Диссертация (1172972), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для решения поставленных задачбыл проведен обзор научно-технической и патентной литературы, проведенылабораторные исследования и моторно-стендовые испытания. Для проведенияоценки физико-химических и эксплуатационных свойств испытуемых образовиспользовались как стандартные, так и специальные исследовательские методы.Положения, выносимые на защиту1.Результаты сравнительной оценки загущающих присадок различногостроения в частично синтетическом базовом масле с целью выбора загущающейприсадки для моторного масла 10W-40 по классификации SAE.2.Результатыиндивидуальныхсравнительнойантиокислительныхоценкииэффективностидействиямоюще-диспергирующихприсадокотечественного производства и зарубежных аналогов, а также их композиций вмасле в условиях высокотемпературного каталитического окисления.3.Результатыоценкиэффективностидействияразработанныхкомпозиций присадок в сравнении с зарубежным товарным пакетом в маслелабораторными методами и моторно-стендовыми испытаниями.4.Модернизация лабораторного метода оценки моющих свойств наустановке НК и применение этого метода для подтверждения эффективностиразработанной рецептуры моторного масла категории SL по классификации API.9Степень достоверности результатовНаучные положения, представленные в работе, подтверждены достаточнымобъемом экспериментальных данных, их систематическим характером, сиспользованиемразличногосовременногонаучно-исследовательскогооборудования, в том числе реализующего стандартные методики.
Интерпретациярезультатов показала соответствие экспериментальных данных теоретическимпредставлениям.Публикации и апробация работыОсновные положения и результаты исследования отражены в 7 научныхработах, в том числе в 5 статьях в журналах перечня ВАК (2 в журнале «Химия итехнология топлив и масел», 1 в журнале «Технологии нефти и газа» и 2 вжурнале «Нефтепереработка и нефтехимия»), а также в тезисах докладов намеждународной конференции и научном семинаре.
Получен 1 патент наизобретение.БлагодарностиАвторзаведующемувыражаеткафедрыблагодарностьхимииисвоемунаучномутехнологиисмазочныхруководителю,материаловихиммотологии и декану факультета химической технологии экологии РГУ нефтии газа (НИУ) имени И.М. Губкина, профессору, д.х.н. Тонконогову Б.П.,консультантам по экспериментальной части работы: доценту кафедры химии итехнологии смазочных материалов и химмотологии к.т.н.
Немсадзе Г.Г. изаведующемулабораториеймоторныхмаселЗАО«НАМИ-ХИМ»к.т.н.Первушину А.Н., а также преподавателям и сотрудникам кафедры химии итехнологии смазочных материалов и химмотологии РГУ нефти и газа (НИУ)имени И.М. Губкина, сотрудникам отдела квалификационной оценки топлив имасел и отдела смазочных масел ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии МинобороныРоссии» и сотрудникам ЗАО «НАМИ-ХИМ»за помощь и поддержку припроведении исследования и подготовке диссертации к защите.10ГЛАВА 1.
ХИММОТОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ МОТОРНЫХМАСЕЛ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)1.1.Старение масел в двигателяхФакторы, оказывающие влияние на старение работающих моторных маселисостояниеДВС,разделяютсянаконструкционные,климатическиеиэксплуатационные [7; 8].Основнымназначениеммоторногомаслаявляетсяуменьшениеинтенсивности изнашивания и снижение трения контактирующих поверхностей, атакже отведение от них тепла в течение длительного периода времени.
