Конспекти лекцій з предмету «Паливно-мастильні та інші експлуатаційні матеріали» для здобувачів вищої освіти за освітньо-кваліфікаційним рівнем молодший спеціаліст.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОРДЕНА  «ЗНАК ПОШАНИ» ВИЩЕ ПРОФЕСІЙНЕ УЧИЛИЩЕ № 75

 

 

 

 

 

 

 

 

«Паливні матеріали та мастильні матеріали»

конспекти лекцій з предмету

«Паливно-мастильні та інші експлуатаційні матеріали»

для здобувачів вищої освіти за освітньо-кваліфікаційним рівнем молодший спеціаліст  за спеціальністю 208 «Агроінженерія»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с. Олександрівка, 2019

«Паливні матеріали та мастильні матеріали» конспекти лекцій з предмету «Паливно-мастильні та інші експлуатаційні матеріали» для здобувачів вищої освіти за освітньо-кваліфікаційним рівнем молодший спеціаліст  за спеціальністю 208 «Агроінженерія»,  с. Олександрівка, 2019 р.,77с.

Розробив:

Коваленко Сергій Валентинович - викладач спеціальних дисциплін  Ордена «Знак Пошани» ВПУ №75, спеціаліст І  категорії.

 

«Паливні матеріали та мастильні матеріали», конспекти лекцій з предмету «Паливно-мастильні та інші експлуатаційні матеріали»для здобувачів вищої освіти за освітньо-кваліфікаційним рівнем молодший спеціаліст  за спеціальністю 208 «Агроінженерія»  розроблені для учнів та педагогів з метою якісної самоосвітньої діяльності здобувачів освіти.

Посібник розглянутий та схвалений на засіданні методичної комісії Механізації сільського господарства від 19.03.2019 р. протокол № 8 та затверджено педагогічною радою ВПУ № 75 від 20.02.2019 р. протокол № 7.

ЗМІСТ

	ПАЛИВНІ МАТЕРІАЛИ
1.1	Вступ. Види палива, їх характеристика, процес горіння	4
1.2	Загальні відомості про одержання паливно - мастильних матеріалів	13
1.3.1	Застосування і вимоги до бензинів	17
1.3.2	Сумішоутворювальні властивості, асортимент бензинів	27
1.4	Паливо для дизельних двигунів	30
1.5	Газоподібне паливо для ДВЗ	34
1.6	Альтернативні види палива для ДВЗ	38
	МАСТИЛЬНІ МАТЕРІАЛИ
2.1.1	Поняття про тертя і зношуваність. Застосування мастильних матеріалів, види тертя	46
2.1.2	Вимоги до мастильних матеріалів, їх склад	48
2.2.1	Види мастильних матеріалів	50
2.2.2	Властивості: в’язкість, змащувальні, мийні, антикорозійні	52
2.3	Масла для ДВЗ	53
2.4	Трансмісійні масла	62
2.5	Гідравлічні масла	68
2.6.1	Призначення, вимоги до мастил, склад	71
2.6.2	Класифікація та маркування мастил, ТММ	75
	ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА	77

 

Розділ 1. Паливні матеріали

1.1 Вступ. Види палива, їх характеристика, процес горіння

Технічний прогрес в автотракторному та сільськогосподарсько­му машинобудуванні нерозривно пов'язаний з використанням ви­сокоякісних експлуатаційних матеріалів, до яких належать паливо, оливи, пластичні й тверді мастильні матеріали, технічні рідини, гумотехнічні вироби, лакофарбові, клейові матеріали. За останні роки нагромаджено великий науковий та практичний досвід з ви­робництва й застосування цих матеріалів, суттєво змінилась їх но­менклатура, асортимент і якість.

Однак досягнення в удосконаленні рівня техніки, якості про­дукції нафтопереробної та хімічної промисловостей не спрощують проблеми раціонального та ефективного використання сучасних експлуатаційних матеріалів.

Теоретичні та практичні питання раціонального та ефективного використання нафтопродуктів у народному господарстві вивчає сфор­мована в наш час нова галузь науки і техніки — хіммотологія (від слів "хімія", "мотор" і "логія" (наука)). Хіммотологія — це наука про експлуатаційні властивості, якості й раціональне застосування в техніці палива, олив, мастил і технічних рідин.

Хіммотологія в сільськогосподарському виробництві має вирі­шувати велике коло інженерних завдань, пов'язаних з підбором асортименту палива й мастильних матеріалів, сучасним контролем якості, технічним обгрунтуванням витрат, раціональною та безпеч­ною експлуатацією їх, як з екологічної так і з протипожежної точ­ки зору, режимом використання їх під час транспортування, збер­ігання і застосування. Все це повинно бути засновано на глибоких знаннях фізико-хімічних, експлуатаційних та екологічних власти­востей нафтопродуктів, а також конструкції машин, механізмів та умов їх експлуатації.

Особливо це важливо сьогодні, коли зруйновано централізовану систему постачання та контроль якості паливно-мастильних мате­ріалів для сільськогосподарської техніки.

Переважна частина матеріалів, вміщених у конспекті, викладе­на Із врахуванням хіммотологічних принципів.

Паливом називають речовину, яку спеціально спалюють для одержання тепла. Воно повинно мати певні властивості, інши­ми словами — відповідати таким основним вимогам: порівняно легко займатись, при згорянні виділяти якомога більше тепла, бути поширеним у природі, доступним при розробці, дешевим при виробництві, не змінювати свої властивості при транс­портуванні і зберіганні, бути нетоксичним і при згорянні не виділяти шкідливих та отруйних речовин.

Цим вимогам найбільш повно відповідають речовини органічного походження: нафта, природний газ, тверді горючі копалини тощо.

Паливо класифікують за такими основними ознаками: агрегат­ним станом, походженням і способом одержання, тепловою цінністю, цільовим призначенням або застосуванням.

За агрегатним станом всі види палива розподіляються на тверді, рідкі і газоподібні.

За походженням діляться на нафтові і не нафтові або аль­тернативні. До альтернативного палива належать спирти, во­день і майже всі види штучного вуглеводневого палива.

За способом одержання: природні, які використовують у тому вигляді, в якому вони існують у природі; і штучні, якщо після видобутку їх переробляють.

За тепловою цінністю (теплотою згоряння): висококалорійні, середньо- і низькокалорійні.

У залежності від сфери застосування нафтові палива за ГОСТ 4.25-83 поділяються на групи і підгрупи :

 

Група палива	Підгрупа палива	Позначення
Бензин   Газотурбінне     Дизельне     Мазут     Побутове	Авіаційне Автомобільне Реактивне Для судових та стаціонарних енергетичних установок Для високошвидкісних дизелів (дистилятне) Для середньо швидкісних та мало швидкісних дизелів (змішане) Флотське Топкове Мартенівське Пічне Гас	Б А Р Г   Д ДТ   Ф М МП П К

 

У сільському господарстві застосовують всі види палива: рідке забезпечує роботу сільськогосподарської техніки, стаціонарних двигунів та інших теплових установок; газоподібне — у газоба­лонних автомобілях і газогенераторних установках, для техно­логічних і побутових потреб. Тверде паливо використовують для різних виробничих, а також побутових потреб.

Будь-яке паливо складається з двох основних частин: горю­чої і негорючої (баласт). Горюча частина складається з різних органічних сполук, до складу яких входять такі хімічні елементи: вуглець (С), водень (Н), сірка (S), кисень (О), азот (N), а також ті неорганічні сполуки, що під час горіння палива, розкладаючись, утворюють леткі речовини. Склад твердого і рідкого палива визначається у відсотках за масою, газоподібного — у відсотках за об’ємом.

Вуглець — основна горюча частина палива, зі збільшенням його кількості зростає теплова цінність палива. Вміст вуглецю у різних видах палива коливається у межах від 50 % (дрова) до 98 % (антрацит).

Розпечені частинки вуглецю під час горіння відщеплюються від вуглецевих сполук і обумовлюють світіння (полум’я). Чим більше у твердому паливі вуглецю, тим складніший його роз­пал і менше полум’я.

Водень за теплотою згоряння майже у 4 рази цінніший ніж вуглець. Враховуючи, що вміст водню в паливі до 25 % — це друга за значимістю складова горючої частини палива.

Кисень, що входить до складу палива, не горить і тому фак­тично є внутрішнім баластом горючої частини. Вміст кисню коливається в межах від 0,5 % до 43 %. Чим більше в горючій частині кисню, тим менш цінне паливо.

Азот, як і кисень, не горить, є внутрішнім баластом горю­чої частини. У твердому і рідкому паливі вміст азоту невеликий (0,5-1,5 %) і тому вплив його на теплову цінність палива не­значний. Однак у деякому газоподібному паливі (наприклад, генераторний газ) вміст азоту становить біля 50 %, що різко знижує його теплову цінність.

Сірка є горючим елементом і, входячи до складу палива у вільному стані або у вигляді органічних і сульфідних сполук, бере участь у горінні. Але, не дивлячись на це, вона є дуже небажаною складовою, тому що під час горіння сірки утворюються сполуки SО₂, SО₃, які викликають газову, а поєднуючись з вологою, яка завжди є у паливі, перетворюється у сірчисту та сірчану кислоти, які спричиняють рідинну корозію металів. Вміст S у твердому паливі коливається від часток відсотка до 8 %, а у нафтах — від 0,1 до 4 %. При переробці палива намагаються вміст сірки по можливості довести до мінімуму.

Негорючу частинуу твердому і рідкому паливі складають мі­неральні домішки (при згорянні утворюють золу (попіл)) А і во­лога W. Ця частина палива, зменшуючи об’єм горючої частини і відбираючи частину тепла на своє нагрівання, знижує теплову цінність палива. Крім того, попіл прискорює абразивне зношу­вання деталей циліндро-поршневої групи двигунів, а волога збіль­шує корозію та ускладнює експлуатацію теплових установок взимку.

Вміст мінеральних домішок у рідкому паливі вимірюється десятими частинами відсотку, а у твердому — десятками відсотків.

Мінеральні домішки і вологу розділяють на зовнішні та внутрішні. Перші потрапляють у паливо з навколишнього середо­вища при його добуванні, транспортуванні, зберіганні, інші вхо­дять до його хімічного складу.

У залежності від фізичного стану палива, при якому визнача­ють його елементний склад, розглядають: робочу (р), аналітичну (повітряно-суху, лабораторну) (а), суху (с), горючу (г) і органічну (о) маси.

Паливо, яке надходить до споживачів у природному стані та вміщує, крім горючої частини, попіл і вологу, називають робочим паливом. Елементний склад палива позначають рівнянням:

C^P + H^P + О^р + N^P + S^p + А^P+ W^p = 100 %

У тих випадках, коли паливо піддають лабораторному до­слідженню, з нього готують аналітичну пробу, яку приводять для повітряно-сухого стану. При цьому паливо містить тільки вну­трішню вологу.

Суха маса не має вологи, оскільки вона одержана штучним сушінням при температурі 105 °С.

Горюча маса — це паливо, що не має вологи і попелу. А якщо з палива видалити ще й сірку, то отримаємо органічну масу.

Елементний склад палива розрахову­ють на горючу і суху маси, а всі теплові розрахунки здійснюються на робочу (дійсну) масу, склад якої залежить від кількості попелу і вологи.

Горюча частина газоподібного палива включає: водень (Н), оксид вуглецю (CO), метан (СН₄) та інші вуглеводні (C_nH_m) з числом атомів вуглецю до чотирьох. Не­горюча частина — пари води і негорючі гази (СО₂, N₂, O₂).

Цінність будь-якого палива, перш за все, визначають за кіль­кістю теплової енергії, що є в одиниці його маси або в одиниці об’єму. Кількість тепла, яке виділяється під час повного згорян­ня одиниці маси (1 кг рідкого або твердого) або одиниці об’єму (1м³ газоподібного) палива, називають питомою теплотою зго­ряння (теплотворністю) палива. Далі в тексті просто — теплота згоряння.

При згорянні вода, яка міститься в паливі і утворюється від згоряння водню, перетворюється в пару. На пароутворення витра­чається теплота. У тому випадку, коли пари води конденсуються і теплота, затрачена на пароутворення звільняється, теплоту зго­ряння називають вищою (Q_B). Якщо ж пари води виносяться з димовими або відпрацьованими газами, частина тепла втрачається і таку теплоту називають нижчою (Q_H).

Теплоту згоряння палива визначають експериментальним шля­хом у спеціальних приладах — калориметрах і розрахунковими методами. Суть калориметричного способу визначення теплоти згоряння палива полягає в тому, що при спалюванні певної кіль­кості палива у спеціально закритих камерах калориметричних ус­тановок тепло продуктів згоряння передається воді і при цьому теплоту згоряння оцінюють за підвищенням температури в калориметрі.

При визначенні теплоти згоряння розрахунковими метода­ми необхідно знати елементний склад палива. Найчастіше визна­чають теплоту згоряння за законом Г.І. Геса, коли вона залежить від складу початкових та кінцевих продуктів і не залежить від проміжних реакцій. Підрахована таким чином теплота згоряння буде трохи відрізнятись від фактичної, оскільки горючі елементи у паливі перебувають не у вільному стані, а утворюють різні органічні сполуки, на руйнування яких витрачається частина теп­ла. Тому згоряння палива дає менший тепловий ефект, ніж згоряння окремих елементів, які входять до його складу, що і врахо­вується коефіцієнтами формул. У практиці найчастіше для визна­чення теплоти згоряння застосовують формули Д.І Менделєєва. Відповідно до них теплоту згоряння рідких і твердих палив (кДж/кг) визначають як:

Q_B=339C+1256H-109(O-S); 

Q_H= Q_B-25(9H+W) = 339С+1030Н- 109(O-S)-25W,

де С, Н, О, S, W — елементний склад палива, відсотки за масою; 25 — коефіцієнт, який враховує втрату теплоти, що вино­ситься продуктами згоряння в атмосферу (1 кг пари при потрап­лянні в атмосферу забирає 2500 кДж/кг); 9Н — число масових частин води, що утворюється при згорянні однієї масової частини водню.

Теплоту згоряння газоподібного палива (кДж/м³) у розрахунку на суху масу визначають за формулами:

Q_B= 128 (CO + H₂) + 339СН₄+ 639 C_nH_m ;

Q_H=128CO + 108H₂ + 356СН₄ + 589 C_nH_m,

де CO, H₂, CH₄, C_nH_m — склад газоподібного палива, відсотки за об’ємом при нормальних умовах (0°С, тиск 760 мм рт.ст.).

Теплоту згоряння робочої маси газоподібного палива, що містить вологу, підраховують за формулами:

Qp_b = Q'_B 0,805/(0,805+W);

Q»_H = Q'_H 0,805 /(0,805+W);

де 0,805 — маса 1 м³ водяної пари, (кг); W — вміст вологи в 1 м³ газу, (кг).

Для порівняння різних видів палива, а також для обліку за­гальних запасів палива і складання заявок встановлений еталон — умовне паливо, теплота згоряння якого для твердого і рідкого дорівнює 29307 кДж/кг, а для газоподібного — 29307 кДж/м³. При порівнянні видів палив визначають їх теплові (калорійні) еквіваленти, які є відношенням теплоти згоряння будь-якого па­лива до теплоти згоряння умовного:

Е = Qp_h/29307

Щоб перерахувати фактичне паливо в умовне, потрібно масову його кількість помножити на тепловий еквівалент.

Горінням називають швидкоплинну реакцію, яка супроводжу­ється виділенням теплоти і випромінюванням світла. Як прави­ло, це процес окислення, сполучення палива з киснем повітря (іноді з чистим киснем) або з іншим окислювачем. Характерною особливістю цього процесу є велика швидкість реакції, при якій тепло, що виділяється, не встигає розсіюватися, внаслідок чого різко підвищується температура. Цим відрізняється процес го­ріння від дуже повільних окислювальних процесів — гниття і ржавіння, а також від дуже швидкого, майже раптового окислю­вального процесу — вибуху.

Горіння — складний процес, при якому хімічні реакції су­проводжуються фізичними явищами: перемішуванням палива і повітря, дифузією, теплообміном тощо. Розрізняють гомогенне горіння, коли паливо і окислювач знаходяться в газоподібному стані; гетерогенне, коли речовини перебувають в різному агрегат­ному стані, наприклад, рідкі та газоподібні.

Для процесу горіння необхідно, щоб горючі речовини і окис­лювач мали певну (для кожної речовини) температуру, при якій порівняно швидко відбувається їх взаємодія. Температура, при якій хімічний процес різко прискорюється і при зіткненні з від­критим вогнем речовина займається, називається температурою займання. Якщо займання речовини відбувається без стикання з відкритим вогнем, матимемо температуру самозаймання. Далі го­ріння продовжується внаслідок безперервного виділення тепла, необхідного для підтримування температури на достатньо високо­му рівні.

Швидкість процесу горіння залежить в основному від умов сумішоутворення. У такому разі горіння розділяють на кінетичне і дифузійне. Якщо процес утворення суміші палива і повітря передує горінню, то горіння називають кінетичним; якщо про­цеси відбуваються одночасно — дифузійним. На практиці, зде­більшого, спостерігається змішане горіння, яке називають ди­фузійно-кінетичним.

За температуру горіння приймають температуру, до якої нагріваються газоподібні продукти згоряння внаслідок горіння палива. Розрізняють теоретичну і дійсну температуру горіння.

Теоретичною температурою горіння називається максимальна температура, яка може бути досягнута при відсутності втрат від теплообміну. Для рідких палив вона становить 1800-2000 °С, а для твердих – 1450-1800 °С.

У реальних умовах процес горіння супроводжується тепло­обміном і тепловими втратами, тому продукти згоряння мають, як правило, температуру, яка нижче теоретичної.

Вид палива, його властивості визначають особливості проце­су горіння. Згоряння твердого палива (вугілля) може відбува­тись у товщині шару (шарові камери згоряння), а також у пилоподібному стані (факельні камери згоряння).

Горіння твердого палива (не тільки вугілля) в шаровій камері згоряння (топці) складається з таких стадій: випаровування вологи (підсушка палива), виділення та горіння горючих лет­ких речовин у топковому просторі і горіння безпосередньо на колосниковій решітці. Таким чином, частина твердого

палива згоряє в топковому просторі, а частина — на колос­никовій решітці.

Згоряння палива у товщині шару широко використовуєть­ся в народному господарстві (топки котельних установок, про­мислових печей, газогенераторів) і в побуті, для опалення приміщень у сільській місцевості.

Суть процесу спалювання пиловидного палива полягає тому, що попередньо подрібнене паливо, за допомогою повітря, через пальник вдувається в топкову камеру, де згоряє у завислому стані. Спалювання палива у пилоподібному стані економічно вигідно, оскільки при цьому може використовуватись паливо з високим вмістом вологи і золи (буре вугілля, горючі сланці тощо), а також відходи вугільної промисловості.

Пилоподібне паливо широко застосовується в топках котель­них установок ТЕЦ, крім того ведуться дослідження щодо вико­аливо р його у двигунах внутрішнього згоряння.

Рідке паливо спалюється різними способами. Один з них полягає в тому, що рідке паливо попередньо переводиться у га­аливо розд стан, пари палива перемішуються з повітрям і спалю­ються (кінетичний процес горіння). Цей спосіб застосовується для спалювання рідких палив легкого фракційного складу в бен­зинових двигунах.

Другим поширеним способом є спалювання рідкого палива в крапельному вигляді. Для прискорення горіння попередньо роз­пилюють паливо на дрібні краплі з наступним спалюванням у фа­келі. Розпилюється воно спеціальними пристроями — форсунками.

Спалюється газоподібне паливо з допомогою спеціальних при­строїв, які називають газовими пальниками. Газ і повітря, необхідне для горіння, подаються через пальник у топкову камеру, де утворю­ється струмінь газу, що горить (факел).

