Контрольно – курсовая работа по « Эксплуатационным материалам»

         Рис. 3. Износ цилиндров двигателя ЗИЛ-130 (7 тыс. км пробега) при работе на бензине с различным содержанием механических примесей:  

        1  - 0 %; 2 - 13,5 г/т (0,00135 %);   3 - 40 г/т  (0,004 %); 4 - средний эксплуатационный  износ. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Контроль  качества и оценка старения моторных масел.

 

1. Моторное  масло.

 

       Моторные  масла — масла, применяемые для  смазывания поршневых и роторных двигателей внутреннего сгорания.

       В зависимости от назначения их подразделяют на масла для дизелей, масла для  бензиновых двигателей и универсальные  моторные масла, которые предназначены  для смазывания двигателей обоих  типов. Все современные моторные масла состоят из базовых масел  и улучшающих их свойства присадок.

       По  температурным пределам работоспособности  моторные масла подразделяют на летние, зимние и всесезонные. В качестве базовых масел используют дистиллятные компоненты различной вязкости, остаточные компоненты, смеси остаточного и  дистиллятных компонентов, а также  синтетические продукты (поли-альфа-олефины, алкилбензолы, эфиры). Большинство всесезонных  масел получают путем загущения  маловязкой основы макрополимерными присадками.

       По  составу базового масла моторные масла подразделяют на синтетические, минеральные (автол) и частично синтетические (смеси минерального и синтетических  компонентов). 

       2.2  Контроль качества и оценка старения моторных масел. 

       При эксплуатации автомобиля под воздействием различных факторов (рис. 4) масло теряет свои первоначальные свойства, или, как принято говорить, стареет. Загрязняющие примеси (их доля достигает 0,08-0,23 %), попадающие в двигатель вместе со свежим маслом, образуются при его изготовлении и накап­ливаются в масле в процессе его транспортирования, хранения и непосредственно при заправке системы смазки.

       Загрязнения моторного масла по характеру  происхождения бывают органическими  и неорганическими. Частицы органических загрязнений (размером немногим более 2 мкм) попадают в масло из камеры сгорания двигателя (продукты неполного  сгорания топлива), а также образуются при термическом разложении, окислении  и полимеризации Масла. К неорганическим загрязнениям относятся: частицы пыли, попавшие в двигатель через систему  питания (с воздухом); продукты износа деталей размером 0,5-1 мкм); оставшиеся в двигателе после его изготовления технологические загрязнения (стружка, абразив); продукты срабатывания зольных  присадок в маслах; вода, соединения серы и свинца, проникающие в масло  из камеры сгорания двигателя. 
 
 
 

       

       Рис. 4. Вещества, загрязняющие моторные масла 

       Кроме того, при старении масла окисляются его углеводороды, срабатываются  присадки и др.

       При старении масел изменяются практически  все их физико-химиче эксплуатационные свойства: вязкость, температура вспышки, коксуемость, а держание воды, щелочное и кислотное числа, содержание нерастворимо осадка и продуктов изнашивания.

       Вязкость  масла в процессе работы двигателя  может, как увеличиваться, так и  уменьшаться. Увеличивается она  в результате испарения легких фракций  масла, накопления в нем продуктов  неполного сгорания топлива в  виде с окисления углеводородов  масла, уменьшается — при попадании  в масло топлива, а также в  результате разрушения полимерной присадки в загущенных маслах.

       При нормальной работе двигателя и использовании  обычного минерального (незагущенного) масла в связи с накоплением  в нем продуктов окисления  полимеризации, попаданием продуктов  износа и сгорания топлива вязк масла, как правило, увеличивается. Интенсивность  повышения вязкости масла зависит от температуры в зонах окисления, качества топлива (содержания в нем серы), совершенства процесса сгорания, эффективности Фильтрации масла и попадания в него охлаждающей жидкости. Значительное увеличение вязкости масла нежелательно, так как при этом уменьшается его поступление к парам трения и снижается эффективность фильтрации, а также ухудшаются пусковые свойства двигателя. Вязкость моторных масел оценивают с помощью вискозиметра типа «Флостик», вискозиметра СЭВ-1, двухкапиллярного вискозиметра и др.

