«Б. П. Евдокимов ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Рекомендовано учебно-методическим объединением по образованию в области лесного дела в качестве учебника для студентов высших учебных заведений ...»

Министерство образования Российской Федерации

Сыктывкарский лесной институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургская государственная

лесотехническая академия им. С. М. Кирова»

Б. П. Евдокимов

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Рекомендовано учебно-методическим объединением по образованию в области лесного дела в качестве учебника для студентов высших учебных заведений лесотехнического профиля, обучающихся по специальностям 170400 и 260100 всех форм обучения СЫКТЫВКАР 2004 УДК 634.383 (075) Е 15 Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом Сыктывкарского лесного института Ответственный редактор:

профессор Сыктывкарского лесного института, кандидат технических наук М. Н. Шостак Рецензенты:

кафедра «Лесные и деревообрабатывающие машины и материаловедение»

Ухтинского государственного технического университета, заведующий кафедрой кандидат технических наук, доцент Н. Р. Шоль, кафедра «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Вологодского государственного технического университета, заведующий кафедрой академик Академии транспорта, доктор технических наук, профессор В. Г. Дажин УДК 634.383 (075) Е Е в д о к и м о в, Б. П. Эксплуатационные материалы в лесной промышленности:

Учебник для студ. вузов лесотехн. профиля спец. 170400 и 260100 всех форм обуч.

/ Б. П. Евдокимов; Сыктывкарский лесн. ин-т. – Сыктывкар, 2004. – 184 с.

ISBN 5–89804–028– Изложены краткие сведения по современному производству топливносмазочных материалов (ТСМ) и предъявляемые к ним требования. Рассмотрены эксплуатационные материалы, используемые в лесной промышленности. Приведены сведения по ассортименту отечественных и зарубежных ТСМ и показателям их качества.

Табл. 43, рис. 7, прил. 12, библиогр. 39 назв.

© Евдокимов Б. П., ISBN 5–89804–028– © Сыктывкарский лесной институт (филиал) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. С. М. Кирова»,

У С Л О В Н Ы Е О Б О З Н АЧ Е Н И Я

ТСМ топливно-смазочные материалы;

– НТД нормативно-техническая документация;

– НАМИ Научно-исследовательский автомоторный институт;

– ОЧ, ON октановое число;

– ЦЧ, CN цетановое число;

– АРI Американский институт нефти;

– Американское общество испытателей материалов;

ASTM – Ассоциация водителей автомобилей Германии;

ADAS – Федеральные стандарты автомобильной FMVSS – безопасности (США);

Национальный институт смазочных материалов США;

NLGI – Американское общество автомобильных инженеров;

SAE – АСЕА Европейская ассоциация конструкторов автомобилей;

– ССМС Комитет конструкторов автомобилей стран общего международный стандарт по маслам, смазкам и эксплуатационным материалам;

Швейцарское объединение стандартов;

индекс образования паровой пробки;

индекс вязкости по Сейболту;

сверхвысокое давление;

CFPP – исследовательский метод определения октанового моторный метод определения октанового числа универсальные секунды Сейболта.

ВВЕДЕНИЕ

С увеличением количества лесных машин, оснащенных гидроприводом, растет потребление нефтепродуктов в лесной отрасли, расширяется их ассортимент.

В связи с этим особое значение приобретает грамотное и рациональное применение эксплуатационных материалов. При этом от качества эксплуатационных материалов, их соответствия данным условиям эксплуатации в значительной мере зависят надежность работы, долговечность и производительность лесных машин, затраты на их техническое обслуживание и ремонт. Рациональное использование топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей предусматривает применение только таких эксплуатационных материалов, которые по своим качествам соответствуют данным условиям эксплуатации лесных машин.

Применение эксплутационных материалов более низкого качества приводит к снижению долговечности и надежности работы деталей, узлов и механизмов лесных машин, усложнению технического обслуживания и их ремонта. Применение эксплуатационных материалов более высокого, чем требуется, качества ведет к увеличению затрат. Поэтому знание показателей, которыми характеризуется качество, физические и химические свойства того или иного эксплутационного материала, а также предъявляемых к нему технико-экономических требований позволяет судить о его рациональном использовании.

В учебнике подробно описана классификация отечественных и импортных масел, смазок и специальных технических жидкостей по качеству и вязкости, приведены сведения о присадках и дана их краткая характеристика.

В приложениях приведены марки моторных и трансмиссионных масел, смазок и гидравлических жидкостей; температурные диапазоны по классу вязкости SAE; перечень отечественных предприятий, выпускающих масла по зарубежной классификации.

В связи с повышением роли и значения ТСМ в экономике страны, когда проблемы их качества и рационального использования приобрели межотраслевое значение как факторы увеличения надежности, долговечности и экономичности работы лесных машин, возникла потребность иметь научную основу применения ТСМ. Это привело к появлению на стыке ряда научных дисциплин новой прикладной науки, получившей название «химмотология» от слов «химия», «мотор» и «логия»

(наука).

Таким образом, химмотология – это направление науки и техники, занимающееся изучением эксплуатационных свойств и качеств топлив, масел, смазок и специальных жидкостей. Один из основных разделов химмотологии – это теория и практика применения ТСМ и эксплуатационных материалов для лесных машин, что и является основным содержанием данного учебника.

Учебник предназначен для студентов специальности 170400 «Машины и оборудование лесного комплекса» и может быть использован инженерно-техническими работниками лесной отрасли.

При написании учебника были использованы книги и работы авторов [1–39] без указания соответствующих ссылок в тексте.

1. О С Н О В Н Ы Е С В Е Д Е Н И Я О П Р О И З В ОД С Т В Е

Т О П Л И В И С М А З О Ч Н Ы Х М АТ Е Р И А Л О В

1. 1. В Л И Я Н И Е Х И М И Ч Е С КО Г О С О С ТА ВА Н Е Ф Т Е Й

Н А С ВО Й С Т ВА П О Л У Ч А Е М Ы Х Т О П Л И В И М АС Е Л

Природная нефть представляет собой раствор углеводородов различного состава и строения. На вид это маслянистая жидкость. Физикохимические свойства нефти зависят от ее месторождения. Плотность большинства нефтей находится в диапазоне 770–840 кг/м3, плотность более тяжелых нефтей достигает 1040 кг/м3. Теплота сгорания нефти 43000–45500 кДж/кг.

Нефть как сырье для производства топлив и масел обладает рядом неоспоримых достоинств: прежде всего по калорийности (1 кг нефти при сгорании выделяет столько же тепла, сколько 1,3 кг антрацита или кг бурого угля), способу добычи (себестоимость добычи нефти в 6 раз ниже, чем угля), а удобство ее транспортирования и использования создает дополнительные преимущества перед другими видами сырья.

Различают элементный и групповой составы нефти.

Элементный состав нефти. Основную часть нефти и нефтепродуктов составляют углерод (83–87 % (масс.)), водород (12–14 % (масс.)), сера (3–4 % (масс.)), остальное – азот, кислород. В нефти обнаружено в незначительных количествах большинство известных химических элементов.

Групповой состав нефти. Нефть, будучи сложной по химическому составу и структуре жидкостью, состоит в основном из углеводородов, подразделяемых на следующие группы (ряды): парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы), ароматические (арены). Присутствие углеводов тех или иных групп, соотношение которых зависит от месторождений нефти, по-разному влияет на свойства получаемых топлив и масел.

Плотность, вязкость, температура плавления и кипения углеводородов увеличиваются с ростом их молекулярной массы, которая, как и структура молекул, определяет свойства углеводородов в каждой группе.

В обычных условиях углеводороды, содержащие от 1 до 4 атомов углерода, являются газами. В состав бензина и дизельного топлива входят жидкие углеводороды (от 5 до 20 атомов углерода). Моторные масла содержат углеводороды с числом атомов углерода в молекуле от до 70.

Поскольку свойства нефтепродуктов зависят от типа и строения содержащихся в них углеводородов, ниже изложены краткие сведения о строении и свойствах соединений, входящих в состав нефтей, а также рассмотрено их влияние на свойства топлив и масел.

Алкановые углеводороды (парафины) – газообразные, жидкие или твердые вещества представляют собой сочетание углеродных и водородных атомов в виде незамкнутой цепочки. Их общая эмпирическая формула такова: СnН2n + 2.

Газообразные соединения, входящие в состав попутных и природных газов (метан, этан, пропан, бутан, изобутан), содержат от 1 до атомов углерода. Они обладают высокой детонационной стойкостью.

Октановые числа их по моторному методу или близки к 100 или выше.

Соединения, содержащие от 5 до 15 атомов углерода, – жидкие вещества, а начиная с гексадекана (С16Н34), – твердые вещества. При обычной температуре они могут находиться в растворенном или кристаллическом состоянии в нефти и высококипящих фракциях.

Содержание алканов в нефтях зависит от месторождения: без растворенных газов оно составляет 25–30 % (об.); с учетом находящихся в растворенном состоянии углеводородов – 40–50 %. Иногда содержание алканов достигает 50–70 %, однако некоторые нефти содержат 10–15 % алканов.

Цепочка алканов может быть прямой (такие алканы называют нормальными – н) и разветвленной (изомерные алканы).

Разветвление цепочки возможно от бутана и выше:

С увеличением молекулярной массы температура кипения, плотность, вязкость парафиновых углеводородов повышаются. Изопарафины обычно имеют более низкие температуры кипения и плавления. Они устойчивы к действию кислорода при высоких температурах, в то время как н-парафины легко окисляются при повышенных температурах.

Многие парафиновые углеводороды имеют высокие температуры застывания. При нормальных температуре и давлении они слабо взаимодействуют с кислородом и другими веществами, отличаясь способностью только к реакциям замещения. Их вязкость небольшая, с изменением температуры меняется в меньшей степени, чем у других классов углеводородов.