Співвідношення палива і окислювача, яке відповідає хімічній реакції повного окислення горючих елементів (повне згоряння) називається стехіометричним.

Кількість кисню, теоретично необхідна для спалювання 1 кг твердого або рідкого палива, можна визначити на основі стехіометричного відношення для реакцій горіння елементів горючої маси палива (С, Н, S).

З рівнянь повного згоряння цих елементів: С+О₂=СО₂ (12+32=44), 2Н+О₂=2Н₂О (4+32=36), S+O₂=SO₂ (32+32=64), враховуючи їх атомну масу, знаходимо, що для спалювання 12 кг

вуглецю потрібно 32 кг кисню, а для спалювання 1 кг вуглецю потрібно 32/12=2,67 кг кисню. Аналогічно, для спалювання 1 кг водню потрібно 8 кг кисню, а для спалювання 1 кг сірки — 1 кг кисню.

Тоді формула для підрахунку теоретично необхідної кількості кисню (кг) для спалювання 1 кг палива буде мати вигляд:

О_т = (2,67С+8Н + S – О)/100,

де С, Н, S, О — хімічні елементи горючої частини палива в % за масою.

Для спалювання палива, як правило, подається повітря, в якому кисень становить 23,2 % за масою. Тоді теоретично необхідну кількість повітря (кг) для спалювання 1 кг палива визначають за формулою:

L_r=(2,67C+8H+S-O)/23,2

Кількість повітря зручніше визначати в м³/кг. Тоді формула матиме вигляд:

L_T= (2,67С+8Н + S – О)/23,2 -1,29 = (2,67C+8H +S-O)/30,

де 1,29 — маса 1 м³ повітря.

Для газоподібного палива кількість повітря (м³/м³) визначають за формулою:

L_T= [0,5(H₂+CO)+(n+m/4) C_nH_m-O₂]/21,

де n — число атомів вуглецю; m — число атомів водню; 21 — вміст кисню у повітрі, % за об’ємом.

Склад газу у формулі даний у відсотках за об’ємом. Для деяких видів палив кількість теоретично необхідного по­вітря для повного згоряння палива (в кілограмах) наведено нижче:

Авіаційний бензин ......................... 14,9

Автомобільний бензин..................... 14,8

Дизельне паливо............................... 14,4

Етиловий спирт.................................. 9,0

Метиловий спирт............................... 6,5

Бензол ............................................... 13,2

У виробничих умовах здійснити повне спалювання палива з теоретично необхідною (розрахунковою) кількістю повітря практично неможливо. Тому для цього, як правило, подають надлишок повітря, тобто процес відбувається не з розрахун­ковою, а з фактичною (дійсною) кількістю повітря L _д.

    Відношення дійсної витрати повітря до теоретично необхідної для спалювання 1 кг (1 м³) палива називають коефіцієнтом над­лишку повітря (а ):

а = L_Д/L_T.

Суміш палива і повітря називають горючою сумішшю. Залеж­но від співвідношення кількості палива і повітря горюча суміш може бути: нормальна а =1, бідна а >1, багата а < 1. При зна­ченнях, близьких до одиниці — збіднена або збагачена.

Робота двигуна як на бідній, так і на багатій горючій суміші економічно невигідна. У першому випадку суміш розбавляєть­ся великою кількістю інертного азоту і надлишкового кисню, швидкість і температура горіння знижується, двигун не розви­ває потрібної потужності. У другому — нестача кисню призво­дить до утворення продуктів неповного згоряння палива, дви­гун димить, витрата палива збільшується, а потужність зни­жується. Тому необхідно забезпечити повне згоряння палива з якомога меншим коефіцієнтом надлишку повітря

Коефіцієнт надлишку повітря визначають за формулами: при повному згорянні 

а = 1/(1 – 3,76 O₂/N₂);

при неповному

а = 1/[1- 3,76 (О₂ – 0,5CO)/N₂ ];

де О₂, CO, N₂ — процентний вміст за об’ємом у продуктах згоряння відповідно кисню, оксиду вуглецю (визначають з допо­могою спеціальних приладів-газоаналізаторів) і азоту (підраховують за різницею N₂ =100 – (СО₂ +О₂ +СО).

Теплота згоряння горючої суміші (Q_re) залежить від кількості теплоти, виділеної паливом і об’єму повітря

Q_rс⁼Q_H/(1+аL_T)

Для різних видів палива теплота згоряння нормальних горю­чих сумішей приблизно однакова — 2770 кДж/кг.

Горюча суміш, яка змішалась із залишковими газами від попе­реднього циклу, називають робочою сумішшю. Якщо потрібно визначити теплоту її згоряння, то вносять поправку на коефіцієнт надлишкових газів. На практиці теплоту згоряння горючої і робо­чої суміші прирівнюють.

Характер процесу горіння можна визначити за складом продуктів згоряння палива. Для цього існують різні газоаналі­затори: хімічні, електричні, магнітні, механічні. Більш точні — хімічні, більш зручні — автоматичні і електричні. Найбільш поширені — прості хімічні газоаналізатори, які дозволяють визна­чати у відпрацьованих газах вміст вуглекислого газу, кисню і оксиду вуглецю. Принцип дії газоаналізатора полягає в погли­нанні розчинами певних складових елементів відпрацьованого газу, який послідовно пропускають через ці розчини. За відпо­відним збільшенням об’єму знаходять процентний вміст кожно­го окремо поглиненого компонента. Так, відсутність оксиду вуг­лецю свідчить про повне згоряння палива, а наявність СН, CO і Н₂ — про неповне.

 

1.2 Загальні відомості про одержання паливно-мастильних матеріалів

Види палива, властивості і горіння

За фізичним станом паливо буває рідким, твердим і газоподібним. Кожне з них може бути природним (нафта, кам'яні й бурі вугілля, торф, сланці, природний газ) та штучним (бензин, дизельне паливо, кокс, напівкокс, деревне вугілля, генераторний газ, зріджений газ та ін.) У сільськогосподарському виробництві використовують різні види палива, але в машинах, забезпечених двигунами внутрішнього згоряння, основним є рідке паливо.

Паливо складається з горючої і негорючої частини. Горюча частина палива складається з різних органічних сполук, до складу яких входять вуглець (С), водень (Н), кисень (О), сірка (S).

Вуглець (С) і водень (Н) при згорянні виділяють велику кількість теплоти. У невеликих кількостях до складу палива входить сірка (S), що утворює при згорянні оксиди сірки, що викликають сильну корозію, і тому є небажаною складовою частиною. У вигляді внутрішнього баласту в невеликих кількостях міститься кисень (О) і азот (N).

Неорганічна частина палива складається з води (W) і мінеральних домішок (М), які при згорянні утворюють золу (А).

Теплова цінність палива оцінюється теплотою його згоряння, яка може бути вищою (Qв) або нижчої (Qн).

Питомою теплотою згоряння твердого і рідкого палива називають теплоту, що виділяється при повному згорянні одного кг маси палива.

Обчислюють теплоту згоряння (кДж/кг) зазвичай за формулою Д.І. Менделєєва:

-вищу: Qв = 339С + 1256Н - 109 (Про-S);

-нижчу; Qн = Qв - 25 (9Н + W)

Елементний склад палива виражений у відсотках, чисельні коефіцієнти показують теплоту згоряння окремих елементів, поділену на 100. Від'ємник 25 (9Н + W) являє собою кількість теплоти, витрачений на перетворення вологи палива в пар і уносимой в атмосферу з продуктами згорання.

Горіння - це хімічна реакція окислення палива киснем, повітря супроводжується виділенням теплоти і різким підвищенням температури. Процес горіння дуже складний, хімічні реакції в ньому супроводжуються фізичними явищами, такими як перемішування палива і повітря, дифузія, теплообмін і ін

Загальні відомості про нафту і отримання нафтопродуктів

Основну масу палива та мастильних матеріалів виробляють з нафти. В залежності від фізико-хімічних властивостей нафти вибирається найбільш раціональний напрямок її переробки. Властивості одержуваних нафтопродуктів залежать від хімічного складу нафти та способів її переробки.

До складу нафти входять три основні класи вуглеводнів: парафінові, нафтенові і ароматичні. При вивченні сучасних способів отримання палива та мастил з нафти потрібно усвідомити, що способи отримання бензину можуть бути фізичні та хімічні, масел і дизельного палива - тільки фізичні. При фізичних способах не порушується вуглеводневий склад нафти, а тільки розділяються по температурах кипіння різні дистиляти. При хімічних способах змінюється вуглеводневий склад і утворюються нові вуглеводні, яких не було у вихідній сировині.

Відповідальною і важливою частиною при отриманні палива є очищення нафтопродуктів. Мета очищення - видалення з дистиляту шкідливих домішок (сірчистих і азотних сполук, смолистих речовин, органічних кислот і ін), а іноді і небажаних вуглеводнів неграничних, поліциклічних і ін). Способи очищення різні - сіркокислі, гідрогенізаційних селективна обробка адсорбентами та ін

Експлуатаційні властивості та застосування автомобільного бензину

Одним з головних вимог, що пред'являються до бензину є його детонаційна стійкість. Швидкість поширення фронту полум'я при нормальному горінні палива складає 25 - 35 м/с. За певних умов згоряння може перейти під вибуховий, при якому фронт полум'я поширюється зі швидкістю 1500 - 2500 м/с. При цьому утворюються детонаційні хвилі, які багаторазово відбиваються від стінок циліндра.

При детонації з'являються різкі дзвінкі металеві стуки в двигуні, тряска двигуна, періодично спостерігається чорний дим і жовте полум'я у випускних газах;

Потужність двигуна падає, перегріваються його деталі. В результаті перегріву відбувається підвищений знос деталей, з'являються тріщини, має місце прогорание поршнів і клапанів.

Детонаційна стійкість бензину оцінюється умовною одиницею, званої октановим числом, яке визначають двома методами: моторним і дослідницьким. Ці методи відрізняються тільки режимами навантаження двигуна при оцінці детонаційної стійкості.

Визначають октанове число на одноциліндровий моторної установки зі змінним ступенем стиснення двигуна методом порівняння випробуваного бензину з еталонним паливом при однакової інтенсивності їх детонацій. Еталонне паливо являє собою суміш двох вуглеводнів парафінового ряду: ізооктану (С8Н18), його детонаційна стійкість приймається за 100, і нормального гептану (С7Н16), детонаційна стійкість якого приймається за 0.

Октанове число дорівнює процентному змісту за обсягом ізооктану у штучно приготовленої суміші з нормальним гептаном, яка за своєю детонаційної стійкості рівноцінна випробуваному бензину.

Для різних автомобільних двигунів підбирають бензин, що забезпечує Бездетонационная роботу на всіх режимах. Чим вище ступінь стиснення двигуна, тим вище вимоги до детонаційної стійкості бензину, але одночасно і вище економічність, і питомі потужні показники двигуна. Ефективним способом підвищення детонаційної стійкості бензину є додавання до них антидетонаторов, наприклад тетраетилсвинцю, у вигляді етилової рідини. Бензин, в який додана етилова рідина, називається етилованим. У деяких марках бензину використовуються марганцеві антидетонатори.

фракційний склад є головним показником випаровуваності автомобільного бензину, найважливішою характеристикою його якості; Від фракційного складу бензину залежать легкість пуску двигуна час його прогрівання, прийомистість і інші експлуатаційні показники двигуна.

Бензин являє собою суміш вуглеводнів, що володіють різною випаровуваність. Швидкість і повнота переходу бензину з рідинного в пароподібний стан визначається його хімічним складом і називається випаровуваність. Так як бензин є постійної складн ою сумішшю різних вуглеводнів, то вони википають не при одній постійній температурі, а в широкому діапазоні температур. Автомобільний бензин википає від 30 до 215 В° С. Випаровуваність бензину оцінюється за температурним межам його википання і температурам википання його окремих частин - фракцій.

Основні фракції - пускова, робоча і кінцева. Пускову фракцію бензину складають самі легкокіпящіе вуглеводні, що входять в перші 10% обсягу дистиляту. Робочу фракцію представляють дистиляти, переганяли від 10 до 90% обсягу, і концевую фракцію - від 90% обсягу до кінця кипіння бензину. Фракційний склад бензину нормується п'ятьма характерними точками: температура і початок перегонки (для річного бензину), температурами перегонки 10, 50 і 90%, температурою кінця кипіння бензину, або об'ємом випарювання при 70,100 і 180 В° С.

У відповідностей з ГОСТ 2084-77 автомобільний бензин річного виду повинен мати температури початку перегонки не нижче 35 В° С, а 10% бензину повинно переганятися при температурі не вище 70 В° С. Для бензину зимового виду температура початку перегонки не нормується, а 10% бензину повинно переганятися при температурі не вище 55 В° С. Завдяки цьому випускається товарний бензин річного виду забезпечує пуск холодного двигуна при температурі навколишнього повітря вище 10 В° С, в жаркий літній період вони не утворюють парових пробок. Бензин зимового виду дає можливість запустити двигун при температурі повітрю -26 В°, -28 В° С, поява парових пробок у системі живлення двигуна при цих умовах практично виключено.

У робочій фракції (обсяг дистилятів від 10 до 90%) нормується температурою перегонки 50% бензину, яка характеризує швидкість прогрівання і прийомистість двигуна.

прийомистість двигуна називається його спроможність в прогрітому стані під навантаженням швидко переходити з малої частоти обертання до більшої при різкому відкритті дросельної заслінки.

Температура перегонки 50% палива у товарного бензину річного виду повинна бути не менше 115 В° С, а зимового, виду - 100 В° С.

Температура перегонки 90 % І кінця кипіння бензину характеризують повноту випаровування бензину і схильність його до нагароутворення. Температура перегонки 90% палива для автомобільного бензину річного виду повинна бути не вище 180 В° С, а зимового 160 В° С.

Одним з головних властивостей, обумовлюють випаровуваність бензину, є, тиск його насиченої пари. Чим більше в бензині міститься вуглеводнів з низькою температурою кипіння, тим вище його випаровуваність, тиск насичених парів і схильність до утворення парових пробок. Поява парових пробок у системі живлення двигуна веде до перебоїв у роботі і його мимовільної зупинки.

У випускаються в даний час автомобільного бензину тиск насичених парів складає 35 - 100 кПа.

У бензинових двигунах, постачених електронною системою упорскування, забезпечується більш рівномірний розподіл палива по циліндрах, тому вони володіють перевагою по порівнянні з карбюраторними: більш економічні, менша токсичність відпрацьованих газів, краща динамічність.

Для автомобільних двигунів по ГОСТ 2084-77 випускається бензин наступних марок: А-76, АІ-91, АІ-93, АІ-95, а по ТУ38.401-58-122-95 - АІ-98. Буква А означає, що бензин автомобільний, цифра в марці А-76 - значення октанового числа, визначеного за моторному методу. Буква І в бензину АІ-91, АІ-93, АІ-95 і АІ-98 з подальшою цифрою означає октанове число, визначене по дослідницькому методу. Цей бензин може бути як етилованим, так і неетилованим. Він не відповідає прийнятим міжнародним нормам, особливо в частині екологічних вимог. З метою підвищення якості бензину до рівня європейських стандартів розроблено ГОСТ Р 51105-97, яким передбачено випуск неетильованого бензину наступних марок: В«Нормаль-80В», В«Регуляр-91В», В«Преміум-95В» та В«Супер-98В». Октанові числа у них визначені по дослідницькому методу. У цих марок знижені масова частка сірки до 0,05% і об'ємна маса бензолу до 5%. Бензин В«Преміум-95В» та В«Супер-98В» повністю відповідають європейським вимогам та призначені, в основному для імпортних автомобілів. З метою забезпечення великих міст та інших регіонів з високою щільністю автомобільного транспорту екологічно чистим паливом передбачено виробництво неетильованого бензину з покращеними екологічними показниками.

1.3.1 Застосування і вимоги до бензинів

Бензин – горюча суміш легких вуглеводнів з температурою кипіння від 33 до 205 °С (в залежністі від домішок). Щільність близько 0,71 г/см³. Теплоспроміжна здатність приблизно 10200 ккал/кг (46 МДж/кг, 34,5 МДж/литр). Температура застигання -71 °С.

Вітчизняні легкові автомобілі та автобуси, а також більшість вантажних автомобілів мають карбюраторні двигуни. Паливом для цих двигунів служить автомобільний бензин.

Основні техніко-економічні вимоги до бензинів зводяться до наступного:

•                   - бензин повинен забезпечувати безвідмовну роботу автомобільного двигуна на всіх режимах і у всіх практично зустрічаються умовах експлуатації;
•                   - двигун повинен розвивати передбачену для нього потужність при мінімальній витраті бензину;
•                   - бензин повинен забезпечувати мінімальні зноси двигуна, трудові та матеріальні витрати на ремонт і технічне обслуговування двигуна;
•                   - якість бензину не повинен погіршуватися при транспортуванні, зберіганні та використанні;
•                   - поводження з бензином не повинно викликати підвищеної небезпеки для персоналу, що займається експлуатацією, технічним обслуговуванням і ремонтом автомобілів.

Виходячи з названих вище вимог встановлюється відповідність бензину до даних конкретних умов і можливість його застосування [18,22].

Відповідність бензину перерахованим вимогам залежить, насамперед, від його фізико-хімічних властивостей, які визначаються низкою показників. Основні показники фізико-хімічних властивостей бензинів вказуються в стандарті або в технічних умовах на бензин даної марки. Показники могли б значно змінюватися залежно від природи нафти, способів її переробки та очищення бензину.

Таблиця

Середні компонентні сполуки автомобільних бензинів

Компонент	А76(А-80)	А-76*	И-91	А-92	А-92*	АИ-95	АИ-98
Бензин каталітичного риформингу: м'якого режиму	40-80	70-60	60-90	60-88	50-100	.
жесткого режиму		-	40-100	40-100	10-40	5-90	25-88
Ксилільна фракція	-	-	10-20	10-30	-	20-40	20-40
Бензин каталітичного крекингу	20-80	10-60	10-85	10-85	10-85	10-50	10-20
Бензин прямий перегонки	20-60	40-100	10-20	10-20	10-80	-
Алкілбензин	-	-	5-20	5-20	-	10-35	15-50
Бутаны+изопентан	1-7	1-5	1-10	1-10	1-7	1-10	1-10
Г азовий бензин	5-10	5-10	5-10	5-10	5-10	-
Толуол	-	-	0-7	0-10	-	8-15	10-15
Бензин коксування	1-5	5-10	-	-	-	-
Гідростабілізований бензин піролизу	10-35	10-20	10-30	10-30	10-30	10-20	10-20
МТБЭ	<=8	-	5-12	5-12	-	10-15	10-15

* - Этильований

Стандартизація основних показників фізико-хімічних властивостей забезпечує одну і ту ж якість бензину даної марки. Фракційний склад, тиск насичених парів, детонаційна стійкість, а також вміст механічних домішок та води в бензині визначають здатність даного бензину утворювати бензино-повітряну суміш потрібного складу при різних умовах роботи двигуна, в тому числі при низьких і високих температурах, мінімальних і максимальних числах обертів колінчастого вала, при відкритому або повністю відкритому дроселі, тобто визначаю споживчі якості бензину, від яких залежить безвідмовність роботи двигуна. Від них залежать також швидкість і повнота згоряння бензино-повітряної суміші в циліндрах двигуна, можливість роботи двигуна на найбільш економічних режимах, т. ч., потужність, що розвивається Двигуном, і кількість витрачаємого при цьому бензину.