       При неполном сгорании топливно-воздушной  смеси или вследствие утечек из системы  питания в масло может попадать топливо, в результате чего вязкость масла заметно снижается. Кроме  того, под воздействием легких фракций  топлива масло окисляется значительно  быстрее, образующиеся при этом органические кислоты и отложения значительно  ухудшают его качество. В результате возможно повреждение подшипников, на деталях двигателя интенсивнее  образуются нагар и лаковые отложения.

       Степень разжижения масла топливом и наличие  в масле легких топливных фракций  определяют по температуре вспышки  масла в открытом тигле и с  помощью ловушки. Современные масла  при производстве имеют температуру  вспышки, превышающую 200 °С. Снижение температуры  вспышки масла до 175 °С и ниже обычно указывает на присутствие в нем  топлива.

       Коксуемость масла повышается по мере его работы в результате накопления в нем  продуктов окисления и неполного  сгорания топлива.

       Содержание  воды в масле ухудшает его эксплуатационные свойства: повышает коррозионность, снижает  смазывающие свойства. При этом возрастают водородный износ деталей, коррозия вкладышей подшипников скольжения и других деталей из цветных металлов и сплавов при высоких температурах. Вода может попадать в масло вместе с прорывающимися газами из камер  сгорания; из системы охлаждения двигателя  через негерметичные уплотнения; в результате конденсации влаги  при резком понижении температуры, в частности, при охлаждении двигателя  после работы; вследствие заливки  в двигатель масла, по каким-либо причинам уже содержащего воду.

       Для нейтрализации вредного воздействия  воды следует содержать системы  охлаждения и вентиляции картера  двигателя в исправном состоянии, сокращать время прогрева двигателя  до рабочей температуры, соблюдать  оптимальный тепловой режим двигателя.

       Содержание  воды в масле оценивают по характеру  горения фильтровальной бумаги, пропитанной  прове­ряемым маслом; при опускании  в масло металлической пластины или стержня (масляного щупа); с  помощью сульфата магния, а также  гидрида кальция.

       Щелочное  число масла снижается при  уменьшении концентрации моющих присадок. При этом в масле на­капливаются кислые продукты, что повышает коррозионный износ деталей.  

       Основной  функцией щелочных присадок масла является нейтрализация кислот и защита от коррозии.

       Детергентно-диспергирующие свойства и загрязнение масла  оценивают методом капельной  пробы и методом определения  объема выделившегося осадка под  действием растворителя селективного ха­рактера.

       Кислотное число увеличивается при ускоренной степени окисления масла и  разложении присадок.

       Содержание  нерастворимого осадка в количественном выражении определяет интенсивность  поступления в масло продуктов  неполного сгорания топлива, частиц износа, пыли, срабатывания присадок.

       Содержание  продуктов изнашивания определяют методами нейтральной активации, спектрального  анализа или радиоактивных изотопов.

       Старение  масел при работе двигателей представляет собой сложный процесс. В процессе старения масла наблюдаются изменения концентрации, строения и эффективности присадок. Это происходит в результате разложения, взаимодействия с продуктами сгорания топлива и окисления масла, фильтрующими элементами и деталями автомобиля.

       Повышенная  температура и кислород воздуха, с которым контактирует масло, вызывают окисления и окислительную полимеризацию  его молекул. Такие продукты окисления  углеводородов, как смолы, органические кислоты, присутствующие в масле  в растворенном состоянии, способствуют увеличению вяз­кости и кислотного числа, а асфальтеновые соединения, вызывающие образование лаковых  отложений, — залеганию и пригоранию поршневых колец. Мелкая устойчивая механическая смесь продуктов окисления  приводит к образованию нагара и  шлама. Продукты глубокой окислительной  полимеризации, отличающиеся в зонах  высокой температуры и поступающие  обратно в картер, как и другие выпавшие отложения, продолжают оказывать  негативное влияние на масло.