Из всех классов углеводородов алкановые имеют наиболее высокую теплоту сгорания. Их присутствие в нефтепродуктах не вызывает вредного влияния на резиновые изделия. В целом топлива и смазочные материалы, содержащие большое количество алкановых углеводородов, отличаются высокой стабильностью. При получении высококачественных автомобильных бензинов желательно присутствие изопарафинов (н-парафины снижают детонационную стойкость бензинов). В то же время легкоокисляющиеся н-парафины, уменьшая время с момента подачи топлива до его воспламенения, способствуют более плавному нарастанию давления и лучшей работе двигателя. Поэтому их содержание в более тяжелых дизельных топливах предпочтительно (однако в зимних сортах содержание их ограничивают).

Так как смазочные материалы, содержащие парафиновые углеводороды, имеют высокие температуры застывания, их применение в холодное время затруднено. Поэтому для обеспечения текучести при относительно низкой температуре такие масла нужно подвергать депарафинизации, т. е. из них должны быть удалены алкановые углеводороды, имеющие высокую температуру плавления.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) представляют собой циклические насыщенные углеводороды, в которых смежные углеродные атомы, соединяясь друг с другом одной валентной связью, образуют замкнутую (циклическую) структуру.

В нефти и нефтепродуктах содержатся главным образом моноциклические пяти- и шестичленные представители нафтенового ряда (их иногда называют циклопарафинами) и их производные с общей формулой СnН2n.

В топливах присутствуют моноциклические нафтеновые углеводороды, молекулы которых содержат по одному кольцу с пятью или шестью атомами углерода, это циклопентан С5Н и циклогексан С6Н Большинство нефтей характеризуется наличием большой массы нафтеновых углеводородов: в продуктах со средними температурами выкипания их содержится 60–70 %, в масляных фракциях – 70 % и более. Циклическое строение предопределяет высокую химическую прочность углеводородов, обусловливает хорошие низкотемпературные свойства нефтепродуктов.

Нафтеновые углеводороды обладают меньшей теплотой сгорания по сравнению с парафиновыми углеводородами, но более высокой детонационной стойкостью, являются желательными компонентами в топливах для карбюраторных двигателей и зимних сортов дизельных топлив.

В масляных фракциях эти углеводороды, с одной стороны, увеличивают вязкость и улучшают маслянистость, а с другой – улучшают вязкостно-температурные свойства из-за наличия в них нафтеновых углеводородов с длинными боковыми цепями.

Ароматические углеводороды (арены). К ним относят углеводороды, молекулы которых содержат бензольные кольца с тремя одинарными связями, чередующимися с двойными:

Ароматические углеводороды входят в состав нефтей в меньшем количестве, чем парафиновые и нафтеновые. Их общее содержание в различных нефтях составляет в среднем 5–20 % (масс.).

Этот класс углеводородов представлен в нефтях бензолом и его гомологами, а также производными би- и полициклических соединений.

Легкие нефтепродукты (бензины) включают моноциклические углеводороды (общая формула СnН2n – 6), состоящие из бензольного кольца с одной или несколькими боковыми парафиновыми цепями.

Арены из-за высокой термической устойчивости являются желательными составляющими в топливах для карбюраторных двигателей, так как у них самые высокие октановые числа из всех групп углеводородов. Учитывая их высокую нагарообразующую способность, присутствие в бензинах ароматических углеводородов допускается до определенного предела – 40–45 %. В дизельных топливах вследствие высокой термической стабильности ароматических углеводородов их присутствие является нежелательным. Ароматические углеводороды по сравнению со всеми другими группами углеводородов являются наиболее агрессивными по отношению к резиновым изделиям и имеют самую низкую теплоту сгорания.

Непредельные углеводороды. Непредельные соединения (алкены, ди-, три- и полиены, алкины) в сырой нефти и природных газах отсутствуют. Они образуются в процессах переработки нефти. Непредельные соединения являются важнейшим сырьем для нефтехимического и основного органического синтеза.

Чаще всего в нефтепродуктах присутствуют олефиновые углеводороды – алкены (СnН2n) с одной двойной связью, например:

НН НН НН

Распространены также и диолефиновые углеводороды, имеющие две двойные связи (СnН2n – 2).

Для непредельных углеводородов характерны реакции присоединения. Они также склонны к реакциям конденсации и полимеризации.

В эксплуатационных условиях низкая химическая стойкость олефинов играет отрицательную роль, так как понижается стабильность нефтепродуктов. Так, бензины термического крекинга из-за окисления их олефиновой составной части осмоляются при хранении, загрязняют жиклеры карбюраторов, впускной трубопровод.

Поэтому непредельные углеводороды нежелательны во всех нефтепродуктах, а из масел их удаляют путем очистки.

Сернистые соединения. В настоящее время нефть, как правило, является сернистой или высокосернистой. Переработка таких нефтей и использование нефтепродуктов в качестве топлив требует дополнительных затрат. Так, увеличение содержания серы в бензине от 0,033 до 0,15 % (масс.) снижает мощность двигателя на 10,5 %, увеличивает расход топлива на 12 %, приводит к увеличению количества капитальных ремонтов двигателей в два раза. Кроме эксплуатационных убытков, использование сернистых топлив наносит большой вред окружающей среде, так как выделяющиеся при их сгорании в двигателях окислы серы вредны для человека и губительно действуют на растения. Сернистые соединения нефти по ее фракциям распределены неравномерно. С повышением температуры перегонки содержание сернистых соединений увеличивается. В тяжелых нефтяных остатках, особенно в асфальтосмолистой части, содержится 70–90 % (масс.) сернистых соединений.

Сернистые соединения делят на активные и неактивные. К активным относят соединения, способные корродировать металлы при нормальных условиях (элементарная сера S, сероводород H2S и меркаптаны RSH, где R – углеводородный радикал).

Находящаяся в растворенном или во взвешенном состоянии элементарная сера способна вызывать сильную коррозию металлов даже при низких температурах, и поэтому она относится к коррозионноактивным агентам.

К группе коррозионно-активных сернистых соединений относят сероводород, который в присутствии воды обладает свойствами слабой кислоты и способен замещать свой водород на металл.

В меркаптанах RSH по сравнению с сероводородом один атом водорода замещен на одновалентный углеводородный радикал, что, однако, не устраняет у них кислых свойств. Меркаптаны, корродирующие металлы при обычных условиях, также относят к коррозионноактивным сернистым соединениям. Обменивая водород, находящийся при атоме серы, на металл, они образуют меркаптиды RSM, где М – одновалентный металл, что и объясняет их агрессивность. В соответствии со стандартом присутствие активных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускается.

Если при нормальных условиях металлы, контактирующие с неактивными сернистыми соединениями, не корродируют, то при полном сгорании топлива в двигателе соединения серы образуют сернистый и серный ангидриды, способные вызвать коррозию и дающие в соединении с водой еще более активные коррозионные агенты – сернистую и серную кислоты.

Неактивные сернистые соединения состоят из сульфидов (R–S–R) – до 75–80 %, дисульфидов (R–S–S–R) и полисульфидов (R–Sn–R).

В малосернистых нефтях содержание сернистых соединений колеблется от 0,1 до 0,5 %, а в сернистых – до 4 % и более. После перегонки сернистых нефтей в бензиновых фракциях содержится 0,15–0,2 % серы, в керосиновых доходит до 1,0 %, а в соляровых – до 2,0 %.

Кислородные соединения. Кислородосодержащие соединения в нефтях редко составляют больше 10 % (масс.). Эти компоненты нефти представлены кислотами, фенолами, кетонами, эфирами и др. Основная их часть сосредоточена в высококипящих фракциях, начиная с керосиновой.

Органические кислоты – простейшие кислородные соединения (R-COOH, где R – углеводородный радикал, а СООН – карбоксильная группа) присутствуют в любой нефти, во всех топливах и смазочных материалах. Больше всего в нефтях и нефтепродуктах нафтеновых кислот (СnН2n – 1СООН), представляющих собой высококипящие (выше 200 °С) маслянистые жидкости, сильно корродирующие некоторые цветные металлы (свинец, цинк и др.).

Смолисто-асфальтеновые вещества не относят к определенному классу органических соединений. Они представляют собой сложную смесь высокомолекулярных соединений гибридной структуры, включающую в состав молекул азот, серу, кислород, а также некоторые металлы. Их содержание в нефтях колеблется: от десятых долей процента до десятков процентов.

В зависимости от растворимости компонентов смолистоасфальтеновых веществ в различных растворителях их принято делить на следующие фракции: карбоиды – вещества, практически нерастворимые ни в чем, карбены – вещества, растворимые в сероуглероде, но не растворимые в бензоле, асфальтены – вещества, растворимые в бензоле, но не растворимые в предельных углеводородах С5–С8; мальтены – вещества, растворимые в низкокипящих насыщенных углеводородах С5–С8. В свою очередь мальтены представляют смесь смол и масел.

Азотистые соединения. Содержатся в нефти, по сравнению с кислородными и сернистыми соединениями в значительно меньших количествах и поэтому не оказывают заметного влияния на свойства топлив и смазочных материалов. Они неравномерно распределены по фракциям нефти и в большинстве случаев больше половины их содержится в смолисто-асфальтеновой части. Бензиновые фракции практически не содержат азота. Некоторая часть азотистых соединений сосредоточена в дизельной и газойлевой фракциях.

1. 2. К РАТ К И Е С В Е Д Е Н И Я О С О В Р Е М Е Н Н Ы Х

М Е Т О Д А Х П О Л У Ч Е Н И Я Т О П Л И В И М АС Е Л

Нефть является сырьем для производства основной массы (более 90 %) жидких топлив и масел, а также многих синтетических материалов (каучук, пластмассы, битумы, различные синтетические волокна и т. д.).

Нефтяная промышленность развивалась как по пути увеличения добычи нефти, так и по пути совершенствования методов ее переработки.

Среди них – прямая перегонка, термический и каталитический крекинг, гидрокрекинг, а также риформинг.

В начале развития нефтеперерабатывающей промышленности получили распространение лишь процессы прямой перегонки нефти. Этот метод широко применяется и в настоящее время. Качество нефтепродуктов, полученных методами прямой перегонки, зависит от качества нефти и групп углеводородов, входящих в состав ее фракций.