Таблиця

Характеристики автомобильных бензинов (ГОСТ 2084-77)

Показники	А-72	А-76 неетил.	А-76 этил.	АИ-91	АИ-93	АИ-95
Детонаційна стійкість: октановое число, не менш:
моторный метод	72	76	76	82,5	85	85
дослідницький метод не нормується				91	93	95
Масовий вміст свинцю, г/дм3, не більш
0,0 ІЗ		0,013	0,17	0,013	0,013	0,013
Фракційний вміст: температура
початку перегонки бензину, °С, не нижче:
літнього	35	35	35	35	35	ЗО
зимового	не нормується
10% бензину переганяється при температурі, °С, не выще:
Літнього	70	70	70	70	70	75
зимового	55	55	55	55	55	55
50% бензину переганяється при температурі, °С, не выше:
літнього	115	115	115	115	115	120
зимового	100	100	100	100	100	105
90% бензину переганяється при температурі, °С, не выше:
літнього	180	180	180	180	180	180
зимового	160	160	160	160	160	160
Кінець кипіння бензину, °С, не выще:
літнього	195	195	195	205	205	205
зимового	185	185	185	195	195	195
Залишок в колбі, % не більш	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
Залишок і втрати, %, не більш	4,0	4,0	4,0	4,0	4,0	4,0
Тиск насичених паров бензину, кПа:
літнього, не більш	66,7	66,7	66,7	66,7	66,7	66,7
Кислотність, мг КОН/100 см3, не більш	66,7-93,3	66,7-93,3	66,7-93,3	66,7-93,3	66,7-93,3	66,7-93,3
Вміст фактичних смол, мг/100см3, не більш:
на місці виробництва	5.0	5,0	5.0	5,0	5.0	5,0
на місці вживання	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
Індукційний період
на місці виробництва
на місці вживання
бензину, мин, не менш	600	1200	900	900	1200	900

Фракційний склад встановлює залежність між кількістю палива (у % за об'ємом) і температурою, при якій воно переганяється. Для характеристики фракційного складу в стандарті вказується температура, при якій переганяється 10, 50 і 90% бензину, а також температура кінця його перегонки, іноді й початку. Застосування бензину з високою температурою кінця перегонки призводить до підвищеного зносу циліндрів і поршневої групи внаслідок змивання масла і) стінок циліндрів і його розрідження в картері, а також внаслідок нерівномірного розподілу робочої суміші по циліндрах. Тиск насичених парів характеризує випаровуваність головних фракцій бензинів, і в першу чергу їх пускові якості. Чим вище тиск насичених парів бензину, тим легше він випаровується і тим швидше відбувається пуск і нагрівання двигуна. Однак якщо бензин має занадто високий тиск насичених парів, то він може випаровуватися до змішувальної камери карбюратора. Це призведе до погіршення наповнення циліндрів, можливого утворення парових пробок у системі живлення і зниження потужності, перебоїв і навіть зупинки двигуна. Тому тиск насичених парів бензину встановлюється таким, щоб при хорошому його випаровуванні не утворювалися парові пробки в системі живлення двигуна. При оцінці випаровуваності бензину необхідно поряд з тиском насичених парів враховувати його фракційний склад.

Октанове число характеризує детонаційну стійкість бензину, що є найважливішею його експлуатаційною якістю. Детонаційна стійкість бензину оцінюється октановим числом, вказуються у стандартах або технічних умовах в числі найважливіших фізико-хімічних властивостей бензину. Показник октанового числа входить і маркування бензину. Октанове число бензину чисельно дорівнює одно процентному (за об'ємом) змістом ізооктану в такій суміші з нормальним гептаном, яка рівноцінна по детонаційної стійкості випробуваному бензину. Чим вище октанове число, тим більше стійок бензин перед детонацією і там кращими експлуатаційними якостями він володіє. При порівнянних умовах бензини з легшим фракційним складом мають більш високе октанове число. Краще протистоять детонації бензини, в яких переважають ароматичні вуглеводні, потім слідують нафтенові, і найменша детонаційна стійкість у бензинів, шо складаються в основному з нормальних парафінових вуглеводнів. Наявність в бензині сірчастих сполук і смолистих речовин знижує його октанове число, тому зміст їх в бензині строго контролюється. Детонація найчастіше виникає при роботі прогрітого двигуна на повному навантаженні при невеликому числі обертів колінчастого валу. Виникненню детонації сприяє погіршення охолоджування двигуна (нагар, накип, пробуксовка ременя вентилятора та ін), збільшення відкриття дроселя, зменшення числа обертів колінчастого вала двигуна, збільшення кута випередження запалювання. Змінюючи режим роботи двигуна, можна запобігти або припинити вже почавшуюся детонацію. Октанове число бензину підвищується шляхом додавання до бензину високооктанових компонентів або присадок-антидетонаторів. Механічні домішки в бензині не допускаються. Вони призводять до засмічення паливних фільтрів, паливо• проводів, жиклерів, що порушує нормальну роботу двигуна, збільшує знос циліндрів і поршневих кілець. Наявність води в бензині також виключено. Вона небезпечна насамперед при температурі нижче 0 ° С, так як, замерзаючи, утворю! кристали, які можуть перегородити доступ бензину в циліндри двигуна; вона сприяє осмоленню бензину, а також викликає корозію паливних баків і резервуарів. На безвідмовну роботу двигуна, та розвиваєму їм потужність і витрату бензину крім розглянутих властивостей впливають і інші фізико-хімічні властивості. Так, розвиваєма двигуном потужність залежить від теплоти згорання палива. Водночас у вживаних марок бензинів теплота згоряння практично не відрізняється. Для автомобільних бензинів не нормуються в'язкість і щільність. Фактичне відхилення в'язкості і щільності бензинів однієї марки не викликає необхідності змінювати регулювання і режим роботи двигуна для різних партія бензину. Однак при цьому може виникнути необхідність при переході на літній або зимовий період експлуатації або на бензин іншої марки. Щільністю бензину називається його маса, що міститься в одиниці об'єму. Найчастіше щільність визначається нафто-денсиметром при 20 °С. З пониженням температури в'язкість і щільність зростають. Збільшення в'язкості зменшує пропускну здатність жиклерів, а з підвищенням щільності збільшується кількість одного і того ж обсягу бензину, що надходить через жиклери. Автогосподарства отримують бензин з нафтобаз у вагових одиницях (кг), а при заправці автомобілів через заправні станції (бензоколонки) завмер виконують в об'ємних (л) одиницях. Тому, знаючи щільність, проводять перерахунок вагових одиниць (одиниць маси) в об'ємні. Крім перерахованих фізико-хімічних властивостей на знос двигуна і на витрати по догляду за автомобілем впливає також вміст у бензині мінеральних і органічних кислот, лугів, смол, сірки та її сполук. Водорозчинні (мінеральні) кислоти і луги, отруйні метали, і їх присутність в бензині викликають інтенсивний знос деталей двигуна. У бензині в результаті неякісного очищення можуть виявитися сірчана кислота і луги. Стандартами на автомобільні бензини не допускається вміст у них хоча б слідів водорозчинних кислот і лугів. Тому бензин піддають якісної перевірці на нейтральність, щоб встановити його відповідність вимогам стандарту і частини вмісту в ньому водорозчинних кислот і лугів. Для цього бензин ретельно перемішують з такою ж кількістю дистильованої води і після відстою йодну витяжку зливають у дві пробірки, в які відповідно додають по 1-2 краплі індикаторів метилоранжу і фенолфталеїну. Якщо в бензині присутня кислота, то при додаванні до водній витяжці метилоранжу вона забарвлюється в оранжево- червоний колір, якщо луг - то при додаванні фенолфталеїну її колір стає рожевим або червоним. Органічні (високомолекулярні нафтенові нерозчинні у воді) кислоти, отруйні метали значно слабкіше, ніж мінеральні. В основному, вони становлять небезпеку для кольорових металів, і в першу чергу для свинцю та міді. Залізо, наприклад, піддасться корозії під дією органічних кислот в десятки разів слабкіше, ніж свинець і мідь. Тому органічні кислоти в бензині призводять до прискореного зносу вкладишів; корінних шатунних підшипників колінчастого вала, втулок верхньої головки шатуна та інших деталей з кольорових металів (крім алюмінієвих). Органічні кислоти можуть викликати закупорку паливо-проводів системи живлення в результаті попадання в них смол, викликаних наявністю кислоти і продуктів корозії. Вміст органічних кислот в автомобільних бензинах суворо обмежується і оцінюється за кількістю їдкого калію (КОН) в мг, потрібного для нейтралізації кислот, що знаходяться в 300 м³ бензину. Для цієї мсти 50 см³ бензину кип'ятять в суміші з такою ж кількістю нейтралізованого етилового (винного) спирту з добавкою декількох крапель індикатора нітрозінового жовтого для вилучення з бензину органічних кислот і потім нейтралізують гарячу суміш спиртовим розчином їдкого калію до тих пір, поки її колір не почне переходити з жовтого в зелений. Кислотність бензинів не повинна перевищувати 3 мг/100 см³. Особливою корозійною агресивністю відрізняються активні сірчані з'єднання, до яких відносяться елементарна сірка (S), сірководень (H₂S) і меркаптани (RSH). Присутність активної сірки в бензині не допускається. Неактивні сірчисті сполуки викликають корозію тільки при їх згоранні разом з бензином. При цьому утворюючиєся гази викликають корозію деталей двигуна.

Крім того, ці гази, проникаючи в картер двигуна і стикаючись з конденсувався парами води і киснем повітря, утворюють потужні кородіючи сірчану і сірчисту кислоти, які окислюють масло і викликають знос деталей. Деяка кількість неактивній сірки в бензині все ж допускається, так як позбутися її важко, особливо при переробці сірчастих нафт. Перевірка присутності в бензині активної сірки проводиться якісної пробою, шляхом спостереження за поверхнею мідної відполірованою пластинки до і після перебування її протягом 3 год в бензині, підігрітому до температури 50 ± 2 °С, або протягом 18 хв при 100С°. Платівка не повинна покриватися чорними, темно - коричневими і сіро-сталевими плямами і нальотами. Кількість неактивній сірки в бензині визначається так звании ламповим методом. Смоли в бензині утворюють нерозчинні, липкі, в'язкі опади темного кольору, які відкладаються на стінках паливних баків, паливо- проводів, в карбюраторі, у впускному трубопроводі, камері згоряння, на стрижнях і тарілках впускних клапанів і т. д. Під дією високої температури смолисті освіти коксуються і перетворюються на нагар. Опади смоли погіршують подачу бензину в циліндри двигуна, а іноді й повністю порушують її, перетворившись на нагар, призводять до зависання клапанів, самозаймання робочої суміші, роботі і детонацією і інших несправностей. Кількість смол в бензині не постійно, воно збільшується за рахунок полімеризації ненасичених вуглеводнів та окислення їх киснем повітря. Процес посилюється при підвищеній температурі і хорошому доступі повітря. Крім смол, які можуть утворюватися, розрізняють фактичні смоли, тобто ті, які вже були й бензині або ж утворилися при випробуванні. Зміст фактичних смол в бензині строго обмежується і встановлює граничне їх утримання на місці виробництва і на місці споживання, тобто на нафтобазі, в момент отримання бензину. Зміст фактичних смол визначається приладом, в якому при температурі 150 ± 3 ° С проводиться випарювання 25 мл бензину, омиваного струменем гарячого повітря. Отриманий після випарювання залишок зважується (в мг) і збільшується в 4 рази. Початкова якість бензинів внаслідок відбуваючихся в них фізико-хімічних процесів поступово погіршуються. Особливо це характерно для бензинів термічного крекінгу. Збереження первісних якостей бензину в процесі транспортування, зберігання та застосування залежить від його фізичної і хімічної стабільності. Окислення і осмолення зростає з підвищенням температури бензину. Тому всі заходи, які сприяють зниженню температури бензину при зберіганні і транспортуванні, будуть зменшувати його окислення і осмолення. Зниження температури також зменшує втрати вуглеводнів, що випаровуються. Окислюванню і осмоленню сприяє контакт бензину з повітрям, тому він швидше осмолюється при неповному заповненні тари. Процес окислення є самоприскорюючимся і тому бензин, залитий у тару, що не очищену від залишків старого осмоленого бензину, осмолюється передчасно. Прискорюють утворення смол іржа і забруднення тари, небажано потрапляння в бензин води. Про хімічну стабільність бензину судять за величиною індукційного періоду. Токсичність є найважливішою характеристикою бензину. У зв'язку з цим надзвичайно важливо, щоб ні сам бензин, ні його пари і нагар не уявляли підвищеної небезпеки для здоров'я осіб, що стикаються з ними. Основну масу автомобільних бензинів в Росії виробляють по ГОСТ 2084-77 і ГОСТ Р51105-97 і ТУ 38.001165-97. В залежності від октанового числа ГОСТ 2084-77 передбачає п'ять марок автобензинів: А-72, А-76, АІ-91, АІ-93 і АІ-95. Для перших двох марок цифри вказують октанові числа, визначувані по моторному методу, для останніх - по дослідницькому. У зв'язку з збільшенням частки легкового транспорту в загальному обсязі автомобільного парку спостерігається помітна тенденція зниження потреби в низькооктанових бензинах і збільшення споживання високооктанових. Бензин А-72 практично не виробляється через відсутність техніки, що експлуатується на ньому. Найбільша потреба існує в бензині А-92, який виробляється за ТУ 38.001165-97, хоча частка бензину А-76 в загальному обсязі виробництва залишається дуже високою. Зазначені ТУ передбачають також марки бензинів А-80 і А-96 з октановими числами по дослідницькому методу відповідно 80 і 96.ЦІ бензини призначені в основному для поставки на експорт. Бензин АІ-98 з октановим числом 98 по дослідницькому методу виробляється за ТУ 38.401-58-122-95 і ТУ 38.401-58-127-95. Бензини А-76, А-80, АІ-91, А-92 і А-96 допускається виробляти з використанням етилової рідини. Малоетилований бензин АІ-91 з вмістом свинцю 0,15 г/дм³ випускається за окремими технічними умовами (ТУ 38.401-58-86-94). При виробництві бензинів АІ-95 і АІ-98 використання алкилсвинцовых антидетонаторов не допускається. Вимоги ГОСТ 2084-77 до якості автомобільних бензинів наведені в таблиці. Всі бензини, які виробляються за ГОСТ 2084-77, залежно від показників випаровуваності ділять на літні та зимові. Зимові бензини призначені для застосування в північних і північно-східних районах протягом всіх сезонів і в інших районах з 1 жовтня до 1 квітня. Літні - для застосування у всіх районах крім північних і північно-східних в період з 1 квітня по 1 жовтня; у південних районах допускається застосовувані річний бензин протягом всіх сезонів. Параметри автомобільних бензинів, що виробляються за ГОСТ 2084-77, істотно відрізняються від прийнятих міжнародних норм, особливо в частині екологічних вимог. В цілях підвищення конкурентоспроможності російських бензинів і доведення їх якості до рівня європейських стандартів розроблений ГОСТ Р 51105-97 "Палива для двигунів внутрішнього згоряння. Неетапований бензин. Технічні умови", який введено в дію з 01.01.99 р. Цей стандарт не замінює ГОСТ 2084-77, яким передбачено випуск як етилований, так і неетилованих бензинів. Відповідно до ГОСТ Р 51105- 97 будуть вироблятися тільки неетилированні бензини (максимальний вміст свинцю не більше 0,01 г/дмЗ). В залежності від октанового числа по дослідницькому методу встановлено чотири марки бензинів: "Нормаль-80', "Регуляр-91", "Преміум-95", "Супер-98". Бензин "Нормаль-80" призначений для використання на вантажних автомобілях поряд з бензином А-76. Неетилований бензин "Регуляр-91" призначений для експлуатації автомобілів заміси етилованого А-93. Приблизно визначити октанове число можна, спеціалізованим приладом - октанометром, він дає похибку в октанових чисел на 5-10 одиниці. Тож, простіше кажучи, перевірити якість бензину немає ніякої можливості бо лабораторних досліджень. В лабораторії октанове число визначають двома способами; - моторний (MON); - дослідницький (RON).

 

1.3.2 Сумішоутворювальні властивості , асортимент бензинів

На сумішоутворювальні властивості бензинів впливають їхні густина, в’язкість, поверхневий натяг, випаровуваність, тиск насичених парів і низькотемпературні властивості.

Густина бензину впливає на витрати палива крізь жиклери та рівень бензину в поплавцевій камері карбюратора. Тому густина бензину має залишатись у межах 690...750 кг/м^ при 20 *С. Зниження густини бензину призводить до підвишення рівня в поплавцевій камері карбюратора і самочинного (довільного) витікання палива з розпилювачів. Густина бензину зі зниженням температури на кожні 10 ’С збільшується приблизно на 1 %.

Знаючи температуру, за якої визначено густину бензину, можна звести її до стандартної температури (20 °С):

Рм = Р/ + У (/ - 20),

де р, — густина бензину за температури випробувань, кг/м^ у — температурна поправка на 1 °С, кг/м^.

В’язкість переважно впливає на об’ємну кількість палива, що проходить крізь жиклер за одиницю часу, а отже, і на його витрату. Витікання бензину крізь жиклер зі зміною температури від 40 до -40 °С знижується на 20...30 % і карбюратор треба регулювати.

Поверхневий натяг усіх автомобільних бензинів однаковий і за температури 20 °С становить 20...24 мН/м, тобто приблизно в 3,5 раза менший, ніж води. Тому збільшення в’язкості бензинів може призвести до недопустимого збіднення робочої суміші.

Таким чином, густина, поверхневий натяг і, особливо, в’язкість автомобільних бензинів впливають на сумішоутворення, що треба враховувати при регулюванні дозувальної апаратури. Проте для нормальної роботи двигуна ще недостатньо точно реалізувати програму дозування палива. Дуже важливо, щоб перед згорянням воно випаровувалося й утворювалася горюча суміш з повітрям.

Товарні автобензини в Україні виробляють за ГОСТ 2084—77, а також ТУ У 00149943.501—98 та ТУ У 320.00158764.025-99.

Залежно від октанового числа (04) ГОСТ 2084—77 передбачає випуск бензинів марок А-72 (неетилований), А-76 (етилований, не- етилований), АИ-93 (етилований, неетилований), АИ-95 (неетилований), табл. 2.2.

Із 1996 р. нафтопереробні заводи України припинили виробництво автобензину А-72.

Параметри бензинів, що виробляються за ГОСТ 2084—77, суттєво відрізняються від прийнятих міжнародних норм, особливо щодо екологічних вимог. Для підвищення конкурентоспроможності українських бензинів були розроблені ТУ У 00149943.501—98. «Бензини автомобільні з підвищеним кінцем кипіння» (для яких передбачено визначення сумарного вмісту ароматичних вугле- юднів і масової частки бензолу не більще як 5 %) (табл. 2.3), а також ТУ У 320.00158764.025-99

За галузевим стандартом України ГСТУ 320.00149943.015—200 виробляються бензини (моторні суміші неетиловані), які виготовляються з базових компонентів і високооктанової кисневмісної добавки (ВКД) з масовою часткою не більше як 6 % і використовуються як палива для бензинових автомобільних двигунів, двигунів мотоциклів та двигунів іншого призначення.

Умовне позначення бензинів: за ГОСТ 2084-77

А-76: А — бензин автомобільний; 76 — відповідно ОЧМ; АИ-93, АИ-95:

93, 95 — відповідно ОЧД;

за ТУ У 00149943.501-98

А-80, А-92, А-95, А-96:

80, 92, 95, 96 — відповідно ОЧД;

за ТУ У 320.00158764.025-99

А-98:

98 - ОЧД;

за ГСТУ 320.00149943.015-2000

А-80ЕК, А-90ЕК, А-95Ек, А-98Ек:

80, 90, 95, 98 - ОЧД;

Ек — має поліфункціональну високооктанову кисневмісну добавку (ВКД) — «Екооктан +».

Базовими компонентами для виробництва товарних автобен- зинів є бензини каталітичного риформінгу та каталітичного крекінгу.

Бензини каталітичного риформінгу характеризуються низьким вмістом сірки і в їхньому складі практично відсутні олефіни, внаслідок чого вони високостабільні при зберіганні, однак вміст ароматичних вуглеводнів обмежується відповідно до екологічних вимог. До їхніх недоліків також належать нерівномірність розподілу детонаційної стійкості за фракціями.