Этодостигаетсяформированиемантиокислительнымжесткихнейтрализующим,требованийсмазывающим,креологическим,антикоррозионным,защитным, антипенным свойствам масла [9]. Данные требования, в том числе,обусловлены необходимостью повышения надежности работы двигателя иодновременного улучшения его экологичности [10].Качество смазочного масла оценивается по его физико-химическим иэксплуатационным свойствам. Обеспечение предъявляемых к моторным масламэксплуатационных требований достигается посредством подбора оптимальногосостава базового масла и применения набора функциональных присадок [11].В масле, находящемся в масляной системе двигателя в процессе его работы,происходяткачественныеиколичественныеизменения.Количественныеизменения осуществляются за счет угара в цилиндропоршневой группе.Качественные изменения суммируются из множества химических и физическихпроцессов, происходящих в масляной системе, таких, как загрязнение пылью изатмосферы, продуктами износа, твердыми, жидкими и газообразными частицами,образующимися при сгорании топлива и за счет образования веществ изуглеводородов базового масла и присадок в результате их химических и физикохимических превращений [12].
В итоге могут произойти столь глубокиекачественные изменения, что масло станет непригодным для дальнейшегообеспечения надежной смазки двигателя и будет подлежать замене на свежее.11Процесс старения моторных масел зависит от особенностей конструкциидвигателей и рабочего процесса. В бензиновых двигателях важную роль втермохимическихпревращенияхмаслаиграютоксидыазота,продуктыпревращения топлива, содержащего антидетонационные добавки и т.д. [13]Снижение качества моторного масла вызвано загрязнениями, появляющимися входе работы в ДВС [14; 15].1.1.1. Окисление моторного масла в двигателе и образование отложенийОкисление масла в двигателях внутреннего сгорания происходитвосновном в тонком слое в зоне цилиндропоршневой группы (ЦПГ).
Окисление вобъеме, в картере двигателя происходит менее интенсивно. Температурамасляной пленки, а, соответственно, и самого масла варьируется в разных узлахсистемы смазки. В частности, температура газов, прорывающихся в картер изкамеры сгорания через масляную пленку в зоне ЦПГ на такте рабочего хода,составляет в бензиновых двигателях 150–450°С [16].Для бензиновых двигателей температура верхней поршневой канавки,которая характеризует теплонапряженность работы масляной пленки в этом узлетрения, может достигать 270–280 °С, а в двигателях с наддувом – и до 350 °С. Взоне трения вкладышей подшипников и шейки коленчатого вала температурасоставляет 150–160 °С, а температура масла в картере двигателя можетколебаться в пределах 80–120 °С, при прорыве газов достигая еще более высокихзначений [17].Существенное влияние на процесс окисления масла оказывает составгазовой среды в камере сгорания, прежде всего в такте рабочего хода [18].
Однимиз основных компонентов этой среды является молекулярный кислород,непосредственноучаствующийвпроцессезарожденияцепиокисленияуглеводородов масла (доля кислорода в отработавших газах бензиновогодвигателя составляет 0,7–2,6 % об., а дизельного – в пределах 6–16 % об.) [19].В основе окисления лежит в основном система цепных реакций с участиемактивных частиц, взаимодействующих с исходной молекулой и порождающих12новые активные частицы и т.п.
[20] В условиях эксплуатации под воздействиемкислорода моторные масла окисляются с образованием различных соединений –кислот, альдегидов, фенолов, спиртов и других [21;22].В продуктах сгорания топливно-воздушной смеси кислород присутствуетпотому,чтовоздухстехиометрического.поступаетвкаждыйцилиндрсизбыткомотНа окисление и сгорание масла расход кислородасоставляет лишь 2,7–6,3 % об. от общего количества.Установлено [23], что при горении топливно-воздушной смеси в нейсодержатся радикалы *ОН, *Н в концентрации 0,01–0,1 %. Активнымкомпонентом этой смеси являются оксиды азота, содержащиеся в количестве от0,1 до 0,4 %. Более половины их реагируют с компонентами масла в зоне ЦПГдвигателя.Масло в зоне ЦПГ контактирует с металлами поршней, колец и прочихдеталей. Сталь, чугун, алюминий, медь, свинец и другие материалы способныоказывать каталитическое влияние на окисление масла [24], что позволяетобъяснить образование растворимых в масле соединений при взаимодействиипродуктов его окисления с поверхностью этих материалов.Приконтактеуглеводородовснагретойповерхностьюметаллаадсорбированные молекулы ионизируются, и образующиеся ионы десорбируютсяв объем [25].Масло в двигателе окисляется также в объеме, однако этот процесс вбольшинстве имеет подчиненное значение.