1.2.1. Получение топлив прямой перегонкой Прямая перегонка относится к физическим способам переработки нефти. Ее осуществляют постепенным или однократным нагреванием. В ее задачу входит наиболее полное выделение углеводородов из нефти без изменения их химической природы.

Продуктами прямой перегонки нефти являются дистилляты: бензиновый 35–200 °С, лигроиновый 110–230 °С, керосиновый 140–300 °С, газойлевый 230–330 °С и соляровый 280–380 °С. Мазут, остающийся после отгона топливных фракций (60–80 % от массы исходной нефти), используют для получения масел и крекинг-бензинов.

Средний выход бензиновых фракций при разгонке может колебаться в зависимости от свойств добываемой в стране нефти от 15 до 25 %. На долю остальных топлив приходится, как правило, 20–30 %.

Углеводороды, выделяемые при первичной переработке нефти и имеющие температуры кипения ниже 40 °С, в основном состоят из нефтяных или, как их иногда называют, попутных газов. Их применяют как добавки к некоторым бензинам, как топливо для газобаллонных автомобилей и в качестве сырья для получения ряда синтетических продуктов. Прямогонные нефтепродукты обладают высокой химической стабильностью, так как в них отсутствуют непредельные углеводороды.

1.2.2. Получение топлив деструктивной переработкой С целью увеличения выхода получаемых из нефти топливных фракций осуществляют переработку высококипящих нефтяных продуктов путем расщепления тяжелых углеводородных молекул на более легкие. Этот процесс называют деструкцией, а соответствующий процесс преобразования углеводородов – крекинг-процессом или крекингом.

Термический крекинг – такой вид деструктивной переработки нефтяного сырья, при котором расщепление и изменение структуры углеводородов происходят под действием температуры и давления по следующей схеме:

Сырьем для получения автомобильного бензина при термическом крекинге (температура 470–540 °С, давление от 2 до 7 МПа) являются углеводороды большой молекулярной массы (мазут, керосиногазойлевые фракции и т. д.). Углеводороды расщепляются с образованием более легких фракций (бензиновой, лигроиновой и керосиновой), выход которых зависит от вида сырья и режима процесса: при крекинге мазута получают 25–30 % бензина (в остатке – 5–8 % газа и крекинг-мазут), а при крекинге газойля – 60 %.

Крекинг-бензин характеризуется низкой химической стабильностью и невысоким октановым числом (66–68 по моторному методу), так как при термическом крекинге, как правило, образуются парафиновые и ненасыщенные углеводороды олефинового и диолефинового рядов. Его используют в качестве компонента при получении товарных автомобильных бензинов, правда, с каждым годом во все более меньших количествах (на новых нефтеперерабатывающих заводах установки термического крекинга не применяют).

Коксование. Коксование – это процесс получения дистиллята широкого фракционного состава и нефтяного кокса из мазута, полугудрона, гудрона, крекинг-остатков и др. методом их нагревания без доступа воздуха. Коксование нефтяных остатков протекает при 505–515 °С под давлением 0,2–0,3 МПа.

Бензин, полученный коксованием, отличается низким октановым числом (60–67 по моторному методу) и значительным содержанием серы (1–2 %).

Каталитический крекинг. Под каталитическим крекингом понимают такой вид деструктивной переработки нефтяного сырья, при которой расщепление углеводородов и изменение их структуры с целью получения продуктов требуемого качества происходит под действием температуры и катализатора. В качестве сырья используют газойлевую или соляровую фракции прямой перегонки нефти, а иногда соляровый дистиллят вакуумной перегонки мазута. Условия проведения каталитического крекинга таковы: температура – 450–525 °С, давление – 0,06– 0,14 МПа (близкое к атмосферному), алюмосиликатные катализаторы (10–30 % Al2O3, 70–90 % SiO2, небольшое количество других окислов, например, Fe2O3 и CaO).

Продукция каталитического крекинга – бензиновый дистиллят (применяется как компонент товарных бензинов), богатый изоалканами, цикланами и ароматическими углеводородами, имеет хорошую химическую стабильность, так как в нем практически отсутствуют непредельные углеводороды. Октановое число фракции составляет 78–85 (по моторному методу).

Таким образом, каталитический крекинг позволяет увеличить выход бензина с одновременным повышением его качества.

Каталитический риформинг. В качестве сырья для этого процесса переработки нефтепродуктов обычно используют бензиновые фракции первичной перегонки нефти, выкипающие в пределах 85–180 °С.

Риформинг проводят в среде водородосодержащего газа (7–90 % (об.) Н2, остальное – низшие углеводороды) при температуре 480– 540 °С, давлении 2–4 МПа и в присутствии молибденового (гидроформинг), или платинового (платформинг) катализатора. Платформинг как более удобный и безопасный процесс в значительной степени вытеснил гидроформинг.

Бензин каталитического риформинга используют как высокооктановый компонент автомобильных бензинов (октановое число 85 по моторному методу и 95 по исследовательскому) или для выделения аренов, составляющих в этих бензинах 50–60 % (масс.).

Гидрокрекинг – процесс переработки нефтепродуктов, сочетающий крекирование и гидрирование сырья – газойлей, нефтяных остатков и др. Процесс проводится под давлением водорода 15–20 МПа при температуре 370–450 °С в присутствии алюмокобальтомолибденового или алюмоникель-молибденового катализатора. Октановые числа бензиновых фракций гидрокрекинга – 85–88 (по исследовательскому методу). Гидрокрекинг повышает выход светлых нефтепродуктов (бензина, дизельного топлива, реактивного топлива).

Синтезирование. Для получения индивидуальных углеводородов, обладающих высокими антидетонационными свойствами и используемых в качестве добавок к бензинам (изооктан, алкилбензин, алкилбензол и др.), применяют синтезирование. Эти процессы осуществляют в присутствии катализаторов.

Алкилбензин получают из газов крекинга и риформинга. При алкилировании к молекулам углеводородов присоединяются алкильные радикалы. При изомеризации происходит перегруппировка атомов в молекуле, в результате чего образуются молекулы с изоструктурой, обеспечивающей требуемые свойства топлив. Сырьем при изомеризации служат легкие прямогонные бензиновые фракции.

Очистка топливных дистиллятов. Применяется для очистки от содержащихся в дистиллятах сернистых соединений, органических кислот и смолисто-асфальтеновых веществ. Содержание органических кислот и некоторых сернистых соединений снижают, например, обработкой дистиллятов щелочью с последующей промывкой водой.

В настоящее время для удаления серы широко применяют метод гидроочистки (каталитический процесс). Процесс протекает в атмосфере водорода при температуре от 300 до 430 °С и давлении до 5–7 МПа в присутствии катализатора (обычно соединения кобальта и молибдена).

Таким методом удается снизить содержание серы в топливе на 90–92 %.

Товарные сорта топлив получают смешением различных очищенных топливных дистиллятов с добавлением в них присадок, улучшающих одно или несколько эксплуатационных свойств топлив.

Низкотемпературные свойства дизельных топлив улучшают удалением из топлив части углеводородов с высокой температурой застывания (депарафинизацией).

Топлива из нефтяных газов. По происхождению нефтяные газы подразделяются на естественные, выделяющие попутно с нефтью из скважин или добываемые в газовых месторождениях независимо от нефти, и искусственные (промышленные), к которым относят газы, получаемые при прямой перегонке нефти и при деструктивной переработке нефтяного сырья. Естественные нефтяные газы – это алканы (от метана СН4 и выше), в которых в виде примесей могут присутствовать, небольшие количества СО2, N2 и H2S. По углеводородному составу газы, получаемые при перегонке нефти, качественно почти не отличаются от состава естественных газов. Однако количественное отличие характеризуется меньшим содержанием СН4 и большим С5Н12 и выше.

При переработке нефтяных газов получают как газообразные, так и жидкие топлива.

Масла состоят из основы и присадок, на долю которых приходится в среднем 3–8 % (редко до 20 %).

Базовые масла, химический состав которых зависит от качества нефти, пределов выкипания отбираемых масляных фракций, методов и степени их очистки, вырабатывают из мазута, подвергая его перегонке в вакууме, что позволяет снизить температуру нагрева до 420–430 °С.

При этом выделяют ряд фракций (дистиллятов), отличающихся различным уровнем вязкости.

Продукты вакуумной перегонки мазута – это вакуум-соляр (самые легкие фракции), дистилляты легких и средних индустриальных масел, тяжелые дистилляты моторных масел. Неотгоняемый остаток – это гудрон. Выход дистиллятных масел составляет около 50 %.

Масла с повышенной вязкостью получают из полугудрона (остаток с неглубоким отбором масляных фракций) и называют их остаточными.

Как дистиллятные, так и остаточные масла в дальнейшем очищают от сернистых соединений, органических кислот, смолистоасфальтеновых веществ и других нежелательных примесей, применяя деасфальтизацию, селективный и контактный способы, депарафинизацию. На выбор способа очистки влияют качество исходного сырья и назначение вырабатываемого масла (например, остаточные масла из сернистых нефтей подвергают всем перечисленным способам очистки).

При селективной очистке нежелательные примеси удаляются из масла почти полностью при сравнительно небольшом расходе селективного (избирательного) растворителя (фенола, фурфурола и др.), что позволяет отнести этот способ к наиболее совершенным. Необходимого уровня вязкости базового масла добиваются путем смешения очищенных дистиллятных и остаточных масел.

Топлива и масла из твердых горючих ископаемых. Ненефтяные топлива и масла получают из твердых горючих ископаемых – угля, сланцев, торфа и других видов твердых топлив.

Элементный химический состав горючей части рассматриваемых ископаемых – это те же элементы, из которых состоит и нефть: углерод, водород, кислород, азот и сера. Наличие углерода и водорода в твердых горючих ископаемых дает возможность использовать их как сырье для получения жидких углеводородных топлив.

Твердые горючие ископаемые отличаются сложным составом, зависящим в основном от условий их залегания, возраста, происхождения. В жидкие топлива твердые горючие ископаемые перерабатывают полукоксованием, коксованием и деструктивной гидрогенизацией.