Бензини каталітичного крекінгу характеризуються низькою масовою часткою сірки й ОЧД від 90 до 93.

Вміст ароматичних вуглеводнів у них дорівнює 30...40 %, а олефінових речовин — 25...35 %. У їхньому складі практично відсутні вуглеводні, через що вони мають відносно високу хімічну стабільність (індукційний період становить від 800 до 900 хв).

Порівняно з бензинами каталітичного риформінгу для бензинів цієї групи характерне рівномірніше розподілення детонаційної стійкості за фракціями. Тому для виробництва товарних бензинів ДОЦІЛЬНО використовувати суміші компонентів каталітичного риформінгу та каталітичного крекінгу.

Бензини термічних процесів, таких як крекінг і сповільнене коксування, мають низьку детонаційну стійкість і хімічну стабільність, високий вміст сірки й використовуються тільки для виробництва низькооктанових бензинів в обмежених обсягах.

Для виробництва товарних високооктанових бензинів використовуються ізооктан, ізопептан і толуол, а також добавки кисневмісних компонентів: метилтретиннобутиловий ефір (МТБЕ), тре- тилбутилова суміш (ТБС), високооктанова киснева добавка (ВКД), етилтретиннобутиловий ефір (ЕТБЕ).

 

 

 

 

1.4 Паливо для дизельних двигунів

 

Дизельне паливо - це нафтові (гасово-газойлеві) фракції, основу яких становлять вуглеводневі сполуки з температурою кипіння 200...350 °С. Це горюча рідина з температурою займання 57... 119 °С і температурою самозаймання 300...330 °С. Гранично допустима концентрація пари дизельного палива в повітрі - 300 мг/м3.

Дизельне паливо - малотоксична речовина, що подразнює слизову оболонку та шкіру людини. Це прозора рідина, яка має вищу порівняно з бензином в'язкість. Забарвлення дизельного палива залежить від наявності смол і змінюється від жовтого до світло-коричневого кольору.

Потреба в дизельному паливі, як і в бензині, дуже велика. Достатньо сказати, що середні витрати його, наприклад, для автомобіля МАЗ-500 дорівнюють 24 л, а для автомобіля КрАЗ - 55 л на 100 км пробігу. Витрати на придбання дизельного палива становлять 8... 10% собівартості перевезень. З урахуванням того, що намітилися тенденції переведення автомобілів на дизельне паливо, його значення в нашій країні зростатиме з кожним роком.

Дизельні двигуни широко застосовують у всіх галузях народного господарства. Основна їх перевага - висока економічність. Витрати дизельного палива в них, порівняно з бензиновими двигунами, менші на ЗО. ..40%, і дизельні двигуни надійніші в роботі.

Дизельне паливо порівняно з бензином дешевше, що зумовлене технологією виготовлення, та менш пожежонебезпечне.

Але дизельне паливо має значний недолік: порівняно з бензином його сировинна база набагато обмеженіша. Дизельне паливо отримують переважно атмосферною (прямою) перегонкою та каталітичним крекінгом, після чого здійснюють його очищення. А бензин виготовляють не лише з нафти, але й з газів, вугілля, важких нафтопродуктів, у тому числі й дизельного палива.

Собівартість експлуатації машини залежить не тільки від витрат палива, але й від його якості. Якість дизельного палива впливає також на надійність роботи двигуна, отже, на витрати для його обслуговування та ремонту.

Щоб паливо повністю випаровувалось і згоряло, його треба розпилювати на найдрібніші краплинки й рівномірно розподіляти їх по всьому об'єму камери згоряння.

Найголовнішими експлуатаційними вимогами, які має задовольняти паливо для забезпечення повного та якісного згоряння, є: висока прогінність;

здатність транспортування нафтопродукту крізь фільтри, сепаратори й отвори (для безперебійної надійної роботи насоса високого тиску); тонке розпилювання та гарне сумішоутворення; надійне самозаймання; повне згоряння; м'яка робота двигуна;

мінімальне утворення нагару та відкладень у зоні розпилювачів форсунок та в камері згоряння;

мінімальна корозійна активність;

висока стабільність у разі тривалого зберігання та під час транспортування;

низька токсичність.

Знання властивостей дизельного палива (табл.) та вміння його застосовувати обумовлюють використання машин з дизельними двигунами.

Таблиця - Основні властивості дизельного палива та їх вплив на роботу двигуна

Параметри	Визначення або характеристика	Вплив на безвідмовність і довговічність роботи двигуна
Цетанове Число	Це вміст (у відсотках за об'ємом) н-цетану в суміші палива з альфа-метилнафталіном, яка за самозайманням аналогічна дослідному паливу	3 підвищенням цетанового числа процес згоряння палива протікає повільніше, двигун працює економніше і не так жорстко, як на низькоцетановому паливі. Але при цетановому числі більше 60 ..65 робота дизеля погіршується, тому що паливо не повністю згоряє. При цьому підвищується тиск і збільшується питома витрата палива. Цетанове число, крім того, справляє значний вплив на легкість запуску дизеля: чим воно вище, тим за нижчої температури можливий його запуск
В'язкість	Визначається в одиницях кінематичної в'язкості, мм /с, при f=20°C	Впливає на розпилення палива, отже, на процеси сумішоутворення, згоряння палива і зношення прецизійних пар паливної апаратури. За недостатньої в'язкості збільшується конус розпилювання палива, знижується глибина його проникнення s камеру згоряння, що погіршує процес сумішоутворення, відбувається витікання палива крізь зазори між прецизійними парами і знижується потужність двигуна. Якщо в'язкість палива висока, то конус його розпилювання зменшується, а глибина проникнення факела в камеру згоряння збільшується. При цьому частина палива осідає на стінках циліндрів і на дні поршня, змиває оливу і сприяє утворенню нагару. Потужність двигуна знижується
Температура помутніння	Це температура, за якої паливо внаслідок утворення кристалів парафіну та льоду мутніє і набуває білого кольору	Розміри кристалів залежать від швидкості охолодження. При повільному охолодженні утворюються більші кристали (15...40 мкм), а при швидкому -дрібніші (4... 10 мкм). Кристали можуть закупорити частково або повністю пори фільтрів і порушити подавання палива до насосів і форсунок
Температура застигання	Це температура, за якої кристали, зрощуючись один з одним, утворюють сітчастий або стільниковий каркас і паливо втрачає свою рухливість (застигає)	Практичного значення ця температура не має, тому що прогінність палива припиняється вже за температури помутніння. Для поліпшення низькотемпературних властивостей дизельного палива під час його виробництва з нього виводять парафіни (депарафінізація) і додають депресорні присадки, які знижують температуру застигання на 10...50 °С і в'язкість
Фракційний склад	Характеризується температурою перегонки 50 і 96 % палива	Ще не встановлено залежність між фракційним складом та експлуатаційними властивостями палива, але в ряді випадків простежуються деякі закономірності. Наприклад, паливо з важчими фракціями може призвести до погіршення запуску двигуна, підвищеної витрати палива, нагароутворення, димності та інтенсивнішого зношення деталей двигуна. Те саме маємо і в разі використання палива з легшими від нормативних фракціями, тому що при цьому знижуються цетанове число і в'язкість, підвищується жорсткість роботи двигуна і, як наслідок, зростає ступінь зношення деталей системи живлення та циліндро-поршневоі групи
Температура спалаху	Це температура, за якої пара палива утворює суміш, що загоряється при наближенні до неї вогню	Характеризує ступінь пожежної безпеки палива
Йодне число Зольність	Це маса йоду в грамах, яка спроможна приєднатися до 100 г нафтопродуктів Визначають випаровуванням 1 л палива в колбі до отримання ЗО. .40 мл залишку, який потім пропарюють у тиглі при темно-червоному розжаренні до повного обзолення. Отриману масу золи виражають у відсотках до 1 л палива	Відбиває наявність у паливі ненасичених сполук і характеризує одну із сторін хімічної стабільності, отже, можливість тривалого зберігання Характеризує забрудненість дизельного палива
Коксованість	Визначають нагріванням палива до високої температури без доступу повітря, внаслідок чого паливо випаровується і розкладається з утворенням коксо-подібного залишку. Отриману масу золи виражають у відсотках до 1 л палива	Характеризує хімічний склад палива і здатність його до нагароутворення
Кислотне число	Це маса (в мг) гідрооксиду калію (КОН), витраченого на нейтралізацію вільних кислот, що містяться в 1 г нафтопродукту	Характеризує якість палива стосовно темпів зношування деталей двигуна
Бромне число	Це вміст ненасичених сполук у нафтопродукті, який виражається в грамах брому, що витрачається на реакцію 100 г нафтопродукту	Відбиває наявність у паливі ненасичених сполук і характеризує хімічну стабільність палива, отже, можливість тривалого зберігання

 

1.5 Газоподібне паливо для ДВЗ

 

Газоподібне паливо є одним із альтернативних видів пального для ДВЗ (двигунів внутрішнього згоряння) та основним для комунально-побутових потреб. Які є види, стандарти і марки палив, а також особливості їхнього застосування в Україні розглянемо нижче.

Газоподібне паливо, як i iншi види, поділяють на: природне – використовується в тому виглядi, в якому воно перебуває у надрах землi (природний газ родовищ i супутний) та штучне – гази, якi одержують як побiчний продукт під час переробки нафти i твердого палива, або спецiально з допомогою газогенераторiв (крекінговий, коксовий, генераторний).

Залежно вiд фiзичних властивостей гази можуть бути скраплені й стиснені. Скраплені (зрiдженi) – гази з вiдносно високою критичною температурою за пiдвищеня тиску до 1,0 – 1,5 МПа переходять у рiдкий стан. В основному це пропан-бутановi вуглеводнi. Стиснені – гази із низькою критичною температурою, якi залишаються у газоподiбному станi за нормальної температури навiть за дуже високого тиску (до 20 МПа). До них належать метан, оксид вуглецю, водень та етилен.

Довідка

Критична температура – найвища температура, за якої можливе існування рідини у стані рівноваги з паром. Будь-який газ може бути переведений у рідкий стан, але необхідною умовою для цього є попереднє його охолодження до температури нижчої за критичну. За температури вищої за критичну температуру газу, його неможливо перевести у рідкий стан ні за якого тиску.

У рідку фазу за атмосферного тиску метан, пропан і бутан переходять за температур нижче мінус 164,4°С, мінус 42,1°С і мінус 0,5°С відповідно.

Для двигунів із ГБО (газобалонне обладнання) як пальне застосовують скраплений (зріджений) нафтовий газ (СНГ) та стиснений (компримований) природний газ (СПГ).

Скраплений нафтовий газ

Скраплений нафтовий газ має відповідати певним вимогам: мати стабільний компонентний склад в умовах використання; забезпечувати відповідний надлишковий тиск насиченої пари; не утворювати рідкого осаду, що не випаровується у бортовій газовій апаратурі.

До складу СНГ входять прості вуглеводневі сполуки (пропан, бутан та ін.). Пропан найпридатніший для використання як пальне для двигунів. Йому властиві високі антидетонаційні якості та достатня пружність пари у широкому діапазоні температур навколишнього повітря. Нормальний бутан – висококалорійне пальне для двигунів, але його застосування у чистому виді можливе лише за плюсових температур (нижче 0°С він не створює надлишкового тиску).

Шкідливими домішками у газах є сірка (із сполуками), волога, механічні домішки та важкі вуглеводні.

Вітчизняних стандартів на СНГ в Україні немає. Є стандарти колишнього СРСР, які для країн СНД мають статус міжнародних: ГОСТ 27578-87 «Гази вуглеводневi зріджені для автомобiльного транспорту» і ГОСТ 20448-90 «Гази вуглеводневі зріджені паливні для комунально-побутових потреб».

ГОСТ 27578-87 передбачає випуск двох марок скраплених газiв: ПА – пропан автомобiльний, рекомендований до використання за температури до мiнус 35°С i ПБА– пропан-бутан автомобiльний, рекомендований за температури до мiнус 20°С.

СНГ має максимальний тиск – 1,6 МПа, балони заповнюють ним не бiльше ніж на 90% об’єму (враховується можливе теплове розширення газу). Решту (10%) займає газоподiбна фаза, яка використовується для пуску холодного двигуна.

Однак, як свідчить практика, в Україні для заправлення автомобілів із ГБО використовують газ, призначений для комунально-побутових потреб згідно з ГОСТ 20448-90: СПБТ – сумiш пропану й бутану технiчних (влітку); ПТ – пропан технічний – (взимку).

Скраплені гази для комунально-побутових потреб (табл. 2), що використовують як пальне для ДВЗ, мають вуглеводневий склад, який змiнюється у широких межах. За їхнього застосування на автотранспортi не забезпечується стабiльнiсть технiко-економiчних показникiв i показникiв токсичностi двигунiв.

Стиснений природний газ

Стиснений (компримований) природний газ – продукт стиснення природного газу, основним компонентом якого є метан (до 98%).

Вітчизняних стандартів на стиснений газ для газобалонних автомобілів немає. У 2000 році розробили міжнародний стандарт ГОСТ 27577-2000 «Газ природний паливний компримований для двигунів внутрішнього згоряння.

До шкідливих домішок у газах відносяться горючі (сірководень й оксид вуглецю) та негорючі (азот, вуглекислий газ, інертні гази і волога) речовини.

Однак, як свідчить практика, газобалонні автомобілі заправляють на АГНКС газом із трубопроводу. Для природного газу, який надходить трубопроводом, нормується лише вмiст шкiдливих домiшок: сiрководню, амiаку, смол, пилу, вологи тощо. За сортами й марками його не подiляють. Характеристику стиснених газiв, що поставляють споживачам, залежно від регіону проживання, і які можна використовувати як пальне для двигунів внутрішнього згоряння, приведено у таблиці 4. На АГНКС гази очищають, осушують, стискують до робочого тиску 20 МПа, а потiм наповнюють ним балони автомобiлiв.

Особливості використання газоподібного палива

Користувачам газоподібного палива потрібно враховувати таке: маючи високу теплоту й температуру згоряння та достатньо низьку займання, всi вуглеводневi гази вибухонебезпечнi за розгерметизацiї трубопроводiв i ємкостей, в яких їх транспортують та зберiгають. Одним iз засобiв зниження вибухонебезпечностi є змiшування природних газiв з деякими штучними (коксовим, крекiнговим, свiтильним), у яких меншi межi вибуховостi, тому часто до споживачiв потрапляє змiшаний подвiйний або потрiйний газ.

Те, що бiльшість вуглеводних газiв не мають ані запаху, анi кольору створює труднощi для виявлення втрат газу під час його витоку. Для своєчасного виявлення витоку газу йому придають специфiчний запах, додаючи сильно пахучі речовини (одоранти). Одоризацiю стиснених газiв здiйснюють на газорозподiльчих станцiях, а скраплених – на газонафтопереробних заводах.

Природнi гази легші за повітря, i тому збираються у верхнiй частинi примiщення, а пари скраплених газiв за густиною перевищують повiтря й скупчуються у низинах, якi погано провiтрюються, наприклад в оглядових ямах. За атмосферного тиску вуглеводневi гази нетоксичнi, але їхня наявність у примiщенi знижує вмiст кисню i може викликати у людини кисневе голодування, ба навiть смерть. Потрапивши на шкiру людини, рiдка фаза пропан-бутанової сумiшi викликає обмороження, що нагадує опiк.

 

1.6 Альтернативні види палива для ДВЗ

 

Продукти перегонки нафти ідеально підходять для використання в якості автомобільного палива: вони легко займаються, виділяють величезну кількість енергії, процес їх горіння легко контролювати. Однак людству відомо, що нафта є поновлюваних ресурсом, який, до того ж швидко вичерпується. Тому альтернативні види палива є однією з найбільш перспективних розробок сучасності. Причому мова йде не тільки про зменшення обсягів видобутку нафти, але і про захист навколишнього середовища, оскільки продукти горіння традиційного палива завдають їй чималої шкоди. На сьогоднішній день вже активно застосовується кілька видів альтернативного пального, а ще вони вважаються перспективними.

Вивчення альтернативних видів палива для автомобілів сьогодні отримує все більше розповсюдження

Сучасність

Звичайно, дуже приємно помріяти про альтернативному паливі, яке повністю змінить життя людства, але заправляти свій автомобіль потрібно вже сьогодні. Та нині наука може запропонувати декілька цікавих варіантів. Звідки можуть отримувати енергію автомобілі, ми розглянемо далі.

Пар

Ще до початку продажів цих автомобілів в Європі можна було побачити парові вози, які призначалися для перевезення важких вантажів, а також для розваги забезпечених людей. Схема дії такого виду альтернативної енергії до межі проста. Після закипання вода поступово перетворюється в пар і спрямовується через заздалегідь підготовлений канал. Вона може обертати турбіну або приводити в рух спеціальний плунжер. В останньому випадку застосовується механізм Вата, який перетворює поступальний рух у прямолінійний.

Багато хто може порахувати паровий двигун застарілим, але не команда ентузіастів з Великобританії. У 2009 році вони побудували паровий болід з 12 котлами, розвиваючими 360 кінських сил в сумі. Автомобіль досяг швидкості 247 км/год, харчуючись сумішшю мазуту з газоліном — такий альтернативне джерело енергії виявився набагато дешевше бензину. Також ще на початку XX століття існували своєрідні «гібриди», що використовують альтернативне пальне — парова турбіна в них обертала генератор, що поставляв електроенергію для моторів, встановлених в колесах. Перевага парового двигуна полягає в його універсальності — при мінімальних доопрацювань агрегат може використовувати такі види пального:

•                   Бензин, дизель, газ;
•                   Дрова, вугілля, паливні пелети;
•                   Мазут, газолін, відходи крекінгу нафти.

Електрика

Стара, як сам автомобіль, ідея приводити транспортний засіб у рух електрикою отримала новий виток розвитку. Переваги очевидні — не потрібно ніякого палива, немає вихлопу, відсутня небезпека займання, вартість експлуатації машини знижується до мінімально можливих сум. Єдиний недолік полягає в необхідності звідкись брати альтернативну енергію. Для цього використовуються досить великі батареї, які зараз називають єдиною перешкодою до виробництва масових електромобілів.

 

Проте наука, що займається альтернативними видами палива, не стоїть на місці — вже давно громіздкі і неефективні свинцеві або нікель-металгідридні акумулятори замінені компактні літій-іонними, подібними тим, що застосовуються в телефонах і ноутбуках. Крім того, китайська компанія BYD нещодавно заявила про новий прорив в альтернативній енергії, представивши літій-фосфатні батареї. Ємність їх трохи менше, проте ресурс вище в кілька разів, ефект пам'яті відсутній, стійкість до перегріву і впливу низьких температур також на висоті. Ведеться доробка гелевих джерел живлення та інших джерел енергії, здатних замінити традиційне паливо в автомобілях — тому електромобілі можуть бути набагато ближче, ніж ми припускаємо.

Альтернативне джерело енергії використовується також гібридними автомобілями, в яких двигун внутрішнього згоряння доповнено електричним приводом. Подібна компоновка дозволяє економити паливо навіть без доступу до зовнішнього джерела живлення. Якщо ж гібридний автомобіль заряджати від стаціонарної електромережі (схема Plug-in), можна досягти феноменальних результатів. Альтернативна енергія використовується і іншим видом гібридів, які знаходяться ближче до електромобілів. Вони називаються Extended Range, оскільки двигун, що використовує нафтове паливо, використовується тільки для підзарядки акумуляторів в крайньому випадку.

