3.3.4. Процессы старения масла в двигателях. Окисление углеводородов моторных масел

Фракционный и химический состав масел может изменяться в достаточно широких пределах под влиянием различных факторов:

а) характера сырья, зависящего от месторождения, свойств скважины и т.п.;

б) особенностей технологии изготовления;

в) особенностей транспортировки и хранения (в частности, от длительности и условий хранения и перевозки).

Для предварительной оценки свойств нефтепродуктов применяют различные лабораторные методы [4] такие, как определение кривой разгонки, температуры вспышки и застывания, оценки окисляемости в различных условиях (по методу ПЗВ, ГОСТ 5726–53, или по методу: «Испаряемость, рабочая фракция, лак» по ГОСТу 5737–53).

В основе старения масла лежат процессы окисления, разложения и полимеризации углеводородов, которые сопровождаются процессами загрязнения масла различными примесями (нагаром, пылью, металлическими частичками, водой, горючим и пр.).

Процессы старения существенно изменяют физико-химические свойства масла, приводят к появлению в нём различных продуктов окисления и износа, ухудшают его эксплуатационные качества. Различают разные виды окисления масла в двигателях: в толстом слое, например, в поддоне картера или в масляном баке, в тонком (на поверхностях горячих металлических деталей) и в туманообразном (капельном) состоянии в картере, клапанной коробке и т.д. При этом окисление масла в толстом слое даёт осадки в виде шлама, а в тонком слое – в виде лака [4, 5, 6].

Исследователи показали, что окисление углеводородов подчиняется теории перекисей А.Н. Баха и К.Р. Энглера, дополненной впоследствии Н.Н. Черножуковым и С.Э. Крейном. Оно может идти по двум основным направлениям:

Кислоты оксикислоты эстолиды

асфальтогенные кислоты;

Углеводороды перекиси

Смолы асфальтены карбены

карбоиды

При этом в случае окисления по первому направлению образуются кислые продукты (кислоты, оксикислоты и эстолиды), в случае окисления по второму направлению образуются нейтральные продукты (карбены, карбоиды и смолы). Как уже упоминалось ранее, существенную роль в процессах окисления играют нагар и вода. Вследствие «насосного» действия поршневых колец часть масла может попадать в камеру сгорания и в четырехтактных двигателях, участвуя в процессах образования нагара.

В процессах старения масла весьма значительна роль воды, попадающей в масло при конденсации ее из картерных газов и паров или другими путями. В результате этого повышается склонность масла к образованию эмульсий, которые впоследствии усиливают окислительную полимеризацию молекул масла. Взаимодействие оксикислот и других продуктов окисления масла с водомасляными эмульсиями вызывает усиленное образование осадков (шлама) в двигателе.

В свою очередь, образовавшиеся частички шлама, если они не будут нейтрализованы присадкой, служат центрами катализации и ускоряют разложение еще не окислившейся части масла. Если при этом не произвести замену моторного масла в двигателе, процесс окисления будет происходить по типу цепной реакции со всё более увеличивающейся скоростью. Поэтому все мероприятия по снижению содержания воды в моторном масле улучшают его физико-химические характеристики и повышают его эксплуатационные свойства.