Полукоксование (или низкотемпературное коксование) заключается в нагреве сырья в печах без доступа воздуха (для угля температура нагрева 477–577 °С). Продуктами полукоксования являются: полукокс – твердое топливо (из него удалены значительная часть летучих компонентов и влага) и первичная смола (жидкие продукты, сконденсировавшиеся при охлаждении летучих веществ).

Коксование. Процесс протекает при большей температуре, чем при полукоксовании (для угля до 636–954 °С). Расщепление сырья углубляется, в результате чего уменьшается количество выделяющихся смол и увеличивается количество газа.

Деструктивная гидрогенизация заключается в разрушении (деструкции) тяжелых углеводородных молекул, входящих в исходное сырье с образованием молекул с меньшей молярной массой и насыщением свободных молекулярных связей водородом (гидрогенизацией). Процесс, как и при получении бензина коксованием мазута и других тяжелых фракций, осуществляются путем термической обработки сырья в атмосфере водорода в присутствии катализатора.

Дальнейшая переработка жидких продуктов, получаемых при газификации твердых горючих ископаемых, осуществляется методами, применяемыми при переработке природной нефти.

2. Э К С П Л У ТА Ц И О Н Н Ы Е М АТ Е Р И А Л Ы

В лесной промышленности страны применяются следующие эксплуатационные материалы для лесозаготовительных и лесотранспортных машин: жидкие топлива, смазочные масла, пластические смазки и специальные технические жидкости.

Жидкие топлива (автомобильные бензины и дизельное топливо) характеризуются следующими основными качественными показателями:

октановым и цетановым числами, испаряемостью, вязкостью, температурой застывания, температурой вспышки, воспламенения, самовоспламенения, плотностью, содержанием серы, механических примесей и воды. В соответствии с ГОСТ 425-83 и ГОСТ 305-82 показатели качества жидких топлив разделяются на обязательные для всех топлив (содержание серы, воды, механических примесей и др.) и обязательные для отдельных видов топлив (октановое и цетановое числа, фракционный состав, давление насыщенных паров).

Автомобильные бензины являются продуктами прямой перегонки и вторичной переработки более тяжелых нефтяных фракций. В соответствии с ГОСТ 2084-77 автомобильные бензины выпускаются четырех марок: А-72, А-76, АИ-93 и АИ-98. В настоящее время бензин А-72 выпускается в ограниченном количестве Ухтинским НПЗ.

Кроме того, выпускаются бензины: А-80 и А-92 (ТУ 38.001165-87), А-95 «Экстра» (ТУ 38.1011279-89), АИ-91 (ТУ 38.1011225-89), А-72этили-рованный и А-93-этилированный (ТУ 38.4015856-93). Автомобильные бензины АИ-91, АИ-95 «Экстра» выпускаются только неэтилированными с содержанием свинца не более 0,01 г/дм3 бензина.

Бензины остальных марок выпускаются как этилированные, так и неэтилированные. По ГОСТ 2084-77 изменилась окраска этилированных бензинов. В бензин А-76, АИ-93 и АИ-98 вводятся соответственно желтый, темно-красный и ярко-синий антрахиноновые жирорастворимые красители в количестве 5...6 мг на 1 кг бензина, за счет этого этилированные бензины приобретают желтый, оранжево-красный и синий цвета. В таблице 1 приведена классификация автомобильных и авиационных бензинов, выпускаемых промышленностью в настоящее время, по октановому числу.

Для двигателей автобусов применяются только неэтилированные бензины.

Классификация автомобильных и авиационных бензинов Марка бензина Примечание: буква «А» обозначает, что бензин автомобильный; буква «И»

показывает, что октановое число (ОЧ) определено по исследовательскому методу, а цифры обозначают минимально допустимое ОЧ; буква «Б» обозначает бензин авиационный, в числителе октановое число, в знаменателе сортность бензина.

Октановое число характеризует антидетонационные свойства бензина. Детонационная стойкость автомобильных бензинов, оцениваемая октановым числом, определяемым по моторному и исследовательскому методам.

По моторному методу, ГОСТ 511-82, октановое число определяют на одноцилиндровой моторной установке ИТ 9-2М с переменной степенью сжатия, на обедненной смеси.

По исследовательскому методу, ГОСТ 8226-82, октановое число определяют на установке ИТ 9-6.

Моторная установка УИТ-65М позволяет определить октановое число обоими методами.

Октановое число, определенное по моторному методу, обычно меньше ОЧ определенного исследовательским методом (табл. 1).

Октановое число – это содержание (по объему) изооктана в смеси эталонных топлив, эквивалентной по детонационной стойкости исследуемому топливу.

Смесь эталонных топлив – это изооктан, детонационная стойкость которого принята за 100, и Н-гептан, детонационная стойкость которого принята за нуль.

Требуемое октановое число бензина по исследовательскому методу может быть определено по следующей формуле:

где – степень сжатия; D – диаметр поршня, мм.

Автомобильные бензины делятся на летние и зимние, за исключением марки АИ-98. Бензин марки АИ-98 является всесезонным.

Летние сорта бензина предназначены для применения во всех районах страны, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 1 октября. В южных районах бензины применяются всесезонно.

Зимние сорта бензина не теряют своих качеств при температуре до минус 60 °С и применяются в северных и северо-восточных районах всесезонно, в остальных районах с 1 октября по 1 апреля.

Автомобильные бензины применяют:

А-72 – для двигателей легковых автомобилей, автобусов, бензомоторного инструмента и для других двигателей со степенью сжатия 6,5...6,7, а также может применяться для двигателей, рассчитанных на работу с бензином А-66;

А-76 (А-80) – для двигателей автомобилей ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, ГАЗ-53А, ГАЗ-66 и для других машин с двигателями со степенью сжатия 6,7…7,2;

АИ-93, АИ-95 – для новых моделей легковых автомобилей ГАЗ, «Москвич», ВАЗ, УРАЛ-375;

АИ-98 – для легковых автомобилей с высокой степенью сжатия.

Применение бензинов с октановым числом ниже рекомендуемого инструкцией недопустимо, т. к. при этом наблюдается детонация (взрывообразное сгорание горючей смеси), увеличение износа деталей двигателя и прогар прокладки головки цилиндров.

В таблице 2 приведены основные показатели качества автомобильных бензинов.

Автомобильные бензины характеризуются следующими качественными показателями: температурой вспышки, температурой воспламенения, теплотой сгорания, фракционным составом.

Температура вспышки – это та наинизшая температура, при которой пары топлива вспыхивают в присутствии открытого пламени. Пониженная против стандартов температура вспышки указывает на присутствие в топливе легких фракций, вследствие чего увеличивается пожароопасность топлива.

Температура воспламенения – это температура, при которой топливо воспламеняется и горит не менее 5 с в присутствии открытого пламени.

Теплота сгорания отражает количество теплоты, которое выделяется при сгорании 1 кг бензина, она колеблется в пределах 44000... кДж/кг.

Фракционный состав отражает содержание различных фракций в бензине, выраженное в объемных или массовых процентах. Чем больше в нем легких (выкипающих при низких температурах) фракций, тем выше давление его насыщенных паров и тем лучше его пусковые качества.

Основные показатели качества автомобильных бензинов Детонационная стойкость:

октановое число по моторному Фракционный состав:

10 % бензина перегоняется 50 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше 115/100 115/100 115/100 120/ 90 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше 180/160 180/160 180/160 180/ Давление насыщенных паров, Содержание тетраэтилсвинца, г свинца на 1 кг бензина, не более 0,013 0,013/0,17 0,013 0, Концентрация фактических смол, мг на 100 мл, не более:

Кислотность, мг КОН на 100 мл, Содержание водорастворимых Примечание: в числителе значения для летнего, в знаменателе – для зимнего сорта бензина.

* В числителе – для неэтилированного бензина, в знаменателе – для этилированного бензина.

Кислотность бензина – показатель, характеризующий содержание в бензине кислот и других продуктов с кислотной реакцией. Его значение определяется количеством щелочи КОН в мг, которое необходимо для нейтрализации 100 мл бензина.

Индукционный период – показатель, оценивающий способность бензина сохранять свой состав неизменным при соблюдении условий перевозки, хранения и использования (стабильность). Этот показатель определяют по времени в минутах от начала окисления бензина до активного поглощения им кислорода в лабораторной установке (герметичном (t = (100 ± 1) °С, в атмосфере сухого и чистого кислорода, при Р = 0,7 МПа). Это время для бензинов различных марок колеблется от 600 до 90 мин, для бензинов высшего качества – 1200 мин.

Индекс испаряемости бензина (ИИ) – показатель, характеризующий испаряемость и склонность бензина к образованию паровых пробок при определенном сочетании давления насыщенных паров и объема испарившегося бензина при температуре плюс 70 °С.

Индекс испаряемости бензина рассчитывается по формуле:

где ДНП – давление насыщенных паров, кПа; V70 – объем испарившегося бензина, при температуре 70 °С, %.

С 1998 г. в России действует новый ГОСТ Р51105-97, определяющий новые качества автомобильных бензинов (табл. 3). По своим требованиям к показателям качества автомобильных бензинов ГОСТ Р51105-97 близок eвропейскому стандарту EN 228 и нормативам ЕВРО-2 (табл. 3).

В настоящее время в европейских странах действует новая редакция стандарта EN 228 с нормативами ЕВРО-3 и ЕВРО-4, где ужесточены требования к автомобильным бензинам (табл. 3).

Сравнение качества автомобильных бензинов показывает примерное равенство требований к высокооктановым сортам бензинов в России и других странах по октановым числам, но экологические требования к бензинам стан ЕЭС и США выше.

Показатели качества автомобильных бензинов России и стран ЕЭС 1. Максимальное содержание, %:

2. Фракционный состав:

– до 100 °С перегоняется, %, – до 150 °С перегоняется, %, – до 180 °С перегоняется, %, 3. Давление насыщенных паров, В соответствии с ГОСТ 305-82, для различных условий применения вырабатывается дизельное топливо трех марок:

Л – летнее для использования при положительной температуре;

3 – зимнее для эксплуатации при температуре окружающего воздуха до –20 °С с температурой застывания (потеря подвижности) не выше –35 °С. В тех случаях, когда двигатели эксплуатируют при температуре до –35 °С, используют зимнее топливо с температурой застывания не выше –45 °С;

А – арктическое для эксплуатации при температурах окружающего воздуха не выше –55 °С.