Газ

Зовсім не обов'язково використовувати продукти переробки нафти, оскільки існує безліч горючих вуглеводнів, які можуть стати альтернативним видом палива. Найбільш поширений так званий нафтовий газ — пропаново-бутанова суміш, яку отримують при виробленні нафтових родовищ. Головна перевага такого джерела енергії полягає у відносній дешевизні, а також у можливості швидкого переобладнання мотора. Крім того, вже давно існує інфраструктура, яка сприяє широкому використанню такого альтернативного палива — заправки, спеціалізовані ремонтні майстерні, магазини газового обладнання.

Незважаючи на широке поширення пропан-бутану в країнах СНД, в Європі і США покладають надії на інше альтернативне паливо, представлене природним газом або метаном. Для його використання потрібна більш серйозна доробка двигуна, однак собівартість самого пального менше. Звичайно, при використанні метанового палива доводиться стикатися з деякими проблемами:

•                   Підвищена вибухонебезпечність;
•                   Серйозне зниження потужності двигуна;
•                   Прискорений знос компонентів двигуна;
•                   Великі витрати на доопрацювання автомобіля;
•                   Чималі розміри балонів.

Але інженери провідних виробників — Mercedes, Volkswagen, Chevrolet, Chrysler вже змогли наблизити технічні характеристики і споживчі якості моторів на метані до пропаново-бутановым агрегатів.

Цікаво, що газ можна робити прямо в автомобілі! Під час Великої Вітчизняної війни країна відчувала гостру нестачу нафтового палива, що призвело до появи так званих газогенераторів. В якості альтернативного палива використовувалися дрова, солома, відходи харчової промисловості і сільськогосподарського виробництва. Вони насипалися в катализаторный бак, де відбувалося бродіння біомаси, що супроводжується виділенням великої кількості метанового палива. Таке альтернативне паливо використовують і деякі прототипи сучасних автомобілів, проте витрата біомаси поки дуже великий, потужність двигуна істотно знижується, а запас ходу рідко перевищує 100 кілометрів.

Спирт

Як відомо, широко поширені в побуті спирти непогано підтримують горіння і можуть бути паливом, що використовується в різних цілях. Чому б не використовувати їх в якості альтернативного джерела енергії для автомобілів? Найбільше поширення паливо на базі етанолу отримало в Бразилії, а також інших країнах Латинської Америки — тут його виготовляють із цукрової тростини, а також деревної біомаси. Приблизно чверть комерційного транспорту в цьому регіоні використовує саме спиртове альтернативне паливо, що приносить істотний прибуток перевізникам і знижує залежність держав від нафти.

У деяких європейських країнах активно просувається ідея використання метилового спирту, який отримують з дерев хвойних порід, нехарактерних для Південної Америки. Таке паливо має більше октанове число, обходиться дешевше у виробництві і має менше областей застосування, ніж етиловий спирт. Подібні види альтернативного палива вже давно продаються на заправках — метиловий спирт позначають буквою М, а етиловий — Е. Однак не слід думати, ніби цифри, наступні за буквами, що позначають октанове число палива — вони виражають процентний вміст спирту, тоді як інша частка припадає на бензин. Слід бути уважним з альтернативним спиртовим паливом, оскільки для Е100 і М100 двигун потрібно переобладнати, тоді як для використання Е85 досить коригування кута запалювання, яку інжекторний мотор здійснює самостійно.

Майбутнє

Відразу варто сказати, що перераховані нижче джерела палива поки що не використовуються у комерційних цілях, оскільки їх ефективність залишає бажати кращого на цьому етапі наукового розвитку. Однак фахівці прогнозують, що до середини століття вже 30-40% транспортних засобів не будуть використовувати нафтове паливо. Яке саме альтернативне пальне отримає найбільше поширення — поки невідомо, однак ми можемо зробити деякі припущення, уважно вивчивши переваги кожного.

Водень

Ідею використання «гримучого газу» в якості автомобільного палива розвивали ще на початку XX століття. Однак тоді вона не отримала серйозного поширення, оскільки дешевого способу виробництва чистого водню просто не існувало. Тепер же ситуація змінилася, і завод з собівартістю близько 250-400 тисяч доларів може виробляти недороге альтернативне паливо з мінімальною кількістю домішок.

Природно, спочатку виникла пропозиція спалювати водень за аналогією з вуглеводневим паливом. Дуже багато часу у інженерів пішло на те, щоб зробити реакцію горіння контрольованою, а потім вони були спантеличені рівномірною подачею палива в циліндри ДВС. Отриманий результат здивував екологів вихлопом у вигляді чистого водяної пари і шокував інженерів надзвичайно малою потужністю двигуна. Зараз двигуни, що спалюють таке альтернативне паливо, мають більший ККД, але варто сказати, що воднева BMW 7 втратила 200 кінських сил потужності, почала витрачати на 15 літрів більше пального. Крім того, для зберігання великого обсягу палива знадобився криогенний бак, а двигун потрібно було оснастити величезною кількістю додаткового обладнання — у результаті ціна зросла до 1 мільйона доларів.

Проте вчені відзначили, що при реакції водню з киснем, у результаті якої створюються молекули води, виробляється тепло і невеликий заряд електроенергії. Це відкриття допомогло створити паливні комірки, використовувані електромобілями. Однак їх заправка виявилася дуже складною — виконувати її можна тільки в заводських умовах. Єдиним варіантом використання електрохімічної енергії альтернативного палива виявилася повна заміна осередків на заправці. Але поки що самі автомобілі і інфраструктура для використання такого виду палива виявляються непомірно дорогими.

Японські фахівці також запропонували використовувати в якості альтернативного палива для автомобілів звичайну воду. Суть полягає в звичайному процесі — електролізом її молекули розщеплюються, в результаті чого утворюється пальне і чистий кисень. Обидва гази використовуються в процесі горіння — виходить, що ДВС дійсно їде на воді. Однак проблема полягає в необхідності використання дорогого каталізатора і досить великого запасу електроенергії в акумуляторі. Поки прототипи, які використовують воду в якості альтернативного палива, можуть проїжджати не більше 50-80 кілометрів з малою швидкістю.

Екзотика

Ще одна ідея, здається божевільною на перший погляд, була висунута вченими з Індії. Транспортний засіб, створений ними, використовує енергію стисненого повітря! Таке альтернативне паливо не вимагає ніяких вкладень — досить підключити автомобіль до насосної станції і почекати деякий час, поки баки не наповняться. Відповідно, вихлоп відсутня, витрати на створення інфраструктури мінімальні, так і вага автомобіля вийде невеликим.

Однак у такого альтернативного палива є свої нюанси — зокрема, багато кінетичної енергії від повітря одержати не вдається, тому швидкість автомобіля обмежується на рівні 60 км/год, а пробіг — 20-40 км. Крім того, більшу частину транспортного засобу займають балони, що зберігають запас стисненого повітря. Тому серійне виробництво автомобілів, що використовують подібний джерело альтернативної енергії, поки не почалося, незважаючи на численні обіцянки.

 

Біодизель не отримав поширення з об'єктивних причин

 

В Європі вже отримує широке поширення виробництво біодизеля, який представляє собою паливо на основі рослинних олій. Однак таке альтернативне пальне доводиться отримувати з ріпаку — сільськогосподарської культури, яка згубно впливає на родючий ґрунт. Тому масштабного майбутнього у такого джерела енергії бути не може. Тим не менш нещодавно японці здійснили кругосвітній пробіг на позашляховик Land Cruiser, адаптованому під використання... відпрацьованого олії з ресторанів. Потужність мотора впала втричі, так і на переробку рослинної олії було потрібно 8 годин, але факт офіційно визнаний — використовувати ріпакова сировину зовсім не обов'язково.

Про газогенераторах згадали у Східній Європі, де традиційно сильно сільськогосподарське виробництво. Однак, враховуючи низьку ефективність ранніх зразків силових установок, які використовували цей альтернативне джерело енергії, вирішили застосувати іншу компонування. В якості палива В автомобілях застосовуються спеціальні пелети, виготовлені із соломи, деревної біомаси і... коров'ячого гною. При реакції з недорогим каталізатором достатньо виділяється багато метану, використовується двигуном автомобіля. Проте деякі проблеми залишилися колишніми — хоча потужність майже не змінилася в порівнянні з бензиновим мотором, запас ходу скоротився, та і заводити двигун можна тільки через годину після заправки.

Досі не вщухають суперечки про те, чи може вважатися альтернативним джерелом енергії мініатюрний ядерний реактор. Створити таку установку нескладно — варто згадати автомобіль Ford Nucleon, побудований ще в кінці 50-х років. Однак виникає безліч питань — найважливіший стосується герметичності капсули з радіоактивним альтернативним паливом при серйозних ДТП. До того ж довелося б відкривати вільний доступ до радіоактивних матеріалів, що дозволило б терористам легко отримувати їх, створюючи загрозу всьому людству. Хоча розрахунковий результат, отриманий інженерами Ford — машина могла б проїжджати близько 10 тисяч кілометрів без дозаправки і розвивати швидкість до 180 км/ч.

Прощай, нафту?

Безперервні дослідження в області альтернативних видів палива змушують фахівців робити все більш сміливі і впевнені прогнози щодо зменшення ролі нафти в автомобільній промисловості. Однак ми бачимо, що поки що єдиною альтернативою вуглеводнів служать газ і спирт, а також електроенергія, що виробляється атомними станціями. Причому всі ці варіанти мають свої недоліки і потребують додаткових доопрацювань. Тому, як і прогнозувалося раніше, серйозний технологічний прорив ми зможемо побачити тільки в середині століття, і лише в кінці століття зможемо остаточно розпрощатися з нафтою.

 

Розділ 2 Мастильні матеріали

 

2.1.1 Поняття про тертя і зношуваність. Застосування мастильних матеріалів, їх склад

 

Під час роботи сільськогосподарських машин використовують різного типу мастильні матеріали, основне призначення яких — зменшити витрати енергії на подолання зовнішнього тертя і змен­шити зношуваність (знос) деталей.

Зовнішнє тертя у відповідності,з ГОСТ 23.002-78 — це опір відносному переміщенню, який виникає між двома тілами в зонах контакту поверхонь по дотичній до них. Залежно від характеру відносного переміщення розрізняють тертя спокою і руху. В свою чергу, останнє поділяється на тертя ковзання і тертя кочення.

Тертя ковзання — це тертя руху двох тіл, коли швидкості в точці контакту різні за величиною й напрямом або за величи­ною чи напрямом (тертя між вкладишем підшипника і ший­кою, між кільцями і гільзою).

Тертя кочення - це тертя руху двох твердих тіл, при якому їх швидкості в точках контакту однакові за величиною і напря­мом (тертя в кулькових і роликових підшипниках).

Іноді обидва види тертя виявляються разом, коли кочення супроводжується ковзанням, наприклад, у деяких видах зуб­частих передач.

За наявністю і розподілом на поверхнях розрізняють такі види тертя:

—без мастильного матеріалу;

—з мастильним матеріалом.

Тертя без мастильного матеріалу відбувається тоді, коли між поверхнями тертя відсутній мастильний матеріал. Воно харак­теризується великими втратами потужності, виділенням теп­лоти, інтенсивним зношуванням, тому найбільш небезпечне для вузлів і агрегатів. Силу такого тертя можна визначити за формулою

F = f-P,

де f— коефіцієнт тертя, залежить від матеріалу і якості оброб­ки поверхні, перебуває в межах 0,1-0,9;

Р — навантаження, перпендикулярне до поверхні тертя.

Тертя з мастильним матеріалом — це тертя двох тіл при наявності на поверхнях тертя введеного мастильного матеріа­лу. На відміну від тертя без мастильного матеріалу характери­зується різким зменшенням втрат. У результаті підвищується надійність і довговічність роботи деталей. Тертя із мастильним матеріалом поділяють на тертя при граничному, рідинному та напівріджному змащуванні. Рідинне — змащення, при якому повний розподіл поверхонь тертя здійснюється з участю рідкого мастильного матеріалу.

На основі експериментального вивчення режимів роботи під­шипників ковзання російський вчений Микола Павлович Пет­ров створив гідродинамічну теорію тертя і запропонував фор­мулу, за якою значення сили рідинного тертя визначається як

Fp = n V • S/h

де n — динамічна в'язкість, Н с /м²;

V — швидкість відносного переміщення поверхонь, м/с;

S — площа поверхні тертя, м²;

h — товщина шару мастильного матеріалу, м.

Коефіцієнт рідинного тертя розраховується за формулою:

m = F_p/P= n • V- S/hP = n • V/h(P/S) = n • V/h -р ,

де р = P/S — питомий тиск, Н/м² .

Коефіцієнт рідинного тертя знаходиться в межах 0,01-0,001, товщина плівки мастильного матеріалу до 1 мкм.

У неро­бочому стані вал під дією власної ваги лежить на нижній по­верхні підшипника. їх розділяє тільки гранична плівка адсор­бованої на їх поверхнях оливи. По обидва боки вала утво­рюється клиновий серпоподібний зазор. Під час обертання вала адсорбована на його поверхні плівка оливи тягне за собою су сідні шари у звужену час­тину клиноподібного зазо­ру, що веде до підвищен­ня тиску, під дією якого вал підіймається і між ним та підшипником утворю­ється шар оливи.

На практиці, не вдаю­чись до розрахунків, мож­на користуватися такимиосновними положеннями гідродинамічної теорії змащування:

—при рідинному змащуванні втрати на тертя зростають зі збільшенням в 'язкості оливи, швидкості ковзання деталей, що труть­ся і площі їх контакту;

—надійність рідинного змащування зростає зі збільшенням швид­кості руху деталей, а також в'язкості оливи і зменшенням наван­таження на деталі;

—для змащування деталей, що швидко рухаються, можна зас­тосовувати оливу, яка має меншу в 'язкість. І, навпаки, для змащу­вання деталей, що повільно рухаються, необхідно брати оливу, що має високу в 'язкість;

—чим вище навантаження на деталі, що труться, тим більшої в'язкості повинна бути олива.

У ряді випадків (перегрів вузла, зниження в'язкості), при яких порушується гідродинамічний шар оливи, рідинне тертя переходить у тертя при граничному змащуванні. Товщина плів­ки оливи менше 0,1 мкм, коефіцієнт тертя в межах 0,01-0,1. У цьому випадку велику роль відіграє уже не в'язкість оливи, а її здатність утворювати на поверхнях тертя плівки фізичного (адсобція), хімічного (хемособція) походження та граничні плівки, отримані в процесі хімічної реакції між твердими по­верхнями та молекулами мастильного матеріалу.

Утворення адсорбційних плівок обумовлено наявністю в мас­тильних матеріалах полярних атомних груп, що утримуються на поверхні міжмолекулярними (вандерваальсовськими) сила­ми. Як правило, ці плівки чутливі до температури, оскільки тепло викликає десорбцію, порушення орієнтації та плавлення плівки. Тому такі плівки можуть бути застосовані при низьких температурах і в умовах малого тепловиділення під час тертя, тобто при малих навантаженнях та швидкостях ковзання.

Зношуваність — процес, пов'язаний з тертям, при якому відбу­вається руйнування і вилучення матеріалу з поверхні твердого тіла та нагромаджування його залишкової деформації при терті, що обумовлює поступову зміну розмірів і форми тіла. Резуль­тат зношуваності, визначений у встановлених одиницях, нази­вають зносом. На практиці розрізняють такі основні види зношу­ваності:

механічна — зношуваність у результаті механічної дії. Може бути абразивною — коли робоча поверхня стикається з достат­ньо твердими тілами, які можуть її дряпати і різати (зношення лап культиваторів, лемешів плуга) та утомна — в результаті утомного руйнування при повторному деформуванні мікрооб'ємів матеріалу поверхневого шару;

корозійно-механічна — зношуваність в результаті механічної дії, яка супроводжується хімічною або електричною взаємо­дією матеріалу з середовищем;

зношуваність при заїданні — зношуваність у результаті схоплю­вання, глибинного виривання матеріалу, перенесення його з однієї поверхні на іншу і дії утвореної нерівності на контактну з нею поверхню.

В умовах експлуатації сільськогосподарської техніки деталі, як правило, піддаються дії всіх трьох видів зношуваності.

 

2.1.2 Вимоги до мастильних матеріалів, їх склад

 

Роботоздатність механізмів і машин, їх довговічність істотно залежать від трьох основних чинників: конструкції, технології (якості) виготовлення, раціонального змащування.

Питанням конструювання обладнання, технології його виробництва у відповідних дисциплінах приділяється значна увага, а змащування механізмів машин висвітлюється недостатньо, внаслідок чого інженери-механіки інколи мало поінформовані про природу дії мастильних матеріалів, особливості їхнього впливу на тертя і спрацювання деталей машин та обладнання. Це призводить до недооцінки впливу мастильних матеріалів на довговічність і роботоздатність машин, не дає змоги правильно їх вибрати для конкретних умов експлуатації технічних засобів виробництва.

Мастильний матеріал як елемент триботехнічної системи виконує такі функції:

§ знижує сили тертя, що виникають у ділянці контакту її елементів;

§ зменшує спрацювання та запобігає схоплюванню рухомих дотичних поверхонь;

§ відводить теплоту із зони тертя;

§ захищає поверхні тертя елементів системи та інші неізольовані від корозійного впливу зовнішнього середовища поверхні;

§ ущільнює зазори між спряженими елементами трибосистем;

§ видаляє із зони спряження деталей продукти спрацювання, корозії та різні забруднення.

Незалежно від умов застосування чи призначення мастильні матеріали повинні мати такі основні властивості:

§ забезпечувати надійне виконання своїх функцій у широкому діапазоні зміни умов використання;

§ мінімально змінювати свої властивості в процесі експлуатації;

§ не впливати на властивості матеріалів, що контактують з ними;

§ мати належні екологічні характеристики (бути пасивними щодо зовнішнього середовища, мінімально пожежо- та вибухонебезпечними, мати здатність до багатократної регенерації та повної утилізації тощо);

§ виготовлятися з легкодоступної сировини та мати невисоку вартість.

Змащувальна ефективність мастильного матеріалу залежить від багатьох взаємопов’язаних чинників, що у сукупності визначають характер дії на процес тертя і спрацювання змащуванних поверхонь, а саме від:

§ властивостей самого мастильного матеріалу, в тому числі від його трансформації в процесі експлуатації;

§ стану і властивостей поверхонь тертя та їхньої зміни протягом експлуатації;

§ характеру взаємодії між компонентами мастильного матеріалу, поверхнями тертя і плівками, які утворюються на них;

§ параметрів режиму тертя (швидкості, навантаження, температури тощо).

Взаємодія цих чинників має складний і суперечливий характер. Додаткової складності додає нестабільність властивостей більшості з них через зміни умов роботи змащуваних поверхонь, що ускладнює раціональний вибір мастильного матеріалу.

Як мастильні матеріали використовують речовини в різних агрегатних станах – газоподібному і змішаному (аерозолі, емульсії), рідкому, пластичному і твердому.

У харчовій і переробній промисловості та галузевому машинобудуванні використовують такі основні види мастильних матеріалів: рідкі (переважно мінеральні, органічні й синтетичні оливи), пластичні або густі (мазі), тверді та газоподібні.

2.2.1 Види мастильних матеріалів

Практично любий мастильний матеріал являє собою масляну основу – базове масло, до якого вводять присадки різного функціонального призначення.

Незалежно від області застосування мастильний матеріал виконує такі основні функції:

а) зменшувати зношування між сполученими деталями;

б) зменшувати тертя, яке виникає між тертьовими поверхнями, що сприяє

зниженню непродуктивних втрат енергії;

в) відводити тепло від деталей, що труться;

г) захищати тертьові поверхні та інші неізольовані деталі від корозійного

впливу зовнішнього середовища;

д) відводити продукти зносу та окислення з вузла тертя.

Мастильні матеріали класифікують:

1) за походженням масляної основи;

2) за призначенням (застосуванню) готового продукту;

3) за зовнішнім станом.

