должна быть на 5-7° С ниже той температуры, при которой масло должно обеспечивать прокачиваемость. В большинстве случаев застывание моторных масел обусловлено образованием в объеме охлаждаемого масла кристаллов парафинов. Требуемая нормативной документацией температура застывания достигается депарафинизацией базовых компонентов и/или введением в состав моторного масла депрессорных присадок.

Антиокислительные свойства в значительной степени определяют стойкость масла к старению. Условия работы моторных масел в двигателях настолько жестки, что предотвратить их окисление полностью не представляется возможным.

Окисление масла приводит к росту его вязкости и коррозионности, склонности к образованию отложений, загрязнению масляных фильтров и другим неблагоприятным последствиям (затруднение холодного пуска, ухудшение прокачиваемости масла).

Значительно затормозить процессы окисления масла можно соответствующей очисткой базовых масел от нежелательных соединений, присутствующих в сырье; использованием синтетических базовых компонентов, а также введением эффективных антиокислительных присадок.

Окисление масла в двигателе наиболее интенсивно происходит в тонких пленках масла на поверхностях деталей, нагревающихся до высокой температуры и соприкасающихся с горячими газами (поршень, цилиндр, поршневые кольца, направляющие и стебли клапанов). В объеме масло окисляется менее интенсивно, так как в поддоне картера, радиаторе, маслопроводах температура ниже и поверхность контакта масла с окисляющей газовой средой меньше. Во внутренних полостях двигателя, заполненных масляным туманом, окисление более интенсивно.

На скорость и глубину окислительных процессов значительно влияют попадающие в масло продукты неполного сгорания топлива. Они проникают в масло вместе с газами, прорывающимися из надпоршневого пространства в картер. Ускоряют окисление масла частицы металлов и загрязнений неорганического происхождения, которые накапливаются в масле в результате изнашивания деталей двигателя, недостаточной очистки всасываемого воздуха, нейтрализации присадками неорганических кислот, а также металлорганические соединения меди, железа и других металлов, образующиеся в результате коррозии деталей двигателя или взаимодействия частиц изношенного металла с органическими кислотами. Все эти вещества - катализаторы окисления.

Противоизносные свойства моторного масла зависят от химического состава и полярности базового масла, состава композиции присадок и вязкостно-температурной характеристики масла с присадками, которая в основном предопределяет температурные пределы его применимости (защита деталей от износа при пуске двигателя, при максимальных нагрузках и температурах окружающей среды).

При работе на топливах с повышенным или высоким содержанием серы, а также в условиях, способствующих образованию азотной кислоты из продуктов сгорания (газовые двигатели, дизели с высоким наддувом), важнейшей характеристикой способности масла предотвращать коррозионный износ поршневых колец и цилиндров является его нейтрализующая способность, показателем которой в нормативной документации служит щелочное число. Различные узлы и детали двигателей (за исключением крейц-копфных дизелей, имеющих две автономные смазочные системы) смазываются обычно одним маслом, а условия трения, изнашивания и режим смазки у них существенно различны. Подшипники коленчатого вала, поршневые кольца в сопряжении с цилиндром работают преимущественно в условиях гидродинамической смазки. Зубчатые колеса привода агрегатов, масляных насосов и детали механизма привода клапанов работают в условиях эластогид-родинамической смазки. Вблизи мертвых точек жидкостное трение поршневых колец по стенке цилиндра переходит в граничное.

Множественность факторов, влияющих на износ деталей двигателей, принципиальные различия режимов трения и изнашивания узлов затрудняют оптимизацию противоизносных свойств моторных масел. Придание маслу достаточной нейтрализующей способности и введение в его состав дитиофосфатов цинка часто оказывается достаточным для предотвращения коррозионно-механического изнашивания и модифицирования поверхностей деталей тяжело нагруженных сопряжений во избежание задиров или усталостного выкрашивания. Однако тенденция к применению маловязких масел для достижения экономии топлива и ограничение поступления масла к верхней части цилиндра для уменьшения расхода на угар требуют улучшения противоизносных свойств масел при граничной смазке. Это достигается введением специальных противоизносных присадок, содержащих серу, фосфор, галогены, бор, а также введением беззольных дисперсантов, содержащих противоизносные фрагменты.

Большое влияние на износ оказывает наличие в масле абразивных загрязнений. Их наличие в свежем масле не допускается, а масло, работающее в двигателе, должно подвергаться очистке в фильтрах, центрифугах, сепараторах. Уменьшению вредного действия абразивных частиц способствуют высокие диспергирующие свойства масла.