По содержанию серы дизельное топливо делится на два вида:

I – с содержанием серы не более 0,2 % (по массе);

II – с содержанием серы от 0,2 до 0,5 %, но не более 0,4 % для арктического.

В условиях обозначения марок летнего топлива для высокооборотных дизельных двигателей входит массовая доля серы и температура вспышки:

Л-0,5-40 – летнее топливо с содержанием серы до 0, 5 % и температурой вспышки не менее 40 °С.

В обозначения марок зимнего топлива входит массовая доля серы и температура застывания:

З-0,2-минус 45 – зимнее топливо с содержанием серы до 0,2 % и температурой застывания не выше –45 °С.

В обозначении арктического дизельного топлива указывается только массовая доля серы:

А-04 или А-02 – арктическое топливо с содержанием серы до 0,4 % или до 0,2 %.

По общероссийскому классификатору продукции (ОКП) дизельное топливо выпускается трех сортов: высшего, первого и без обозначения сорта.

Дизельное топливо марок Л, З, А высшего сорта выпускается с нормами по следующим показателям: массовая доля серы не более 0,2 %, концентрация фактических смол на 100 см3 топлива не более 25 мг, зольность не более 0,008 %, коэффициент фильтрации не более 2.

Топливо для дизельных двигателей должно обеспечивать хорошее смесеобразование, мягкую работу, легкий запуск двигателя и полностью сгорать при бездымном выхлопе. Важнейшим эксплуатационным показателем качества дизельного топлива является цетановое число (ЦЧ) – условный показатель самовоспламеняемости дизельного топлива, равный процентному содержанию цетана (углеводорода, обладающего легкой воспламеняемостью) в смеси с альфа-метилнафталином (углеводородом, обладающим трудным воспламенением), которая при стандартных условиях испытания имеет одинаковую самовоспламеняемость с исследуемым дизельным топливом. Цетановое число определяется на моторной установке ИТ 9-3 (метод совпадения вспышек – ГОСТ 3122-67).

При использовании дизельного топлива с более низким цетановым числом, чем это требуется для данного двигателя, возрастают нагрузки на поршень, вызывающие повышенный износ деталей кривошипношатунного механизма, снижение экономичности двигателя. При использовании дизельного топлива с повышенным цетановым числом происходит неполное сгорание его, в результате снижается экономичность двигателя. Для безотказной работы современных дизельных двигателей применяется топливо с цетановым числом 45...50. Топливо с повышенным цетановым числом применяется при эксплуатации дизельных двигателей в зимних условиях.

Для лесных машин в зависимости от сезона и климатической зоны должны применяться топлива марок, указанных в таблице 4.

Все марки летнего дизельного топлива взаимозаменяемые, это относится и к зимним маркам.

Зимние сорта топлива по сравнению с летними имеют облегченный фракционный состав – 96 % топлива выкипает при температуре не выше 340 °С (летние – не выше 360 °С) и меньшую вязкость (1,8...5 мм2/с), которая нормируется при 20 °С (летние 3...6 мм2/с). При отсутствии необходимых топлив при низких температурах воздуха дизельное топливо рекомендуется разбавлять техническим керосином (ГОСТ 18499-73).

Рекомендуемые пропорции при разбавлении дизельного топлива керосином приведены в таблице 5.

Рекомендуемые марки топлива в различных климатических зонах Пропорции смеси дизельного топлива с керосином Смесь дизельного топлива с керосином должна приготовляться в специальных емкостях с использованием хорошо отстоявшегося топлива. Приготовление смеси непосредственно в баках лесных машин во избежание отказов топливной аппаратуры категорически запрещается.

Основные показатели качества дизельного топлива приведены в таблице 6.

Основные показатели качества дизельного топлива 2. Фракционный состав:

96 % перегоняются при температуре, 3. Кинематическая вязкость при 20 оС, мм2/с (сСт) 3,0–6,0 1,8–5,0 1,5–4, 4. Температура застывания, оС, не выше, для климатической зоны:

5. Температура помутнения, оС, не выше, для климатической зоны:

6. Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, оС, не ниже:

7. Массовая доля серы, % не более, в топливе:

8. Массовая доля меркаптановой серы, %, не более 0,01 0,01 0, 11. Концентрация фактических смол, мг на 100 см 12. Кислотность мг КОН на 100 см3 топлива, 19. Предельная температура фильтруемости, оС, ОАО «ВНИИНП» разработал новый стандарт ГОСТ 305-01, так как действовавший ГОСТ 305-82 морально устарел. По своему изложению и технической сути новый ГОСТ соответствует европейскому стандарту EN 590-99 и предусматривает выпуск дизельного топлива, как без депрессорных присадок, так и с депрессорными присадками.

Стандарт устанавливает три вида дизельного топлива по содержанию серы: 0,05; 0,10; 0,20 % по массовой доле. Установлена новая норма на цетановое число летнего дизельного топлива – не менее 49 единиц, табл. 7.

Показатели качества дизельного топлива по ГОСТ 305-01 и по EN 590- Кинематическая вязкость, мм2/с Содержание полициклических ароматических углеводородов, %, Для производства зимнего дизельного топлива с депрессорными присадками в новом ГОСТе установлены отдельные требования к качеству, табл. 8.

Физико-химические показатели зимнего дизельного топлива с депрессорными присадками по ГОСТ 305- 1. Кинематическая вязкость 2. Температура застывания, оС, 3. Предельная температура 4. Температура помутнения, оС, Примечание: Зп минус 15 – зимнее дизельное топливо с присадкой и температурой фильтруемости не выше минус 15 оС.

Зп минус 25 – зимнее дизельное топливо с присадкой и температурой фильтруемости не выше минус 25 оС.

Зп минус 35 – зимнее дизельное топливо с присадкой и температурой фильтруемости не выше минус 35 оС.

Ап – арктическое дизельное топливо с присадкой и температурой В настоящее время все марки топлив: Зп минус 15, Зп минус 25, Зп минус 35, Ап – вырабатываются нефтеперерабатывающими заводами России.

Зарубежные жидкие топлива (автомобильные бензины и дизельное топливо) характеризуются следующими качественными показателями:

октановым и цетановым числами, испаряемостью, вязкостью, температурой воспламенения, плотностью, индексом образования паровой пробки, пределом фильтрации топлива, содержанием серы и воды.

Автомобильные бензины за рубежом выпускаются в соответствии с национальными и международными стандартами. Европейский стандарт EN 228 2000 определяет требования к бессвинцовым топливам, которые применяются в европейских странах (Euro-Super). Стандарт DIN EN 228 содержит действующие в Германии соответствующие технические условия с дополнительным описанием обычных бессвинцовистых и высококачественных (Super-Plus) топлив.

В США технические условия на топливо бензиновых двигателей определены стандартом ASTMD 439. Эти бензины содержат присадки, улучшающие их эксплуатационные свойства.

Неэтилированные бензины (стандарт EN 228) – это бензины, не содержащие алкилсвинцовых антидетонаторов, используются для автомобилей и автобусов, оборудованных каталитическими нейтрализаторами отработавших газов.

Неэтилированный бензин представляет собой специальную смесь высококачественных, высокооктановых компонентов (особенно алкилатов и их изомеров). Его антидетонационные свойства улучшаются за счет неметаллических добавок, таких, как метилбутиловые эфиры (МТВЕ) в концентрации 3–15 % или спиртовые смеси (2–3 % метанола и этилового спирта). Максимальное содержание свинца в неэтилированном бензине должно быть не более 13 мг/л, табл. 9.

Технические характеристики неэтилированного бензина в соответствии с европейским стандартом EN Октановое число:

Испаряемость:

давление насыщенных паров давление насыщенных паров объем испарения при температуре объем испарения при температуре объем испарения при температуре объем испарения при температуре объем испарения при температуре объем испарения при температуре * Индекс образования паровой пробки.

Этилированные бензины (стандарты DIN 51600, ASTMD 439) – это бензины, содержащие алкилсвинцовые антидетонаторы. Согласно европейским требованиям охраны окружающей среды, применение этилированных бензинов допускается только в тех автомобилях, у двигателей которых для смазки выпускных клапанов используются продукты сгорания алкилсвинцовых соединений. В большинстве европейских стран содержание в этилированных бензинах алкилсвинцовых компонентов официально ограничено предельно допустимой величиной 150 мг/л.

В европейский стандарт EN 228-2000 включены нормативы: ЕВРОЕВРО-3, ЕВРО-4, которые определяют показатели качества автомобильных бензинов (табл. 3).

Плотность (DIN 51757): европейский стандарт EN 228 ограничивает допустимую плотность автомобильных бензинов в пределах 725… кг/м3 (0,725…0,780 г/см3).

В соответствии со стандартами выпускаются следующие марки бензинов: 4 star BS 4040-78 (Великобритания); Super SNV181161/8 (Швейцария), соответствуют отечественному АИ-98; Premium BS 7070-85 (Великобритания), Superbenzin SNV 181162, соответствуют отечественному АИ-95; Regular АSTMD 439-83 (США), Normal DIN 51607 (Германия), соответствуют отечественному АИ-92; Tape2 JIS К 202-80 (Япония), Tape2 Can-2-3,5-79 (Канада) соответствуют отечественному АИ-76. В таблице 10 приведены основные характеристики зарубежных бензинов.

Важнейшим показателем бензина является октановое число.

Международными стандартами предусмотрены два метода определения октанового числа: исследовательский (RON) и моторный (MON) по стандартам: DIN 51756; ASTMD 2699 и ASTMD 2700.

Октановое число, получаемое исследовательским методом, характеризует детонационную стойкость бензина при использовании в двигателях, работающих в условиях неустановившихся режимов (движение по городу).

Октановое число, получаемое моторным методом, определяет детонационную стойкость топлива при высоких скоростях движения транспорта.