За походженням розрізняють такі мастильні матеріали:

1) мінеральні (нафтові) є основною групою випускаємих олив (90…95%) і виробляються шляхом відповідної переробки нафти;

2) рослинні і тваринні, що мають органічне походження. Олії виробляються шляхом переробки насінь певних рослин – рапсу, гірчиці, сурепи, рицини та ін. Тваринні олії виробляють із тваринних жирів. Органічні олії, у порівнянні, з нафтовими маслами мають більш високі змащувальні властивості і володіють більш низькою термічною стійкістю, тому їх частіше використовують у суміші;

3) синтетичні (напівсинтетичні), що одержані шляхом полімеризації рідких або газоподібних вуглеводнів, як нафтової, так і ненафтової сировини, а також синтезу кремнійорганічних та інших з'єднань. По деяких показниках ці оливи кращі у порівнянні з нафтовими, але у них більш висока вартість. Незважаючи на це, область їх застосування безупинно розширюється.

За призначенням оливи підрозділяються на: для двигунів (моторні), турбінні, трансмісійні, індустрійні, різноманітного призначення.

За зовнішнім станом мастила можуть бути класифіковані:

1) газові мастила, у якості газових мастил застосовують азот, неон і фреон. Газові мастила застосовуються у вузлах тертя точних приладів, апаратурі ядерних реакторів, газових турбінах, турбокомпресорах;

2) рідкі мастила (оливи), у якості рідких мастил застосовують оливи нафтового і не нафтового походження;

3) тверді мастила, у якості твердих мастил застосовують у виді порошку графіт, нітрит бору, різноманітні синтетичні смоли, фторопласти, наповнені графітом і нанесені на поверхню тертьових пар у виді тонкої плівки.

Найбільш розповсюджені рідкі мастила (оливи). Вони, у свою чергу, можуть бути класифіковані (за застосуванням):

1 група – оливи, що працюють при нормальних умовах. Робоча температура від мінусових до плюс 40…50 °С. До них відносять різноманітні індустрійні оливи, які застосовуються для змащення верстатного устаткування, сепараторні оливи для змащування вакуумних насосів – малов’язкі дистилятні оливи;

2 група – оливи, що працюють при температурах 150…200 °С. До них належать компресорні і турбінні масла, а також для парових машин – звичайні дистилятні масла, але більш в'язкі, ніж 1 група;

3 група – моторні оливи, що працюють при температурі 80…300 °С і стикаються з агресивним середовищем (продукти згоряння палива);

4 група – оливи спеціального призначення – медичні, збройові, ізоляційні та інші – малов’язкі масла, які мають високу стабільність;

5 група – трансмісійні оливи, які працюють при температурах 60…150 °С і при високих питомих навантаженнях;

6 група – мазі (консистентні мастила).

З названих груп мастильних матеріалів найбільш широке поширення мають моторні, трансмісійні, індустріальні оливи і різноманітні консистентні мастила.

 

Вязкісно-температурні характеристики олив.

В'язкість (внутрішнє тертя) -властивість рідини, яка характеризуює опір дії зовнішніх сил, що викликають її течію. Ця властивість є наслідком її внутрішнього тертя, щовиникає між молекулами. В'язкість палива залежить від температури, хімічного складу і структури вуглеводнів. В'язкість оливи є основним показником, що характеризує якість змазування, розподіл оливи по поверхні тертя, втрати енергії на тертя і знос деталей двигуна.

Розрізняють в'язкість динамічну і кінематичну.

Динамічна в'язкість характеризується плинністю оливи в екстремальних умовах, тобто при низькій температурі стосовно до умов пуску холодного двигуна і при високій температурі, коли швидкості зрушення близькі до реальних.

У системі СІ за одиницю динамічної в'язкості ή (Па·с ) прийнята в'язкість такої рідини, яка чинить опір силою в 1 Н (нютон) взаємному зрушенню двох шарів рідини площею 1 м², що знаходяться на відстані 1 м один від одного і що переміщаються з відносною швидкістю 1 м/с .

Кінематична в'язкість - характеризується плинністю оливи при нормальній і високій температурах.

Відповідно до діючої системи виміру (СІ) одиницею динамічної в'язкості (ή) являється Па·с (паскаль-секунда), а кінематичною (ύ) - м²/с. У старій системі виміру (СГС) за одиницю динамічної в'язкості був прийнятий - 1 П (пуаз), а кінематичної - 1 Ст (стокс). Взаємозв'язок між системами СГС і СІ наступний - для динамічної в'язкості 1П (пуаз) = 0,1 Па·с , а його сота частина 1 сП (сантіпуаз) = 1 мПа·с , для кінематичної в'язкості - 1 Ст (стокс) = 1 см²/с, сота частина стоксу 1 с Ст (сантистокс) = 1 мм²/с.

Динамічну в'язкість визначають в капілярному віскозиметрі. При визначенні динамічної в'язкості в капілярному віскозиметрі вимірюють час витікання рідини через капіляр віскозиметра.

 

2.2.2 Властивості: в’язкість, змащувальні, мийні, антикорозійні

 

Якщо запитати у будь-якої людини з середньою освітою, навіщо потрібні мастильні матеріали, він, швидше за все, згадає лише дві функції: зменшення тертя і захист механізмів від зносу. І буде абсолютно правий! 
Ці первинні функції оливи. Однак, із розвитком галузі, на оливи і мастила покладено куди більшу кількість дуже важливих і абсолютно незамінних функцій.

Чи багато автолюбителів знають про те, що через систему охолодження двигуна внутрішнього згоряння - водяний радіатор - йде лише 60% тепла, що виробляється від згоряння палива і від тертя. Значну роль в терморегуляції механізму грають мастильні матеріали, які не просто знижують тертя, але й беруть на себе роль охолоджуючої рідини. Недарма в багатьох механізмах присутні масляні радіатори, значення яких залишається загадкою для дилетантів.

Протизносні властивості оливи, здається, не вимагають детальних пояснень. Кожен розуміє, що тертя металу об метал або будь-який інший конструкційний матеріал - процес свідомо згубний, що веде до двох негативних для техніки наслідків: механічного зношування пари, що треться і відчутного підвищення температури. Олива створює плівку - захисний шар між парами що труться, а здатність утримувати цей шар в будь-яких умовах є найважливішою характеристикою якості оливи.

Не менш важливою властивістю мастильних матеріалів є їх мийно-диспергуючих функція. Простіше кажучи, здатність утримувати механізм в чистоті, а побічні продукти - результат забруднення і окислення - в підвішеному стані, що не дозволяє налипати на поверхні тертя механізму і засмічувати масляні канали. 

Настільки ж важливі для мастильних матеріалів антикорозійні властивості, що захищають матеріал від згубного впливу навколишнього середовища. Оливи мають електроізоляційні функції, працюють в аммортизаторах, в турбінах і гідравлічних механізмах, в компресорах, служать інструментом консервації техніки і багато в чому сприяють вирішенню екологічних проблем.

 

2.3 Масла для ДВЗ

 

Уявити собі двигун без моторного масла так само неможливо, як птаха без крил. Досвідчені автомобілісти добре розбираються в питанні вибору підходящого масла і в тому, коли і як його треба міняти (хоча і вони іноді плутаються у свідченнях), а от у новачків, яким тільки належить пізнати моторно-масляні тонкощі, часом немає можливості отримати коротку, систематизовану і, що найважливіше, зрозумілу інформацію.

Які бувають типи моторних масел?

Думається, нікому не потрібно пояснювати, що основне завдання моторного масла - змащувати деталі двигуна, забезпечуючи його нормальну роботу і захист від передчасного зносу, поломок і інших неприємностей. Це, як кажуть, прописна істина. А от далі - більше, оскільки моторне масло - ціла наука, почати вивчення якої варто з розуміння того, чим одне моторне масло відрізняється від іншого. Розібратися в цьому питанні насправді зовсім не складно. Типів моторних масел всього три - мінеральне, напівсинтетичне і синтетичне.

Мінеральне масло (воно ж нафтове) являє собою первинний продукт переробки нафти і відрізняється високою в'язкістю. Воно вимагає частої заміни і оптимально підходить для двигунів старіше 10-15 років.

Синтетичне масло виходить шляхом хімічної переробки продуктів перегонки нафти. Воно відрізняється низькою в'язкістю, великим терміном експлуатації і забезпечують захист двигуна в екстремальних температурних умовах. Але синтетичне масло і найдорожче. Так, його рідше потрібно заливати у двигун, однак різниця в ціні може нівелювати таку економію. До того ж, синтетичне масло не можна назвати ідеальним для старих двигунів, оскільки його витрата в моторах старше 10-15 років більш висока, ніж у сучасних силових агрегатах.

Напівсинтетичне масло - це суміш двох типів моторних масел, в якій 50-70 % займає мінеральна складова, і від 30 до 50% - синтетична. Напівсинтетичне масло дешевше синтетичного і більш ефективне в порівнянні з мінеральним. Своєрідна золота середина.

Крім того, моторні масла поділяють ще й з сезонної орієнтації, тобто по температурному режиму експлуатації, з урахуванням ступеня його в'язкості. Від цього показника безпосередньо залежить те, при якій температурі можна буде запустити двигун. Визначити сезонність олії можна з маркування, про що і піде мова далі.

Як розшифрувати маркування масел?

Систем класифікації масел є кілька, і всі вони мають своє географічне походження. Тут ми розглянемо найпоширеніші класифікації, і почнемо з SAE (Society of Automotive Engineers) і з того, як з маркування визначити сезонність масла:

літнє масло позначаються цифрою без додаткового літерного індексу (SAE 20, 30, 40 і т. д.) Цифра в даному випадку означає високотемпературну в'язкість масла. Ось тільки трактувати її однозначно не можна, оскільки це збірний параметр, який вказує на мінімальну і максимальну в'язкість масла при робочій температурі 100-150 градусів. Кожному двигуну потрібна своя в'язкість, тому без рекомендацій виробника автомобіля тут не обійтися;

у маркуванні зимового масла присутня буква W і цифри, що позначають температурний режим використання (SAE 0W, 5W, 10W, 15W і т. д.), Щоб дізнатися мінімальну температуру, при якій буде можливий холодний пуск двигуна, від цифри у маркуванні зимового масла потрібно відняти 40. Наприклад, маркування SAE 5W означає, що пуск двигуна буде можливий при температурі не нижче -35 градусів за Цельсієм. Це та мінімальна температура, при якій насос зможе прокачати масло по системі, не допустивши сухого тертя деталей. Якщо ж від цифри у маркуванні відняти 35, то ми отримаємо мінімальну температуру провертання двигуна, хоча цей параметр відносний, оскільки багато що залежить від стану самого силового агрегату;

всесезонне масло позначаються подвійним маркуванням. Наприклад, SAE 5W30, де 5W, як ми з'ясували вище, означає, що холодний пуск двигуна можливий при температурі не нижче -35 градусів за Цельсієм, а цифра 30 вказує на ступінь високотемпературної в'язкості олії. Саме всесезонне масло, в силу своєї універсальності, найчастіше використовується автомобілістами.

В принципі, маркування сезонності моторного масла не повинне викликати труднощів у розумінні незалежно від системи класифікації. А ось позначення приналежності до бензинових або дизельних двигунів - інша історія. Наприклад, за системою класифікації, придуманої Американським інститутом палива (American Petroleum Institute - API), масло для бензинового двигуна маркується літерним кодом API S *, для дизельних моторів - API C *, а універсальне, відповідне і бензиновому і дизельному ДВС - API S */C *, де замість зірочки вказано буквений код, що позначає клас масла. Важливо також знати, що в маркуванні універсального масла першою вказана буква того типу двигуна, для якого воно краще. Простіше кажучи, маркування S */C * означає, що масло, в першу чергу, призначене для бензинових моторів, але може використовуватися і в дизельних агрегатах. Якщо маркування виглядає як C */S *, то, відповідно, ситуація прямо протилежна.

Європейська альтернатива API, класифікація ACEA, використовує інший підхід до маркування масел. З 2004 року вони діляться на три категорії:

А/В - базові серії моторних масел, призначені для використання в бензинових і дизельних двигунах. Ця категорія включає в себе всі раніше розроблені класи А і В (бензин і дизель відповідно), що діяли до 2004 року.

С - моторні масла, які розроблялися з урахуванням екологічного стандарту Euro-4. Вони можуть використовуватися за наявності в конструкції автомобіля каталізаторів вихлопу і сажових фільтрів.

Е - категорія моторних масел, призначених для використання в дизельних двигунах спецтехніки та важкого транспорту.

І ще одна система класифікація, яка заслуговує уваги - ILSAC (International Lubricant Standardization and Approval Committee). Цей міжнародний комітет з стандартизації та апробації моторних масел був створений з ініціативи Американської (Аама) та Японської (JAMA) асоціації виробників автомобілів і уповноважений присвоювати власні категорії паливно-мастильним матеріалам, що виготовляється в США та Японії. Кожне масло, що проходить сертифікацію за стандартом ILSAC, тестується по ряду параметрів, у тому числі по в'язкості, летючості, фильтруемости при низьких температурах, схильності до піноутворення і іншим.

На сьогоднішній день існує п'ять стандартів ILSAC для бензинових двигунів. Масло для дизельних двигунів ILSAC НЕ стандартизує. В таблиці нижче наведена розшифровка позначення масла.

Категорія ILSAC	Опис
GF-1 Устаріла	Відповідає класам відповідності якості по класифікації API SH; класи в'язкості SAE 0W-XX, SAE 5W-XX, SAE 10W-XX; где XX - 30, 40, 50, 60.
GF-2 Введена у 1996 році	Відповідає класам відповідності якості по класифікації API SJ, класи в'язкості: додатково к GF-1 – SAE 0W-20, 5W-20.
GF-3 Введена у 2001 році	Відповідає класифікації API SL. Відмінне від GF-2 и API SJ істотно кращими антиокисними і протизносні властивості, а також меншою испаряемостью. Вимоги до класів ILSAC CF-3 і API SL багато в чому збігаються, але масла класу GF-3 обов'язково є енергозберігаючими.
GF-4 Введена в 2004 році	Відповідає класифікації API SM з обов'язковими енергозберігаючими властивостями. Класи в'язкості SAE 0W-20, 5W-20, 0W-30, 5W-30 и 10W-30. Відрізняється від категорії GF-3 більш високою стійкістю до окислення, поліпшеними миючими властивостями і меншою схильністю до утворення відкладень. Крім того, масла повинні бути сумісними з каталітичними системами відновлення відпрацьованих газів.
GF-5 Введена осінню 2010 року	Відповідає вимогам класифікації API SM сжорсткішими вимогами до економії палива, сумісності з каталітичними системами, випаровуваності, миючими властивостями, стійкості до утворення відкладень. Введено нові вимоги щодо захисту систем турбонаддуву від утворення відкладень і сумісності з еластомерами.

Яке масло підходить двигуну мого автомобіля?

Це, мабуть, найголовніше питання будь-якого автомобіліста початківця. Як правило, за порадою він звертається до своїх досвідчених товаришів, які «точно знають, що потрібно і поганого не порадять». І це перша помилка, тому що найвірніший спосіб купити «правильне» масло - заглянути в сервісну книжку або керівництво по експлуатації автомобіля. Саме там зберігається шукана інформація. Якщо ж «рідної» документації немає, що цілком можливо для б/у автомобіля, варто звернутися до офіційного дилера марки або, в крайньому випадку, постаратися знайти достовірну інформацію в спеціалізованій літературі або в Інтернеті. Але важливо знати, що моторне масло розробляється не для моделі автомобіля в цілому, а для конкретного двигуна або лінійки моторів, виробники яких вказують ряд допусків, які потрібно враховувати при виборі масла. Допуск - це стандарт відповідності, враховує усі параметри масла, необхідні для оптимальної роботи конкретного двигуна. Дивіться на те, що написано в інструкції до автомобіля і зіставляйте ці дані з тим, що написано на етикетці моторного масла. Це і є головний критерій вибору. Бренди, якими б розкрученими вони не були, другорядні. З іншого боку, кидатися на масло подешевше теж не варто. Продукція маловідомих фірм, особливо китайських, часто виявляється неякісною і може сильно нашкодити двигуну. Компанії ж з світовими іменами розташовують найсучаснішими лабораторіями та висококваліфікованими фахівцями, що, власне кажучи, і є гарантією якості. Але остерігайтеся підробок. Намагайтеся купувати масло тільки в спеціалізованих магазинах і авторизованих точках продажів.

До речі, віддаючи машину в сервіс, навіть офіційний, уважно стежте за тим, яке масло заливає сервісменик. Що б Вам не говорили, як би не переконували, наполягайте, щоб характеристики масла строго відповідали вимогами виробника. Якщо, звичайно, Вам не наплювати на двигун. Особливо небезпечна ситуація, коли в'язкість залитого масла нижче, ніж запропонована виробником. Підвищена в'язкість, в свою чергу, не так страшна, проте з таким маслом двигун буде постійно працювати при підвищених температурах, від чого його деталі зносяться швидше.

Куди дівається масло з мотора?

Масло - це витратний матеріал, який в процесі експлуатації автомобіля розтікається по внутрішніх елементах двигуна і прогорає. Відповідно, його стає менше і час від часу його потрібно доливати. Це нормальний процес. Причому, процес перевірки рівня масла і його доливання дуже простий. Перевірку потрібно проводити через 3-5 хвилин після зупинки двигуна (автомобіль повинен стояти на рівній поверхні). Вийміть вимірювальний щуп, протріть його насухо тканиною без волокон, вставте щуп назад і через пару секунд знову вийміть. Рівень масла повинен знаходитися між позначками MIN і MAX на щупі. Відстань між відмітками відповідає приблизно 1 літру масла. Якщо його рівень істотно нижче позначки MAX, масло потрібно долити. Важливо також, щоб після доливання рівень масла не перевищував позначку MAX.

Якщо двигун справний, витрата правильно підібраного моторного масла буде несуттєвою і, як наслідок, часто його доливання не буде потрібно. А от якщо масло не відповідає вимогам виробника, його витрата може збільшитися, не кажучи вже про те, що сам силовий агрегат буде відчувати себе не дуже комфортно. Але буває й так, що масло зникає дуже швидко, незважаючи на те, що все підібрано вірно. Пов'язано це може бути як із зносом двигуна, так і з рядом несправностей, через які масло стікає з двигуна.

Одна з найпоширеніших причин стрімкого зникнення масла - течі. Всі елементи ущільнювачів двигуна (сальники, прокладки і т. д.) є потенційними місцями протікання моторного масла. Причини появи течі - знос матеріалу, з якого вони зроблені, або його механічне пошкодження (наприклад, при необережному ремонті).

Інша причина - угар масла. Діагностувати його можна по появі сизого диму у вихлопі, який помітний навіть при використанні бензину високої якості. Якщо масло вигорає протягом декількох днів, на кромці вихлопної труби з'являється в'язка плівка темного кольору. Причин чаду кілька, і вони можуть бути визначені тільки в автосервісі при розбиранні двигуна. Але перш ніж віддавати автомобіль в ремонт при виявленні однієї з вищезазначених ознак, варто звернути увагу на 2 чинники: зміна стилю водіння і зміна марки використовуваного моторного масла. Якщо угар став помітний тільки після того, як двигун тривалий час працював на підвищених оборотах, і згодом не проявлявся, швидше за все, причин для занепокоєння немає. Чим вище обороти, тим вище температура рухомих елементів мотора. Відповідно, масло втрачає густоту, більша його кількість залишається в циліндрах і сильніше вигоряє. Що ж стосується зміни марки масла, то поява чаду в даному випадку цілком нормальне явище протягом перших 2-3 днів. Якщо потім вона зникла - все в порядку. Справа в тому, що пакети присадок, використовувані в різних марках масла, можуть вступати в реакцію між собою, оскільки частина старого масла завжди залишається в двигуні навіть після його ретельної промивки. Результатом цієї реакції іноді стає тимчасове розрідження масла і підвищене вигоряння.

Як часто потрібно міняти масло?