       Таким образом, в картере работающего  двигателя формируется сложная  смесь исходного масла с самыми разнообразными продуктами его старения, от которых полностью очистить масло  фильтрацией не удается.

       Отложения, образующиеся в двигателе в результате превращения углеводо-родов, делятся  на нагары, лаки и осадки.

       Нагары  — твердые углеродистые вещества, откладывающиеся на стенках камеры сгорания, клапанах, свечах, днище поршня и на верхнем пояске боковой поверхности  поршня.

       Химический  состав нагара зависит как от качества масла и топлива, так и от режима работы двигателя, запыленности воздуха, наличия присадок и др. Основную часть нагара составляют карбены  и карбоиды (50-70 %), смолы и масла (15-40 %), асфальтены и оксикислоты (3-6 %), зола (1-10 %).

       Количество  образующегося нагара зависит от качества масла и его расхода, также от качества применяемого топлива. Толщина слоя нагара зависит от теплового  режима работы двигателя: чем ниже температура  стенок камеры сгорания, тем больший слой нагара на них образуется. Летом нагара образуется меньше, чем зимой.

       Ообильный нагар ухудшает охлаждение камеры сгорания и уменьшает ее объем, в результате чего увеличивается степень сжатия, возникает детонация (характерный  металлический стук), снижается мощность двигателя. Возможно, разрушение деталей  из-за преждевременного воспламенения  смеси от раскаленных частиц нагара, абразивный износ зеркала цилиндра частицами нагара, а также загрязнение  моторного масла.

       Нагар с деталей двигателя удаляют  механическим или химическим способами, используя различные добавки  в моторное топливо.

       Лаковые отложения представляют собой богатые  углеродом вещества, формирующиеся  в виде отложений на поршне: в  канавках под поршневые кольца, на юбке и внутренних стенках.

       В состав лаковых отложений входят оксикислоты, асфальтены и другие продукты глубокого окисления масла.

       Несмотря  на относительно небольшую толщину (50-200 мкм), лаковые отложения существенно  ухудшают отвод тепла от деталей  двигателя из-за теплоизоляционного воздействия лаковой пленки. Возможно пригорание («залегание») поршневых  колец, что вызывает снижение компрессии в цилиндрах и мощности двигателя, а также повышенный расход масла. Нарастает изнашивание и возможны задиры зеркала цилиндра, а также  поломка поршневых колец и  даже заклинивание поршня. Вероятно повреждение  сепаратора подшипника качения, установленного в заднем торце коленчатого вала (передний подшипник первичного вала коробки передач).

       На  интенсивность лакообразования  влияют температура, количество и качество применяемого масла, его термоокислительная стабильность и моющая способность, техническое состояние цилиндро-поршневой  группы двигателя.

       Кроме того, для предотвращения образования  лаковых отложений в эксплуатационных условиях нежелательно подвергать двигатель  частым перегрузкам и экстремальным  тепловым режимам.

       Осадки  — это мазеобразные сгустки, откладывающиеся  на стенках поддона картера, крышке головки блока цилиндров, шейках коленчатого вала и других деталях  двигателя, а также в фильтрах и маслопроводах.

       Осадки  состоят из масла (50-85 %), воды (5-35 %) и  продуктов их окисления: оксикислот (2-15 %), карбенов и карбоидов (2-10 %), асфальтенов (0,1-15 %), а также механических примесей различного происхождения.

       В результате цементирующего действия асфальтосмолистых  продуктов частицы осадков образуют конгломераты размером до 30-40 мкм, которые  под действием собственной массы  выпадают в осадок, формируя на деталях  низкотемпературной зоны двигателя (в  поддоне) отложения в виде шламов. Отложение осадков в масляных каналах и маслопроводах приводит к прекращению подачи масла к трущимся поверхностям и вызывает повреждение деталей (например, задиры шатунных шеек коленчатого вала).