Основные характеристики зарубежных бензинов Показатель Октановое число, не менее:

исследовательский Фракционный состав:

температура начала перегонки бензина, давление насыщенных паров бензина, воды Наиболее эффективными антидетонаторами являются органические соединения свинца: тетраэтилсвинец (TEL) и тетраметилсвинец (TML), которые могут повысить октановое число бензина на несколько пунктов.

Зарубежные бензины характеризуются следующими качественными показателями: температурой вспышки, воспламенения, теплотой сгорания, фракционным составом, индексом образования паровой пробки (VLI).

Индекс образования паровой пробки (VLI) – это новый показатель объединяет параметры давления насыщенных паров и относительного объема испаряемого топлива при температуре 70 °С. Показатель VLI дает полную информацию о влиянии топлива на запуск и работу прогретого двигателя.

Остальные характеристики зарубежных бензинов аналогичны отечественным.

Бензины с высокой степенью защиты окружающей среды отвечают современным требованиям общества и нормативным документам по охране атмосферного воздуха от загрязнения, особенно в городских условиях с высокой плотностью движения автомобильного транспорта.

Нормативные документы для экологически безопасных бензинов содержат технические требования к снижению давления насыщенных паров при малом содержании ароматических соединений, бензола, серы и специальные требования к точке конца кипения.

В США также рекомендованы к применению присадки для экологически безопасных бензинов, предотвращающие образование отложений в системе подачи топлива.

Зарубежное дизельное топливо для различных условий применения выпускается трех видов, в соответствии с требованиями национальных стандартов и общеевропейского стандарта ЕN 590-2000:

летнее – 2D ASTM 975-81 (США), DIN 51603-81 (Германия), зимнее – 1D ASTM 975-81 (США), TYP A CAN-2-3,6-М-83 (Канада), Special JIS К 2204-83 (Япония);

арктическое – TYP A CAN-2-3,6-M-83 (Канада), В таблицах 11, 12 приведены основные характеристики зарубежных дизельных топлив в соответствии с европейским стандартом EN 590 и национальными стандартами.

Основные характеристики зарубежных дизельных топлив Показатели 2D ASTM 975-81, 1D ASTM 975-81, TYPACAN-2-3,6DIN 51603-81, TYPA CAN-2- M- Цетановое число, Фракционный состав:

50 % ДТ перегоняются при температуре, оС, 90 % ДТ перегоняются при температуре, оС, Вязкость кинематическая Температура, оС, не выше Плотность при 20 оС, Кислотность, мг КОН на Примечание: ДТ – дизельное топливо.

Основные характеристики дизельных топлив в соответствии Для умеренного климата Для арктического климата * CFPP – предел фильтрации дизельного топлива.

Для безотказной работы современных дизельных двигателей применяется топливо с цетановым числом 45…50. Топливо с повышенным цетановым числом применяется при эксплуатации дизельных двигателей в зимних условиях, с пониженным цетановым числом – в летних условиях эксплуатации.

Важнейшим эксплуатационным показателем качества дизельного топлива является цетановое число (CN), условный показатель самовоспламеняемости дизельного топлива. Цетановое число определяется по периоду задержки воспламенения на специальной моторной установке.

Чем больше цетановое число, тем выше способность дизельного топлива к самовоспламенению. Топливо с цетановым числом большим применимо для оптимальной эксплуатации современных дизельных двигателей (плавный безударный режим, нормированный состав отработавших газов). Высококачественное дизельное топливо содержит большое количество парафинов и имеет высокое цетановое число. Наличие в дизельном топливе в расщепленном виде ароматических соединений ухудшает его способность к самовоспламенению. Пригодность дизельного топлива для использования при низких температурах оценивается пределом его фильтрации (CFPP).

Предел фильтрации – механическая характеристика, характеризующая остановку движения дизельного топлива через фильтры.

Европейский стандарт EN 590 регламентирует показатель CFPP для шести (А, В, С, D, E, F) классов дизельных топлив. В зависимости от климатической зоны и времени года выбирают приемлемый класс дизельного топлива.

Экологически безопасное дизельное топливо Некоторые страны и регионы (Швеция, США и др.) для уменьшения вредных выбросов от сгорания дизельного топлива применяют штрафные санкции на владельцев автомобильного транспорта с целью побудить их создать условия для использования ими экологически безопасных топлив. Такие дизельные топлива обладают пониженным содержанием ароматических примесей, низкой температурой испарения, при полном отсутствии серы. Широкое их применение осложняется возникающим при этом повышенном износе основных узлов и повреждением синтетических элементов системы подачи топлива. Для предотвращения этих нежелательных процессов в дизельное топливо добавляют специальные присадки.

2.1.4. Альтернативные виды топлив Продукты переработки угля. Переработкой угля путем газификации водяным паром получают синтезгаз (Н2 + СО), из которого с помощью каталитической переработки образуются углеводородные соединения. Они служат основным продуктом для получения бензина и дизельного топлива. Подобная технология получения жидкого топлива по Фишеру – Тропшу приобрела большое распространение в Южной Африке.

Сжиженный нефтяной газ – LPG. В его состав входят два основных компонента – бутан и пропан. Сжиженный нефтяной газ имеет ограниченное применение в качестве автомобильного топлива. LPG характеризуется высоким октановым числом.

Сжатый природный газ – CNG. Природный газ применяется в виде сжатого метана, который резко снижает вредные выбросы в отработавших газах автомобильного двигателя. Сжатый природный газ может использоваться как в дизельных, так и в карбюраторных двигателях при оборудовании автомобилей специальными газовыми приборами.

Спирты. Метанол, этанол и их побочные продукты (например, простые эфиры), представляющие основной вид альтернативного топлива для карбюраторных двигателей в настоящее время находят практическое применение. В Бразилии и США для получения метанола в качестве автомобильного топлива и добавок к нему используют дистиллят биомасс сахарного тростника и пшеницы.

Внимание, уделяемое CNG, LPG и спиртам, обусловлено не только возможностью потенциальной замены ими обычных жидких углеводородных топлив, но также и резким снижением содержания токсичных составляющих в отработавших газах при их использовании.

Для лесных машин применяются следующие виды смазочных масел: моторные и трансмиссионные.

Основными функциями смазочных масел являются уменьшение износа деталей, снижение потерь энергии на трение, защита металлических поверхностей от коррозии, герметизация узлов трения, отвод тепла, промывка трущихся поверхностей, очистка их от продуктов износа.

В соответствии с назначением смазочные масла должны иметь хорошие смазочные свойства, достаточную вязкость при рабочей температуре и низкую температуру застывания; физическую и химическую стабильность, т. е. неизменность свойств в процессе транспортирования и хранения; защитные и противокоррозионные свойства. Масла не должны содержать абразивных механических примесей и воды, и не должны вызывать нагаров и осадков.

Все смазочные масла изготавливаются путем смешивания базового масла и присадок для формирования определенной смазки.

2.2.1. Характеристики смазочных масел Базовое масло – масло, к которому добавляется одна или несколько присадок с целью получения готового продукта. Базовые масла имеют определенные характеристики, зависимые от используемой неочищенной нефти и способа переработки. Эти характеристики базового масла очень важны в определении качества готового продукта. К основным характеристикам базового масла относятся: вязкость, индекс вязкости, температура вспышки, температура застывания и другие.

а. Вязкость – мера текучести масла при определенных температурах, является важной характеристикой почти любой смазки. Если вязкость слишком высокая, масло не будет перемещаться должным образом. Это потребует для его движения дополнительной силы, вызывающей износ насосов, повышенный нагрев и трудный пуск двигателя.

Вязкость обычно определяется по системе Saybolt Viscosity. Берется время в секундах, необходимое чтобы перекачать 60 миллилитров масла через трубку малого диаметра при определенной температуре. Это выражается в Универсальных Секундах Сейболт (Saybolt Universal Seconds –SUS) при температуре 37,7 °С (100 °F) или 98,8 °С (210 °F), например, 200 SUS 37,7 °C или 45 SUS 98,8 °С.

В метрической системе вязкость выражается в стоксах (Ст): 1 Ст = = 1 мм2/10–4 с = 100 мм2/с; 1сСт = 1 мм2/с при температуре минус 18 °С и 100 °С.

Различают динамическую вязкость µ (коэффициент внутреннего трения), кинематическую, удельную и условную вязкость.

Международные стандарты и ГОСТ рекомендуют для определения вязкости моторных и трансмиссионных масел систему Saybolt Viscosity, основным показателем которой является кинематическая вязкость:

где – кинематическая вязкость, мм2/с; µ – динамическая вязкость, Н·с/м2; – плотность масла, кг/м3.

b. Индекс вязкости – безразмерная величина, характеризующая изменение вязкости масла в зависимости от температуры. При повышении температуры масла становятся менее вязкими, а при понижении температуры более вязкими.

Обычно индекс вязкости (V. I.) для масел находится в пределах 70…100, для загущенных масел 120…180.

с. Температура вспышки – это температура, при которой 250 мл паров масла «вспыхнут» в присутствии открытого пламени. Эта температура может быть в пределах от 132 до 327 °С. Температура вспышки характеризует летучесть фракций масла и является важным фактором в моторных маслах.

d. Температура застывания – самая низкая температура, при которой масло застывает. Это очень важно для моторных масел и других смазочных материалов, используемых при низкой температуре. Температура застывания непосредственно связана с типом используемого сырья.

е. Другие характеристики. Существуют другие характеристики базового масла, такие, как плотность, цвет, содержание углерода и т. д.

Они все включают физические, технические требования, которые учитываются при использовании определенного базового масла для получения определенной смазки.

Типы базового масла. Базовые масла можно подразделить в зависимости от типа сырья: алкановое, нафтеновое и смешанное.

Алкановое сырье – наиболее важное сырье в изготовлении масел, т. к. оно содержит некоторое количество воска, улучшающего смазочные свойства масла. Для обеспечения необходимой вязкости при низких температурах, такие масла подвергаются депарафинации. К преимуществам алкановых масел относятся: 1) высокий V. I., характеризующий большую устойчивость к изменению вязкости при температурном изменении; 2) высокая температура вспышки, характеризующая меньшую склонность масла к испарению при повышении температуры.