Якщо запитати бувалого автомобіліста, який ресурс моторного масла, він, швидше за все, відповість, що змінювати його потрібно кожні 10.000 км. У більшості випадків це дійсно так, хоча деякі виробники рекомендують інший інтервал. Зазвичай він вказується в інструкції з експлуатації автомобіля.

Ресурс роботи моторного масла безпосередньо залежить від його миючої здатності. Вона, в свою чергу, визначається лужним числом (TBN). Цей показник свідчить про те, наскільки висока концентрація лугів у складі масел. Їх наявність обумовлена ​​необхідністю деактивувати кислоти, що викликають корозію в двигуні. TBN не є стабільним показником - при експлуатації мотора він знижується, відповідно, зменшується і здатність масел протистояти процесам окислення. Таке, що втратило працездатність вважається масло, лужність якого зменшилася більш ніж на 50 % по відношенню до номінального значення.

У ряді випадків інтервал заміни моторного масла необхідно скоротити. До більш частій зміні масла приводять так звані «важкі умови експлуатації»: складні кліматичні умови, тривала робота в максимальному режимі, пробки, нерегулярне використання автомобіля, часті поїздки на короткі відстані. У такому випадку рекомендований виробником інтервал заміни моторного масла скорочується вдвічі.

Серед малодосвідчених автомобілістів існує глибока помилка в тому, що коли масло набуває чорного кольору, це сигнал до того, що його пора міняти. Ні, потемніння масла - природний процес, ніяк не позначаються на його ефективності. Причому, почорніти воно може вже через 300-400 км пробігу, оскільки згоряння палива призводить до появи частинок сажі та інших продуктів горіння, які, перемішуючись з маслом, додають йому темне забарвлення. Крім того, потемнінню сприяє і хімічна реакція деяких присадок. Отже, колір масла не показовий як індикатор необхідності його заміни.

Чи можна змішувати масло різних видів і виробників?

Одна з помилок деяких автомобілістів полягає у впевненості, що змішувати мінеральне моторне масло з синтетичним можна. Це не так. Сам факт існування напівсинтетичного масла спростовує цю теорію. Переходити з мінералки на синтетику (і назад) можна, проте потрібно дотримуватись певних правил:

мінеральні масла сумісні з напівсинтетичними, а також з ПММ гідрокрекінгу ;

практично будь-яке мінеральне масло може бути поєднане з синтетичним поліальфаолефінованим (ПАТ);

інші синтетичні масла (поліефірні, гліколеві, силіконові і т. п.) можуть бути сумісні з мінеральними - це залежить від їх будови. Допустимість переходу з мінерального масла на одне з перерахованих вище краще уточнити у офіційного представника виробника автомобіля.

За великим рахунком, одним з найважливіших параметрів, який потрібно враховувати при переході з одного масла на інше - присадки. Це хімічно активні речовини, які додаються в масло у вигляді наборів (пакетів) і, власне кажучи, формують основні властивості моторного масла. Щоб звести до мінімуму можливі ризики при зміні типу масла, потрібно щоб набори присадок збігалися, оскільки навіть після того, як старе масло було злито, деяка його частина (5-10%) все одно залишається в двигуні у вигляді плівки на деталях. Відповідно, хімічні реакції з новим маслом неминучі. Але що ж робити, адже склади основи і присадок у кожного виробника свої? Відповідь проста - найкраще переходити на масло з іншими характеристиками від того ж виробника, ніж на масло з однаковими параметрами, але різних виробників.

Що ще потрібно знати про моторне масло?

Здавалося б, ми розповіли про моторне масло практично все, однак допитливий розум автомобілістів, їх тяга до експериментів і винахідництва ніколи не залишить без роботи технічних фахівців. І їм завжди вистачить приводів підтверджувати або спростовувати якісь чутки і домисли. На парочці найактуальніших ми зараз і зупинимося.

Виробники моторних масел настійно рекомендують утриматися від додавання в моторне масло будь-яких додаткових рідин - переможців тертя, загусників, каталізаторів і так далі. Причин на те багато, адже споживач не знає, які присадки використані в олії, яку хімічну реакцію викличе їх змішування з самостійно введеними добавками, і як зрештою все це позначиться на роботі двигуна. Досить імовірно, що бажання заощадити таким чином якусь кількість грошей, обійдеться автомобілісту на багато порядків дорожче через необхідність ремонтувати силовий агрегат.

Інше спірне питання - чи потрібно промивати двигун при заміні масла? Ні для кого не секрет, що у продажу зараз можна знайти спеціальні засоби, так звані промивні рідини, проте їх використання пов'язано з великими ризиками, оскільки маслом в чистому вигляді вони не є і не гарантують нормальну роботу двигуна, навіть короткострокову. Але як же тоді бути? Дуже просто! Сучасне моторне масло має досить високі миючі здібності, завдяки чому ефективно очищає двигун від відкладень і перешкоджає утворенню нових. Головне, як ми вже говорили вище, вибрати те масло, яке оптимально підходить двигуну Вашого автомобіля. Те, яке рекомендовано виробником. А якщо ж необхідність в очищенні двигуна дійсно є (після важких умов експлуатації, наприклад), досить скоротити міжсервісний інтервал вдвічі, тобто міняти масло в два рази частіше звичайного.

 

2.4 Трансмісійні масла

 

Трансмісійна олива — мастильна олива для механічних трансмісій, яку отримують найчастіше на основі екстрактів від селективного очищення залишкових нафтових олив з додаванням дистилятних олив і присадок (протизношувальних, протизадирних тощо), котрі переважно містять фосфор, хлор, сірку, дисульфід молібдену.

Трансмісійні оливи використовують для змащування закритих зубчастих передач (механічних редукторів) усіх видів, всіх типів передач (у тому числі гіпоїдних) автомобілів та іншої мобільної техніки, для змащування важко навантажених циліндричних, конічних і спірально-конічних передач.

Загальні вимоги

В агрегатах трансмісій мастило є невід'ємним елементом конструкції. Здатність оливи виконувати і довгостроково зберігати свої функції визначається її експлуатаційними властивостями. Загальні вимоги до трансмісійних олив визначаються конструкційними особливостями, призначенням та умовами експлуатації агрегату трансмісії. Трансмісійні оливи працюють в режимах високих швидкостей ковзання, тисків і у широкому діапазоні температур. Їх пускові властивості і тривала працездатність повинні забезпечуватися в інтервалі температур від −60 до +150 °С. Тому до трансмісійних олив ставлять досить жорсткі вимоги.

Основні функції трансмісійних олив

До основних функціональних завдань трансмісійних олив відносяться:

захист поверхонь тертя від зношування, заїдання, пітінгової корозії та інших пошкоджень;

зниження до мінімуму втрат енергії на тертя;

відведення тепла від поверхонь тертя;

зниження шуму й вібрації зубчастих коліс, зменшення ударних навантажень.

Вимоги до характеристик трансмісійних олив

Для забезпечення надійної і тривалої роботи агрегатів трансмісій оливи для них повинні мати певні характеристики:

достатні протизадирні, протизношувальні та протипітінгові властивості;

високу антиокиснювальну стабільність;

добрі в'язкісно-температурні властивості;

не чинити корозійного впливу на деталі трансмісії;

мати хороші захисні властивості при контакті з водою;

мати достатню сумісність з гумовими защільниками;

мати хороші антипінні властивості;

мати високу фізичну стабільність в умовах тривалого зберігання.

Всі ці властивості трансмісійної оливи можуть бути забезпечені шляхом введення до складу базової оливи відповідних функціональних присадок: депресорної, протизадирної, протизношувальної, антиокислювальної, антикорозійної, антипінної тощо.

Використання

Трансмісійні оливи використовуються в переважній більшості механічних коробок передач, в роздавальних коробках, проміжних і ведучих мостах, черв'ячних і рейкових передачах кермового механізма автомобіля. У ряді випадків трансмісійні оливи застосовуються нарівні з пластичними мастилами для забезпечення високого ресурсу роботи вузлів тертя: шарнірів кермових тяг, карданних передач, кульових опор. При цьому до герметичності цих вузлів ставляться підвищені вимоги.

Класифікація трансмісійних олив

У світі існує декілька класифікацій трансмісійних олив. Найвідоміші з них — стандарт SAE International — Співтовариства автотранспортних інженерів (SAE J306) та API (англ. American Petroleum Institute). В Україні діє класифікація за класами в'язкості та експлуатаційними групами, а також позначення за ГОСТ-17479.2-85.

За ГОСТ-17479.2-85

За даним стандартом трансмісійні оливи в залежності від величини в'язкості за температури 100°С поділяються на чотири класи:

9 — з кінематичною в'язкістю ν = 6,00…10,99 сСт, а температура, за якої динамічна в'язкість не перевищує 150 Па•с, не вище за t = −35°С. Відповідає за SAE J306 класу 75W;

12 — з кінематичною в'язкістю ν = 11,00…13,99 сСт, t = −26°С. Відповідає за SAE J306 класу 80W/85W;

18 — з кінематичною в'язкістю ν = 14,00…24,99 сСт, t = −18°С. Відповідає за SAE J306 класу 90;

34 — з кінематичною в'язкістю ν = 25,00…41,00 сСт, t не нормується. Відповідає за SAE J306 140,

а за рівнем експлуатаційних властивостей та можливими галузями використання — на п'ять груп:

ТМ-1 — мінеральні оливи без присадок для циліндричних, конічних та черв'ячних передач, що працюють при контактних напруженнях від 900 до 1600 МПа і температурі оливи в об'ємі до 90 °С. Відповідає за API групі GL-1;

ТМ-2 — мінеральні оливи з протизношувальними присадками для передач, перелічених вище, за контактних напружень до 2 100 МПа і температури оливи в об'ємі 130°С. Відповідає за API групі GL-2;

ТМ-3 — мінеральні оливи із протизадирними присадками помірної ефективності для циліндричних, конічних, спірально-конічних і гіпоїдних передач, що працюють за контактних напружень до 2 500 МПа і температури оливи в об'ємі до 150 °С. Відповідає за API групі GL-3;

ТМ-4 — мінеральні оливи з протизадирними присадками високої ефективності для циліндричних, спірально-конічних і гіпоїдних передач, що працюють за контактних напружень до 3 000 МПа та температури оливи в об'ємі до 150°С. Відповідає за API групі GL-4;

ТМ-5 — мінеральні оливи з протизадирними присадками високої ефективності та багатофункціональної дії, а також універсальні масла для гіпоїдних передач, що працюють в умовах ударних навантажень за контактних напружень понад 3 000 МПа і температури оливи до 150 °С. Відповідає за API групі GL-5.

Приклад позначення: ТМ-5-9 — трансмісійна олива; 5 — олива з протизадирними присадками високої ефективності та багатофункціональної дії; 9 — клас в'язкості.

За ГОСТ 23652-79

Властивості та маркування автомобільних трансмісійних олив для змащування агрегатів трансмісій (автомобілів, тракторів, тепловозів, сільськогосподарських, дорожніх та будівельних машин) регламентується ГОСТ 23652-79. Залежно від в'язкості, галузі застосування і складу цим стандартом встановлюються наступні марки трансмісійних олив:

ТЕп-15 — виготовляється на основі екстрактів залишкової і дистилятної олив з протизношувальною і депресорною присадками і використовується для змащування циліндричних, конічних і спірально-конічних передач (аналоги: ТМ-2-18; SAE 90; API GL-2);

ТСп-10 — виготовляється шляхом змішування деасфальтизату ембенських видів нафти з малов'язким низькозагусаючим дистилятним компонентом, що містить протизадирну, депресорну й антипінну присадки і використовується для змащування сильно навантажених циліндричних, конічних і спірально-конічних передач (аналоги: ТМ-3-9; SAE 80; API GL-3);

ТАп-15В — виготовляється із суміші екстрактів залишкових олив фенольного очищення і дистилятних масел або фільтрату знемаслення парафіну, що містить протизадирну і депресорну присадки і застосовується для змащування важко навантажених циліндричних, конічних та спірально-конічних передач (аналоги: ТМ-3-18; SAE 90; API GL-3);

ТСп-15К — виготовляється з суміші дистилятної і залишкової олив сірчистих видів нафти, що містить протизадирну, протизношувальну, депресорну й антипінну присадки і використовується для змащування важко навантажених циліндричних, конічних і спірально-конічних передач великовантажних автомобілів КамАЗ (аналоги: ТМ-3-18; SAE 90; API GL-3);

ТСп-14 гип — виготовляється з суміші залишкової і дистилятної компонентів сірчистих видів нафти, що містить протизадирну, антиокислювальну, депресорну й антипінну присадки і використовується для гіпоїдних передач вантажних автомобілів (аналоги: ТМ-4-18; SAE 90; GL-4);

ТАД-17и — універсальна олива, виготовлена на мінеральній основі, що містить багатофункціональну сіркофосфоровмісну, депресорну й антипінну присадки і використовується для змащування циліндричних, конічних, черв'ячних, спірально-конічних і гіпоїдних передач автомобілів ВАЗ та іншої техніки (аналоги: ТМ-5-18; SAE 85W-90; API GL-5).

За SAE J306

Оскільки за позначеннями ГОСТів складно визначати температурний діапазон використання трансмісійних олив, виробники та постачальники додатково вказують їх в'язкість за SAE. Класифікація SAE J306 поділяє трансмісійні оливи за в'язкістю на «зимові» (70W, 75W, 80W, 85W) і «літні» (80, 85, 90, 140, 250). Всесезонні оливи мають подвійне позначення, наприклад, 75W-90, 80W-140 і т. д.

В'язкість трансмісійної оливи повинна вибиратися з урахуванням найбільшої і найменшої температур навколишнього середовища, за яких планується експлуатація автомобіля. На підставі цих міркувань, класифікація SAE J306 базується на показниках низькотемпературної та високотемпературної в'язкостей.

Показник низькотемпературної в'язкості оцінюється шляхом визначення температури, за якої в'язкість оливи за Брукфільдом досягає значення 150000 сР. В'язкість визначається за методом ASTM D2983-87 (1993).

Показник високотемпературної в'язкості оцінюється на основі значення кінематичної в'язкості масла при температурі 100 °C. Визначається за методом ASTM D445-97[6]

Специфікація SAE J306 використовується виробниками автомобільних трансмісій при визначенні і рекомендації трансмісійних олив для ведучих мостів і механічних коробок передач, а також виробниками трансмісійних олив при розробці нових складів, виробництві і маркуванні готових продуктів.

За API Publication 1560

Класифікація описана в документі API.

Класифікація API поділяє трансмісійні оливи за експлуатаційними властивостями на сім груп (класів якості): GL-1, GL-2 , GL-3, GL-4, GL-5, GL-6 і МТ-1. В агрегатах трансмісії легкових автомобілів найчастіше використовують оливи GL-4 (для циліндричних, спірально-конічних і гіпоїдних зубчастих передач за помірних умов експлуатації) і GL-5 (для гіпоїдних передач за жорстких умов експлуатації).

За системою класифікації ZF

«Zahnradfabrik Friedrichshafen» (Німеччина, далі — ZF) є однією з найбільших і найвпливовіших у Європі компаній з виробництва механічних передач і силових агрегатів транспортних засобів. Компанія створила систему класифікації всіх видів автотранспортних передач. Кожен вид має свій список мастильних матеріалів. Ці списки позначаються ініціалами і цифрами від ZF TE-ML 01 до ZF TE-ML 15. У списках для кожного виду передач перераховуються:

види і класи якості мастильних матеріалів;

класи в'язкості;

допущені до застосування продукти із зазначенням марки та виробника.

Характеристика класів трансмісійних олив за ZF:

ZF TE-ML 01 Механічні несинхронізовані коробки передач з шестернями постійного зачеплення (комерційні автомобілі).

ZF TE-ML 02 Механічні й автоматичні трансмісії вантажних автомобілів та автобусів.

ZF TE-ML 03 Коробки передач з гідротрансформаторами для позашляхової мобільної техніки (будівельна і спец. техніка, автонавантажувачі тощо).

ZF TE-ML 04 Трансмісії суден.

ZF TE-ML 05 Ведучі мости позашляхової мобільної техніки.

ZF TE-ML 06 Трансмісія та гідравлічні навісні системи тракторів.

ZF TE-ML 07 Передачі з гідростатичним і механічним приводом, системи з електроприводом.

ZF TE-ML 08 Системи кермування (без гідропідсилювача) легкових та вантажних автомобілів, автобусів та позашляхової мобільної техніки.

ZF TE-ML 09 Системи кермування (з гідропідсилювачем і маслонасосом) легкових та вантажних автомобілів, автобусів та позашляхової мобільної техніки.

ZF TE-ML 10 Коробки передач типу Transmatic для легкових та комерційних транспортних засобів.

ZF TE-ML 11 Механічні та автоматичні трансмісії легкових автомобілів.

ZF TE-ML 12 Ведучі мости легкових автомобілів, комерційних транспортних засобів та автобусів.

ZF TE-ML 13 Агрегати ZF для транспортних засобів спеціального призначення.

ZF TE-ML 14 Автоматичні трансмісії комерційних транспортних засобів.

ZF TE-ML 15 Гальмівні системи транспортних засобів спеціального призначення.

Європейські виробники олив стараються отримати апробацію ZF. Ця система класифікації є однією з основних у Європі.

Особливості вибору трансмісійних олив[

При виборі оливи для вузлів трансмісії зазвичай орієнтуються на два критерії: питомі навантаження, що діють в механізмі, та швидкості відносного ковзання.

Залежно від цього підбирають трансмісійні оливи, що розрізняються в'язкістю і кількістю присадок, у першу чергу, протизадирних. Останні, як правило, містять сірчисті сполуки, що викликають у критичних режимах хімічні зміни (модифікацію) металу. Поверхневий шар матеріалу не виривається, утворюючи задирки, а перетворюється на тонку плівку, яка згодом стає продуктом зношування. Попри те, що метал при цьому хімічно «роз'їдається», загальний знос у важких умовах роботи виявляється меншим.

Однак, вибір трансмісійної оливи визначається не тільки рівнем її експлуатаційних властивостей, але і в'язкістю мастильного матеріалу за визначених кліматичних умов. У зоні помірних температур можна надавати перевагу значенню в'язкості 90. Якщо раціональніше використовувати всесезонну оливу, то мова може йти про марки з індексами 75W-90, 80W-90 та 85W-90. Причому остання не зовсім підходить для суворої зими, олива класу 80W-90 є досить універсальною, а 75W-90 може використовуватись і за сильних морозів.

 

2.5 Гідравлічні масла

Загальні віцомості. Вимоги до робочих рідин. Через високий тиск у гідросистемі (до 35 МПа) і великий перепад робочих температур (—60...+50 *С) до гідравлічних рідин ставляться певні вимоги, які часткового відрізняються від вимог до звичайних олив, оскільки вони мають бути передавачем енергії від двигуна до роячих органів і водночас змащувати та охолоджувати рухомі деталі гідравлічної системи.

Отже, робочі рідини мають задовольняти такі вимоги:

• мати за відповідних умов певну в’язкість;

• мати пологу в’язкісно-температурну характеристику;

• мати добрі мастильні властивості;

• мати низьку температуру замерзання і незначне стиснення;

• містити невелику кількість води і бути стійкими до утворення емульсії;

• не мати механічних домішок;

• не видаляти та не поглинати повітря;

• не просочуватися й не виділяти парів за робочих температур;

• мати стабільні властивості;

• не окиснюватися й не впливати на розбухання гумових ущільнень.

Частину цих властивостей було розглянуто вище, і вони не потребують пояснень, а частина має специфічний характер, тому пояснюється в ході викладання матеріалу.

Боязкість — найважливіша фізична властивість рідини, яка визначає можливість її використання в гідравлічних машинах.

 

з підвищенням температури робочої рідини понад допустиму (75 *С) зовнішні течі та внутрішні перетікання її різко збільшуються, внаслідок чого порушуються умови надійного машення поверхонь тертьових деталей.