Первичные продукты окисления,независимо от состава основы моторных масел, оказывают меньшее влияние накоэффициент сопротивления окислению, чем вторичные продукты [26].Продукты деструкции топлива, такие, как сажа и жидкие продуктыокисления, а также продукты превращения масла, в частности, карбены, смолы,карбоиды и другие, служат причиной образования нагара.Отложение агрегатов смол в двигателе начинается при достижении размерачастиц загрязнений в картере более 1–1,5 мкм.
Продукты коррозии и неполного13сгорания, помимо каталитической активности могут служить центрами, вокругкоторых идет уплотнение твердых частиц продуктов окисления.Диспергирующие присадки играют противоположную роль, препятствуяагломеризации мелких частиц в крупные агрегаты, сохраняя тем самымстабильность коллоидной системы. Выявлено, что отрицательное влияниепредшественниковобразованияотложенийуменьшаетсяпослеихсолюбилизации или нейтрализации присадками [27].Нагаром называются твердые соединения углерода, которые в процессеработы двигателя откладываются на поверхности камеры сгорания, на днищепоршня, клапанах и форсунке.
Прозрачный слой отложений на юбке и внутреннейповерхности поршня называют лаком. Около половины всех отложений в виделака и нагара приходится на долю поршня и колец. Нагар состоит из карбенов,карбоидов, оксикислот, смол, асфальтенов и золы.В масле идет процесс коагуляции, происходящий при различных условиях сразной скоростью и оказывающий влияние на седиментационную устойчивостьсистемы.СогласнотеорииДерягина-Ландау-Фервея-Овербека(ДЛФО)устойчивость определяет электростатический фактор стабилизации.Образование отложений в ДВС при эксплуатации рассматриваются какследствие процесса коагуляции, в частности высокотемпературные отложения –результат быстрой, а низкотемпературные отложения – следствие медленнойкоагуляции.Коагуляция, седиментация, образование высоко- и низкотемпературныхотложений напрямую зависят от степени окисления масла, а значит от егодиспергирующих, нейтрализующих и солюбилизирующих свойств.141.1.2.
Основные присадки, влияющие на старение маселКислыепродуктыстаренияприотсутствиинейтрализующего,антиокислительного и солюбилизирующего эффекта масел, способны переходитьв продукты поликонденсации, вызывая тем самым нежелательные явления,приводящие в дальнейшем к отказу двигателя. Ввиду того, что предотвращениенакопления кислых продуктов в моторных маслах является одной из самыхважных задач, стоит рассмотреть влияние соответствующих функциональныхприсадок на старение масла.1.1.2.1. Антиокислительные присадкиДанные присадки предназначаются для торможения процессов окисленияна начальной стадии, а также в ходе их разветвления посредством реакции срадикалами R* и RОО* по следующей схеме:R* + InН → RН + In*RОО * +InH → RООН + In*(1),где In* – инактивный радикал.Покинетическойклассификацииантиокислительныеприсадкиподразделяются на следующие группы [28]:- Обрывающие цепь по реакции с перекисными радикалами (например,фенолы, ароматические амины, нафтолы);- Обрывающие цепь по реакции с алкильными радикалами (например,хиноны и метиленхиноны);-Разрушающиегидропероксиды(например,сульфиды,фосфиты,дитиофосфаты, карбаматы металлов);- Дезактиваторы металлов (соединения, образующие с ними комплексы);-Комбинированногометаллов, метиленхиноны).действия(например,карбаматы,тиофосфаты15Дитиофосфаты цинка ввиду содержания серы и фосфора обладают также ипротивоизноснымисвойствамииспособныулучшатьтрибологическиехарактеристики масел [29].1.1.2.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