Нафтеновое сырье – нафтеновые углеводороды (цикланы), которые представляют собой циклические насыщенные углеводороды, в масляных фракциях увеличивающие вязкость, улучшающие маслянистость и вязкостно-температурные свойства. Температура застывания нафтеновых масел достигает предела не выше минус 51 °С.

Согласно ГОСТ 17479.1-85, масла для двигателей разделены на групп (А, Б, В, Г, Д, Е), которые в зависимости от области применения подразделяются на подгруппы: Б1 и Б2, В1 и В2 и т. д. (табл. 13).

Подразделение масел по группам и применению Группа Подгруппа Рекомендуемая область применения масел А Нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели Б Б1 Малофорсированные карбюраторные двигатели В В1 Среднефорсированные карбюраторные двигатели В2 Среднефорсированные дизельные двигатели Г Г1 Высокофорсированные карбюраторные двигатели Г2 Высокофорсированные дизельные двигатели Д Высокофорсированные дизельные двигатели, работающие в тяжелых условиях Е Дизельные малооборотные двигатели, работающие на Масла группы А не содержат присадок или содержат только в небольшом количестве антиокислительную присадку или депрессатор, они предназначены для двигателей, работающих на малосернистом топливе.

Масла группы Б содержат 3...4 % алкилфенольных присадок и применяются для двигателей, работающих на топливе с содержанием серы 0,2...0,5 %.

Масла группы В имеют 4...7 % композиций присадок и применяются для двигателей, работающих на топливе с содержанием серы до 1 %.

Масла группы Г имеют 7...12 % композиций присадок и предназначены для двигателей, работающих на сернистом топливе (содержание серы до 1 %).

Масла группы Д используются для смазки дизельных двигателей с высокой степенью наддува, работающих на топливах с содержанием серы до 1,5 %. Содержание присадок в них может быть доведено до 18...20 %.

Масла группы Е предназначены для смазки цилиндров крупных малооборотных дизельных двигателей с наддувом, работающих на остаточных высокосернистых топливах, а также для смазки свободнопоршневых генераторов газа, содержание присадок достигает 25 % и более.

Под присадками понимают специально разработанные химические вещества, применяемые для придания маслам новых свойств и улучшения их физико-химических характеристик (см. табл. 14). Присадки бывают вязкостные, антиокислительные и антикоррозийные, нейтрализующие, моющие, противоизносные, антипенные и понижающие температуру застывания масла и т. д.

Наиболее распространены многофункциональные присадки, т. е.

такие, которые улучшают не одну, а сразу несколько характеристик масла.

Вязкостные присадки, повышая вязкость масла при высокой температуре, незначительно изменяют ее при низкой температуре, что имеет большое значение для легкого пуска двигателя при низкой температуре окружающей среды.

Антиокислительные присадки применяют для замедления процесса образования в масле кислых продуктов, образующихся в результате окисления масла под действием кислорода.

АЗНИИ-ЦИАТИМ-1 7189-54 Улучшает антикоррозийные, моющие свойства моторных масел, понижает температуру их ВНИИ НП-360 9899-78 Улучшает антиокислительные, антикоррозийные и моющие свойства моторных масел ДФ-11 10644-77 Улучшает антиокислительные, антикоррозийные, моющие и противоизносные свойства ЛЗ-23К 11883-77 Улучшает противозадирные и противоизносные свойства моторных масел МНИ-ИП-22К 9832-77 Улучшает антиокислительные, антикоррозийные и моющие свойства моторных масел Антикоррозионные присадки предотвращают корродирование подшипников, залитых сплавами свинцовой или оловянной бронзой.

Нейтрализующие присадки предотвращают в основном коррозионное действие на детали двигателя кислот, образующихся в результате сгорания сернистых топлив. Нейтрализующее действие этих присадок обеспечивается их щелочностью.

Моющие присадки применяют для уменьшения образования лаковых отложений на тронковой части поршня и в районе поршневых колец.

Температурные присадки (депрессаторы) применяют для снижения температуры застывания масла, они препятствуют выделению кристаллов парафина при снижении температуры окружающей среды.

Противоизносные присадки применяют в условиях высоких температур и больших удельных давлений между трущимися поверхностями.

Антипенные присадки предотвращают вспенивание масла при перемешивании его с воздухом.

Антипиттинговая присадка применяется для предотвращения выкрашивания сопряженных поверхностей при трении качения.

Противоскачковые присадки (антискачковые) предотвращают скачкообразное движение при перемещении по направляющим узлов с различными парами трения, с так называемым «всплытием» столов на слое смазки Противолепные присадки уменьшают стекание масла с поверхностей деталей узлов и механизмов.

Адгезионные присадки улучшают образование поверхностных масляных пленок в сопряженных парах.

Присадки, улучшающие индекс вязкости, – это синтетические загустители масла, используются для производства всесезонных масел.

Говоря на профессиональном языке, можно сказать, что моторное масло подвергается легированию.

Наиболее известны присадки фирмы Liqui Moly, которые обладают высокими антиизносными свойствами, уменьшают трение в сопряженных деталях двигателя, сокращают расход масла и топлива, значительно сокращают выброс вредных веществ в атмосферу.

Фирма Liqui Moly предлагает как отдельные молибденовые присадки «Oil Additive MoS2», «MoS2 – Leichtlauf», так и готовые моторные масла с присадками.

Присадка «Средство для долговременной защиты двигателя Motor Protect» – это синтетическая присадка добавляется в моторное масло.

Она предотвращает износ посредством взаимодействия высокоэффективных EP/AW – присадок (ЕР – Extrem Pressure – экстремальное давление; AW – Anti Wear – антиизносное) и разработанное в 1998 году Friction Reducer (фактор понижения трения). Одновременное действие присадок с новым типом Friction Reducer приводит к тому, что в двигателе не возникает больше смешанного трения.

Добавка этой присадки даже к особым синтетическим маслам с антифрикционными свойствами, дополнительно уменьшает износ деталей двигателя на 35 % (см. рис. 1). На рис. 2 показано уменьшение износа различных видов металлов в двигателе при наличии присадки Motor Protect в моторном масле. В приложении 1 приведены марки импортных присадок.

Влияние на износ присадки Motor Protect в моторном масле – Испытания проведены в полевых условиях при пробеге автомобиля 50 000 км.

– Анализ износа проведен согласно исследования двигателя по AAS.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает более 50 марок и сортов масел. Лесозаготовительная промышленность получает моторные масла для карбюраторных и дизельных двигателей лесных машин по ГОСТ 17479.1-85 и ГОСТ 8581-78 (см. табл. 11).

Индексация масел приведена по ГОСТ 17479-72, где индекс 1 указывает на применение масла в карбюраторных двигателях, а индекс 2 – в дизельных.

Классификация моторных масел по вязкости По вязкости моторные масла делятся на 20 классов: пять зимних (3, 4, 5, 6, 8), пять летних (10, 12, 14, 16, 20) и десять всесезонных (33/8, 43/6, 43/8, 43/10, 53/10, 53/12, 53/14, 63/10, 63/14, 63/16).

Класс для летних и зимних масел обозначает их вязкость (мм2/с) при 100 °С. Для всесезонных масел класс изображают дробью, в которой числитель обозначает класс вязкости масла при –18 °С (условные цифры 4, 5, 6), а в знаменателе – вязкость при 100 °С. Цифра 4 указывает на то, что вязкость не превышает 2600 мм2/с, цифра 6 – 10400 мм2/с.

Индекс 3 при цифре указывает на присутствие в масле загущающей присадки. Индекс вязкости для незагущенных масел – не менее 90, для загущенных – не менее 115.

Всесезонные масла можно применять в любое время года, поскольку они обладают хорошей вязкостно-температурной характеристикой.

Масла без загущенных присадок с вязкостью 6...8 мм2/с при температуре 100 °С рекомендуется применять только зимой, ибо они имеют меньшую температуру застывания и большую текучесть по сравнению с маслами вязкостью 10...14 мм2/с, которые рекомендуется применять летом.

Маркировка моторных масел состоит из трех групп знаков: первая – буква «М» означает моторное, вторая – число, характеризующее класс вязкости, третья – буква, регламентирующая уровень эксплуатационных свойств.

Расшифровка моторного масла производится следующим образом.

Например, М-63/10В2 означает: «М» – моторное масло; цифра 6 – класс вязкости (у масла этого класса вязкость при температуре –18 °С находится в пределах 2600...10400 мм2/с (см. табл. 15); буква «з» – масло, загущенное вязкостной присадкой, предназначено для применения в зимнее время и как всесезонное; цифра 10 – вязкость (в мм2/с) при 100 °С; буква «В» – масло предназначено для среднефорсированных двигателей; индекс 2 при букве «В» – масло используется для дизельных двигателей. Для карбюраторных двигателей выпускаются масла четырех групп А, Б, В, Г.

Наиболее приемлемым маслом для двигателей ГАЗ-53, ЗИЛ-130, «Урал-375» и других является масло М-8В1. При его отсутствии допускается длительная эксплуатация двигателей указанных автомобилей с использованием масла М-8Б1.

В группу Г1 входят три марки масел: М-10 Г1 (летнее), М-8Г1 (зимнее) и М-63/10Г1 (всесезонное). Они специально разработаны для семейства автомобилей ВАЗ, а также для автомобилей ГАЗ, АЗЛК и др. К всесезонным маслам, кроме М-63/10Г1, относятся также М-63/10В1, МВ1 и т. д. Все они обладают хорошей вязкостно-температурной характеристикой и поэтому обеспечивают высокую готовность автомобилей к работе в зимних условиях.

Масла для дизельных двигателей лесных машин принадлежат к группам В и Г с номинальными вязкостями по 100 °С 8 мм2/с (зимние) и 11 мм2/с (летние). Масла М-8В2 (зимнее) и М-10В2 (летнее) рекомендуется применять для двигателей: СМД-14, А-01М, ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240 и других без наддува.