Зі зниженням температури навколишнього повітря в’язкість робочої рідини підвищується тим інтенсивніше, чим нижчим є індекс її в’язкості, а в разі збільшення в’язкості робочої рідини понад допустиму зростають утрати тиску в системі, машина частково чи повністю стає нероботоздатною. Тому особливо велике значення має в’язкість зимових олив, оскільки, втрачаючи рухливість, рідини не можуть підніматися трубопроводами й у всмоктувальній лінії насоса виникає кавітація. Щоб цього не сталося, в’язкісно-температурна характеристика робочої рідини має бути пологою, а температура застигання зимових олив — на 20...30 *С нижчою за температуру навколишнього повітря.

У середньому температура перегонки оливи на 8... 12 °С вища від температури її застигання, оскільки втрата рухливості робочої рідини, як і інших нафтопродуктів, спричиняється виділенням з оливи твердих парафінових вуглеводнів з утворенням кристалічних каркасів. При цьому слід ураховувати, що температура робочої рідини гідравлічної системи взимку стабілізується лише через 1,5...2,5 год безперервної роботи машини.

Температура нагрівання оливи також обмежується, оскільки підвищена температура сприяє її окисненню. Так, у разі підвищення температури оливи понад норму (75 °С) на 10 °С інтенсивність її окиснення майже подвоюється. Окисненню оливи сприяють пил, бруд, частинки металу, смоли та шлаки. Частина продуктів окиснення розчиняється в оливі й погіршує її мастильну здатність, а інша частина, шо міститься в суміші з оливою, слугує каталізатором окиснення оливи й сприяє її розкладанню.

При окисненні оливи змінюються її зовнішній вигляд і фізико- хімічні властивості: збільшуються в’язкість і кислотне число; з’являється твердий мазеподібний осад. Унаслідок накопичення продуктів окиснення підвишується інтенсивність зношування деталей гідроприводу.

На роботу гідравлічних систем негативно впливає також повітря, яке потрапляє в робочу рідину. Великий вміст повітря сприяє піно- утворенню, внаслідок чого олива інтенсивно окиснюється. При цьому погіршуються механічні характеристики гідравлічної передачі.

Наявність в оливі навіть невеликої кількості води (близько 1 %) прискорює утворення піни. Тому необхідно прагнути до того, щоб зменшити вміст повітря в робочій рідині і виключити потрапляння до неї вологи.

Робочі рідини не повинні ШКІДЛИВО впливати на елементи гідро- приводу, тобто мають бути нейтральними щодо матеріалів, з якими стикаються.

Робочі рідини мають бути стійкими до утворення емульсії і швидко відокремлюватися від конденсатної вологи. Для цього в них вводять спеціальні присадки — деемульгатори, які руйнують оливні емульсії і ускладнюють змішування робочої рідини з водою. Крім того, робочі рідини мають бути стабільними, тобто зберігати свої властивості в умовах тривалої експлуатації та зберігання.

Робочі рідини мають бути водостійкими й мати протизношу- вальні властивості та захищати металеві деталі системи від корозії, не створювати осаду і не спричинювати облітерацію прохідних капілярних каналів.

Оливи, що використовуються як робочі рідини, не повинні зумовлювати усадку й набухання гумових ущільнень, втрату їхньої міцності, еластичності. Вважається нормальним, якщо олива спричинює набухання гуми на 1...6 %.

Робочі рідини мають бути слабкостисливими, пожежонебезпеч- ними і не містити механічних домішок, води, водорозчинних кислот і лугів.

Мастильні властивості робочої рідини забезпечуються введенням присадок ПАР, якшо температура рідини не перевишує допустиму. *

* Класифікація, асортимент і технічна характеристика вітчизняних робочих рідин. До 1985 р. гідравлічні оливи мали різне маркування. Наприклад, нафтові гідравлічні оливи часто називали просто оливами й позначали літерами МГ (МГ-80, МГ-30). За призначенням рідини називали індустріальними і позначали літерами ИГ (ИГ-12, ИГ-20, ИГ-30 і т. д.).

За технологією одержання загущену оливу позначали ВМГЗ (всесезонна олива (масло) гідравлічна, загущена). За умовами застосування єдину гідравлічну оливу позначали МГЕ. Цифри після цих літер визначали кінематичну в’язкість за температури 50 'С (МГЕ- 10А, ВМГЗ-10).

Основними марками робочих рідин, які застосовуються нині, є: МГ-30 (літня олива, замінник И-30) та ВМГЗ (зимова олія, замінник веретенна олива АУ)

Установлено, що кінематична в’язкість робочих рідин за температури 50 ‘С має становити не менше ніж 10 мм^/с, а за -40 — не більш як 1500 мм7с; оптимальне значення — 16...25 мьл^/с. Робочі рідини й замінники задовольняють ці вимоги (табл. 8.2). Однак температурний діапазон їх застосування залежить не тільки від умов навколишнього середовища, а й від типу насосів

Суворе дотримання рекомендацій заводу-виготовлювача машин і гідрообладнання щодо застосування робочих рідин є основною умовою забезпечення роботоздатності й надійної експлуатації БДМ. Використання різноманітних олив як робочих рідин спричинює зниження продуктивності машин, скорочення ресурсу роботи гідрообладнання й невиправдані додаткові витрати на експлуатацію.

За класифікацією (ГОСТ 17479.3—85) гідравлічні оливи залежно від експлуатаційних властивостей поділяються на три групи: А, Б, В.

Рідини групи А не містять присадок, тому вони призначені для малонавантажених гідравлічних систем із шестерінчастими та поршневими насосами, які працюють при тиску до 15 МПа і температурі до 80 *С.

Рідини групи Б випускаються з антикорозійними і протиокисни- ми присадками й призначені для середньотемпературних систем, що працюють при тиску до 25 МПа і температурі до 80 *С.

Рідини групи В випускаються з протиокисними, антикорозійними і протизношувальними присадками й призначені для гідравлічних систем, що працюють при тиску понад 25 МПа і температурі понад 90 “С.

Оливи всіх трьох груп можуть містити в’язкісні й протипінні присадки. Ці оливи позначаються літерами МГ — олива (масло) гідравлічна, а також двома цифрами, які вказують на кінематичну в’язкість, після чого стоїть літера А, Б або В.

Клас в’язкості гідравлічних олив (5, 7, 10, 15, 22, 32, 46, 68, 100, 150 мм7с) встановлено залежно від значень кінематичної в’язкості за температури 40 *С (аналогічно міжнародній класифікації 150).

Наприклад, позначення МГ-15В розшифровується так: МГ — мінеральна гідравлічна олива; 15 — клас в’язкості (кінематична в’язкість оливи за 40 *С в межах 13,5... 16,5 мм7с); В — група оливи за експлуатаційними властивостями (найвища якість).

 

2.6.1 Призначеня, вимоги до мастил, склад

 

Основні експлуатаційні властивості

До основних експлуатаційних властивостей пластичних мастил відносять: температуру каплепадіння, водостійкість, межа міцності, механічна стабільність, проти корозійні властивості.

1. Температура каплепадіння – визначає нижчу температурну стійкість мастила (робоча t мастила повинна бути на ). При цій температурі падає перша крапля мастила, що поміщена в капсулу спеціального приладу при нагріванні в стандартних умовах. t каплепадіння залежить в основному від виду згущувача й у меншому ступені від його концентрації. По t каплепадіння мастила підрозділяють:

-- тугоплавкі T (120-185⁰С) вони мають згущувачі Li, Na, K мила (Літол – 24, ЦИАТИМ – 20)

-- середньоплавкі T (75-105⁰С), вони мають згущувачі на Cа — милах (солідоли, графітні мастила );

-- низькоплавкі T (не більше 60⁰С), згущувачі немильні (мастила ПВК, ВТВ-1).

2. Водостійкість. Цей показник характеризує здатність мастил протистояти розчинності у воді. Водостійкість визначають як сукупність властивостей: не змиватися водою або не сильно змінювати свої властивості при попаданні в нього вологи. Розчинність мастила у воді залежить в основному від природи загусника.

-- антифрикційні мастила, згущувач Li (Литол — 24 ) и солідоли є вологостійкі.

Мастила на кальцієвих – натрієвих милах мають недостатню водостійкість, їх використовують тільки у вузлах тертя, надійно захищених від води. Найкращою водостійкістю володіють мастила з вуглеводневими загусниками.

3. Межа міцності дозволяє здатність мастила утримуватися у вузлах тертя, протистояти скиданню з деталей, що рухаються ( наприклад підшипників), утримуватися на похилих вертикальних поверхнях. Межу міцності визначають в лабораторних умовах , на приладі, що називається пластомером .Чим вище межа міцності, тим надійніше мастила утримуються на деталях. Чим вище t, тим найчастіше знижується межа міцності.

4. Механічна стабільність – важливий експлуатаційний показник, що характеризує здатність мастила протистояти руйнуванню. Мастила з поганою механічною стабільністю швидко руйнуються, розріджуються і випливають з вузлів тертя. Для визначення механічної стабільності мастил застосовують прилад, що називається тиксометром.

5.Хімічна стабільність і протикорозійні властивості.

6.Термічна стабільність – це здатність мастил не змінювати своїх властивостей , передусім не згущуватися при дії високих t.

Хімічна стабільність – це стійкість мастила проти окислення киснем повітря під час зберігання і експлуатації. Якщо на поверхні мастила з’явилась тверда плівка при зберіганні в результаті окислювальних процесів, таке мастило непридатне для використання.

7. Водостійкість важлива для мастил, що працюють у негерметизованих вузлах тертя або контакті з водою. Мастила не повинні змиватися водою чи змінювати свої властивості при попаданні в них вологи. Обвгунені мастила твердіють і втрачають свої властивості. Водостійкість залежить від роду загусника. Більшість мастил водостійкі, недостаню водостійкість мають кальцієві мастила. Низьку водостійкість мають мастила, які виготовлені на синтетичних маслах. Підвищену водостійкість мають захисні мастила. 

Склад мастил

Мастила по своєму складу є складними речовинами. Пластичні мастила виробляють сплавленням рідких мінеральних мастил (75 – 90 %) по масі з твердими речовинами (згущувачами). Це однорідні по складу змащення від світло – жовтого до темно – коричневого кольору, деякі мають інший колір, наприклад графітні чорного кольору мастило N158 – синього .

Як масляну основу використовують масла нафтового та синтетичного походження.

Згущувачами, що утворюють тверді частки можуть бути речовини органічного і не органічного походження (мила жирних кислот, парафін, силікагель, сажа, органічні пігменти). Розміри таких часток дуже малі (0.1 – 10 мкм). Найбільш характерна форма часток згущувача – дрібні кульки, стрічки, голки, кристали та інше.

Багато з властивостей мастил залежить від масляної основи, хоча найважливіші характеристики визначаються типом загусника. Для поліпшення властивостей ( консерваційних протизношувальних осі хімічної стабільності, термостійкості) у змащення вводять присадки по 0.001 – 5%. Застосовують як правило, ті ж присадки, що й у виробництві масел.

Мастила загального призначення ( t від – 60ºС до +150 ºС, мінеральні масла ).

Мастила, що працюють нижче – 60 ºС вище +150 ºС ( синтетичні масла).

Мастила використовують там, де не можна застотувати рідкі масла ( здатність утримуватися в негерметизованих вузлах тертя, легкість переходу з пластичного у в’язкотекучій стан і навпаки, кращі змащувальні властивості, більш високі захисні властивості, висока екологічність за )

У мастилах спеціального призначення (ущільнювальних, різьбових, для ресор і т.п. ) застосовуються наповнювачі. Наповнювачами називають різні по складу тверді порошкоподібні продукти, що вводяться в мастильні матеріали. На відміну від присадок в маслах і мастилах вони нерозчинні. їхня кількість може коливатися в значних межах, іноді навіть перевищуючи обсяг і масу основних компонентів. Наповнювачі збільшують міцність змащення, перешкоджають видавлюванню її з вузлів тертя, підвищують термостійкість, знижують коефіцієнт тертя і поліпшують деякі інші властивості. Найбільше широко в якості наповнювачів застосовують графіт (утримується в складі більш 15 вітчизняних змащень) і дисульфід молібдену, що, як графіт і слюда, має кристалічну будову, що визначає ефективність їхньої мастильної дії. Вплив наповнювачів на властивості мастил залежить від природи, концентрації і дисперсності, а також від властивостей дисперсійного середовища, способу введення наповнювача і співвідношення між ним і згущувачем.

Склад наповнювача в пластичних мастилах коливається від 5 до 30% і звичайно складає 10-20%. Проте, саме він визначає основні експлуатаційні характеристики змащення. Оскільки дисперсійне середовище не робить такого впливу на властивості змащення. Мастила прийнято класифікувати по природі загусника: мильні (загущені милами жирних вищих кислот), немильні вуглеводні (загущені твердими вуглеводнями), силікагелеві (загущені силікагелем).

Принцип приготування мастил полягає в утворенні структурного каркаса, що включає у свої осередки дисперсійне середовище (базова олія). Для більшості змащень цей процес складається з декількох стадій: дозування сировини, готування наповнювача, зсув наповнювача з олією (варіння змащення), охолодження змащення, гомогенізація, деаерація, розфасовка.

Установки, у яких варять мастила, можуть бути періодичної або безперервної дії. Найчастіше - це варильні апарати (казани), обладнані мішалкою і паровим кожухом (для створення визначеного температурного режиму). їх оснащують також швидко-люками, що відкриваються, арматурою, термовимірювальною і іншою контрольно-вимірювальною апаратурою. У більшості випадків у варочних казанах змилюються жири або жирні кислоти і диспергуються мила, що утворюються в мінеральному маслі мастила розфасовують у тару різної місткості від 30 г до 200 кг.

У залежності від застосовуваної апаратури виробництво змащень під тиском (використовують герметичні автоклави, у яких звичайно готується мильна основа змащення) підрозділяється на одноступінчатий, двоступінчастий і триступінчастий процеси. При одноступінчатому способі всі стадії готування змащення (дозування, диспергування мила й охолодження) здійснюються в одному казані. При температурі 100°С варять кальцієві змащення, при 150°С - алюмінієві, при 200-210°С - натрієві і літієві, при 100-120°С - вуглеводневі. Охолодження змащення ведуть або з різким перепадом температур, або повільно у варочних казанах, або в спеціальних апаратах, тому що від режиму охолодження залежать структура мильного каркаса і якість змащення.

Розподіл мастил за видом загусника.

У процесі експлуатації автомобілів найбільше застосування одержали мильні й немильні мастила. Основне призначення мастил таке ж, як і масел -зменшення зносу деталей, зниження коефіцієнта тертя і захист металів від корозії. Їх застосовують в основному для змазування таких вузлів тертя, з яких рідкі мастильні матеріали - масла випливають, або які піддаються сильному впливові бруду, пилу і працюють в умовах вологого середовища '(з'єднання ходової частини, тяги рульового керування, а також окремі вузли двигуна і трансмісії).

Мильні мастила. Згущувачами в мильних мастилах є мила (солі жирних вищих кислот). Причому всі частіше застосовують комплексні мила (вони являють

 

2.6.2 Класифікація та маркування мастил, ТММ

 

Тверді мастльні матеріали. Тверді мастильні матеріали на основі молібдену, графіту, солей, олова, кадмію, свинцю, а також полімерних матеріалів знаходять усе більше застосування під час роботи у важких експлуатаційних умовах (високі або кріогенні температури, вакуум, високі навантаження тощо).

Застосування твердого мастильного покриття суттєво підвищує ефективність дії традиційних мастильних матеріалів (олива та мастил). Тертя і зношування деталей при цьому знижується, вірогідність адгезії зменшується, а ресурс важконавантажених деталей в умовах оливного «голодування» зростає.

Високі антифрикційні властивості твердих мастильних матеріалів на основі МоЗг зумовлені тим, шо тертьові пари, покриті стійкою та надійною плівкою дисульфату молібдену, ізолюються одна від одної, як і при мащенні рідкою оливою. Ці плівки міцно зчеплюються з деталями, вони є стійкими до контактних навантажень, мають великий опір розриву, легко деформуються, витримують навантаження до ЗО МПа, а коефіцієнт тертя їх з підвищенням навантаження та температури зменшується. Крім того, плівки мають високу термічну і хімічну стабідьність, вони сполучаються з усіма видами мастил, є нетоксичними.

Тверді мастильні покриття на основі Мо82 наносять на деталі механізму газорозподілу (розподільний вал, важелі), хрестовини та з’єднання карданів, шарніри рульового механізму, різні зубчасті зчеплення, вали коробок передач й останнім часом на юбки поршнів. При цьому досягається збільшення їхнього ресурсу до ЗО... 50 % і вище.

Тверді мастильні матеріали «Молікот* (Німеччина) на основі Мо82 і органічної смоли із спеціальними розчинником утворюють на поверхні суху плівку, шо має добре зчеплення, протизадирні та антифрикційні властивості. Вони працюють в інтервалі температур —70...+380 *С. Покриття витримують високі навантаження, мають довгий термін служби і характеризуються доброю корозійною стійкістю. Вони ефективні при покритті кулачків розподільних валів, вкладишів ресор, діафрагм зчеплення, стрижнів клапанів, деталей диференціалу тощо.

Ці мастила не знайшли широкого застосування для мащення вузлів тертя ВДМ внаслідок високої вартості та складності його заміни в умовах експлуатації.

Останнім часом усе більше широко застосовуються полімерні покриття на основі тефлону та інших речовин, наприклад, 81іск-50

 

фірми Реігоіок, США додають у гарячу оливу працюючого двигуна у співвідношенні 1:5. При цьому утворювана суспензія за пробіг приблизно 5000 км обволікає всі деталі двигуна, що труться, проникає у мікронерівності й утворює міцне полімерне покриття.

Полімерні продукти не є присадкою до олив і не змінюють їхні функціональні властивості. Вони тільки впливають на стан і властивості металевої поверхні тертьових пар, утворюючи так званий «позитивний градієнт» при терті.

Полімерна плівка знижує тертя (до 10 %), зменшує температуру деталей та оливи. Плівка має ущільнювальну дію, що в сукупності забезпечує підвищення потужності двигуна і зниження витрат палива (на 5...7 %).

Крім твердомастильних покриттів останнім часом почали з’являтися оливи, що забезпечують «відновлення» зношених поверхонь, що труться, типу «Ме1а1-5» (Франція). «Меіа1-5» — це дисперсія мікрочастинок цинку, міді, срібла в оливі. Препарат додають у моторну оливу. При цьому мікрочастинки металів осідають на місцях максимального тертя, сполучених пар (стінки циліндрів, поршнів, вкладишів підшипників колінчастого вала тощо). Завдяки цьому поліпшується герметичність циліндропоршневої групи, знижуються витрати палива й оливи, збільшується ресурс двигуна.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1.  С.К. Полянський, В.М. Коваленко   Експлуатаційні матеріали для автомобілів і будівельно-дорожніх машин.

2.  Н.И. Итинская, Н.А. Кузнецов    Автотракторные эксплуатационные  материалы.

    3. Окоча А.І., Білоконь Я.Ю. Паливно-мастильні та інші експлуатаційні матеріали. - К.: Укр. Центр духовної культури, 2004.- 448с.

4.Окоча А.І., Антипенко А.М. Паливно-мастильні та інші експлуатаційні матеріали. – К.: Урожай, 1996. – 336с.

5. Кузнецов А.В., Кульчев М.А. Практикум по топливу и  смазочнім матеріалам.-М.:Агропромиздат, 1987.-224с.

6. Шпак О.Г. Нафта і нафтопродуктами.- К.:Ясон-К, 2000.-370с.

7.Караулов А.К., Худолий Н.Н. Автомобильные масла. Моторные и трансмиссионные. Ассортимент и применение: Справочник.-К.: Радуга, 2000-436с.