Масла группы Г, имеющие наивысшее щелочное число, предназначены для эксплуатации зимой (М-8Г2, М-8Г2К) и летом (М-10Г2, МГ2К) в высокофорсированных дизельных двигателях: ЯМЗ-238Н, ЯМЗ-240Н и т. д., а для модификаций КамАЗ и двигателей тракторов КК-701 масла М-8Г2К и М-10Г2К.

Кроме предусмотренной ГОСТ 17479-72, маркировка масел может иметь дополнительные буквенные обозначения, указывающие на некоторые особенности масел, например, буква «К» говорит о том, что масло (М-8Г2К и М-10Г2К) предназначено для двигателей КамАЗ; буква «И»

означает, что масло содержит импортную присадку (М-12Г2И); буква «У» – что в масло добавлена композиция присадок (М-8Б2У); буква «Ц»

– что масло предназначено для циркуляционных систем смазки и т. д.

Примечание: значение индекса вязкости 90 не распространяется на масла группы Е.

Интенсификация разработок и расширение применения синтетических моторных масел, обладающих по ряду эксплуатационных свойств лучшими, чем нефтяные масла, показателями, в период все возрастающего дефицита нефти являются процессами вполне закономерными и перспективными.

В настоящее время интерес представляют следующие наиболее исследованные синтетические масла: на основе диэфиров (сложные эфиры двухосновных карбоновых кислот), полиалкиленгликолевые, полисилоксановые, фторуглеродные и хлорфторуглеродные.

Из сложных эфиров, образующихся при взаимодействии двухосновных кислот с одноатомными спиртами или одноосновных кислот с многоатомными спиртами, наибольшее распространение для получения масел получили диэфиры. Основной способ их производства – каталитические процессы этерификации: получение диэфира путем взаимодействия себациновой кислоты C8H16 (СООН)2 (вырабатывают из касторового масла) с изооктиловым спиртом C8H17ОН.

Полиалкиленгликоли, получаемые взаимодействием различных гликолей и других спиртов с окисью этилена, окисью пропилена или их смесями, по своей структуре – простые полиэфиры с длинными цепями.

Молекула полигликоля может содержать одну или несколько свободных гидроксильных групп, замена которых на алкильную эфирную группу приводит к получению эфиров полигликолей. Различные радикалы, вводимые в молекулу полигликоля, влияют на свойства получаемых продуктов.

Полимерные кремнийорганические соединения (полисилоксаны, силиконы) находят все большее распространение в качестве специальных смазочных масел и жидкостей. В их основе – цепочка из чередующихся атомов кремния и кислорода:

Боковые цепи атомов кремния – это углеводородные и другие органические радикалы различного строения.

Практическое применение в качестве смазочных масел получили полимеры с метильными радикалами – метилполисилоксаны и этильными радикалами – этилполисилоксаны.

Фторуглеродные масла получают путем замены в углеводородах всех атомов водорода фтором, а хлорфторуглеводородные масла – путем замены атомов водорода частично хлором, а частично фтором.

Особенности синтетических масел в их применении Использование синтетических продуктов при производстве моторных масел дает явные преимущества перед нефтяными маслами. В таблице 16 приведены основные показатели нефтяного и синтетических масел, что позволяет оценить их достоинства и недостатки.

Одно из основных преимуществ синтетических масел – это их значительно более высокий индекс вязкости, чем у нефтяных масел даже лучших сортов. Лучшая вязкостно-температурная характеристика некоторых синтетических масел в зоне отрицательных температур, а также более низкая температура потери подвижности обеспечивают более легкий при их применении пуск двигателей и при более низких температурах.

Меньшая склонность синтетических масел к образованию низкотемпературных отложений способствует нормальной эксплуатации двигателей в районах Севера. В то же время, высокие показатели вязкости при рабочих температурах (вязкость синтетических масел при температурах 250–300 °С) в 3–5 раз выше равновязких им (при 100 °С) минеральных, что обеспечивает условия гидродинамической смазки до более высоких температур и термической стабильности, низкая испаряемость и малая склонность к образованию высокотемпературных отложений дают возможность успешно применять синтетические масла в высокофорсированных теплонапряженных двигателях и при эксплуатации лесных машин в условиях жаркого климата.

Основные показатели нефтяного и синтетических масел Температура застывания, оС –40…–73 –43…–63 –53…–63 –63…–100 –3…– Температурный предел Потери при испарении Синтетические масла имеют в несколько раз больший срок службы, чем нефтяные, и обеспечивают хорошее состояние двигателя, так как характеризуются лучшими противоокислительными, диспергирующими свойствами и механической стабильностью, равными или лучшими (в зависимости от применяемой синтетической основы) противоизносными и противозадирными свойствами. Большой срок службы синтетических масел до замены и меньший расход на угар на 30–40 % сокращает расход масла. Характерно, что снижается и расход топлива (на 4–5 %), что обусловливается более оптимальными условиями трения при работе двигателя на синтетическом масле.

Для улучшения свойств в синтетические масла возможно введение композиции присадок. Их можно смешивать с минеральными маслами (на синтетическую основу приходится, как правило, 30–40 %). В этом случае свойства масел не нарушаются, обеспечивается повышение их качества, однако стоимость немного возрастает.

Масла, получаемые на основе диэфиров, имеют более высокие индексы вязкости и низкие температуры застывания, меньшую испаряемость и огнеопасность, чем нефтяные масла, и они превосходят их почти по всем важнейшим эксплуатационным свойствам. В то же время диэфирные масла более агрессивны по отношению к изделиям из маслостойкой резины, вызывают набухание и размягчение резиновых прокладок, шлангов и др.

Полиалкиленгликолевые масла, кроме лучших, чем у нефтяных, противоизносных свойств отличаются более пологой вязкостнотемпературной характеристикой, более низкой температурой застывания, имеют высокий индекс вязкости, выдерживают высокие температуры до 300 °С, не корродируют металлы, не вызывают, в отличие от эфирных масел, набухания и размягчения натуральной и синтетической резины. Высокая стоимость таких масел пока ограничивает их широкое применение.

Полисилоксаны отличаются низкой температурой застывания, имеют пологую вязкостно-температурную кривую, термостабильны. К тому же они химически инертны, и масла на их основе не вызывают коррозию стали, чугуна, меди, латуни, бронзы, свинца и других металлов даже при нагревании до 150 °С. Основной недостаток полисилоксанов и масел на их основе – плохие смазывающая способность и противоизносные свойства. Введением присадок удается несколько уменьшить этот недостаток. Полисилоксаны в качестве смазочных масел весьма перспективны. Уже сейчас известно их применение в гидросистемах и гидроамортизаторах в качестве рабочих жидкостей, а также для изготовления пластичных смазок и приборных масел.

Фторуглеродные масла, напротив, обладают хорошими смазочными свойствами. Высокие термическая и химическая стабильность, инертность к кислотам и щелочам, минимальная коррозионная агрессивность – все это позволяет использовать их в узлах трения, работающих при высоких температурах в атмосфере химически активных веществ. Однако у фторуглеродных масел низкая температура кипения и высокая температура застывания при очень крутой вязкостно-температурной кривой. Эти недостатки исключают их практическое использование в настоящее время для двигателей лесных машин. Тем не менее, их перспективность обуславливает проведение интенсивных работ по устранению указанных недостатков. Хлорфторуглеводороды характеризуются более высокой температурой кипения, лучшими вязкостнотемпературными свойствами и смазывающей способностью, но несколько худшими термической и химической стабильностью.

В среднем стоимость синтетических масел в 2–3 раза выше нефтяных. Тем не менее, они перспективны не только с эксплуатационной точки зрения, но и с экономической, так как обладают, как уже отмечалось, большим сроком службы в двигателях до замены, меньшим расходом на угар.

При эксплуатации лесных машин возможно использование импортных моторных масел Shell, ESSO, Castrol, Mobil, Texaco, Teboil, Climar и др.

Импортные моторные масла классифицируются по двум показателям: по качеству и вязкости. Кроме того, возможна условная классификация по методу производства моторного масла. Основными функциями моторного масла являются: смазка деталей двигателя путем формирования жидкостной пленки между сопряженными частями для предотвращения контакта металлических поверхностей, уменьшения трения, герметизации цилиндро-поршневой группы; охлаждение деталей; предотвращение заедания и износа тяжело загруженных деталей, где конструкция узла допускает наличие только очень тонкого слоя смазки;

уменьшение коррозионного износа; уменьшение отложения шлама и лака; очистка от загрязняющих примесей.

Классификация моторных масел по качеству Качественный уровень импортного моторного масла определяет классификационная система, разработанная Американским институтом нефти – API.

Буквы API на этикетке емкости моторного масла предшествуют символам класса качества. Их два: шкала S (сервис) – использование в карбюраторных двигателях; шкала С (коммерческие) – использование в дизельных двигателях. Ступени качественного уровня моторных масел обозначаются латинскими буквами. В системе API имеется 10 классов для карбюраторных двигателей (А, В, С, D, Е, F, G, H, J, I) и 10 классов для дизельных двигателей (А, В, С, D, D-II, Е, F, F-2, F-4, G-4), табл. 17.

Цифры обозначения классов D-II, F-2, F-4, G-4 дают информацию о применяемости данного класса масел в 2- или 4-тактных дизельных двигателях.

Уровень эксплуатационных свойств моторного масла обозначают дополнительными буквами латинского алфавита: SA (CA) – масло без присадок; SB (CB) – масла с антиокислительными и противозадирными свойствами; SC (СС) – масла, обеспечивающие защиту от низко- и высокотемпературных отложений, изнашивания и коррозии; SD (CD) – масла с более высокими качествами по сравнению с группой SC (CC), SE (CE) – масла, превосходящие по качеству группу SD (CD); SF – масла, производимые с 1989 г., имеют по сравнению с группой SE более высокую стабильность, лучшие антиокислительные, смазывающие и другие свойства. С 1996 года выпускаются масла SG и SH – это масла высшего качества, превосходящие по своим показателям масла группы SF. С 1998 г. выпускаются масла группы SJ, а с 2001 г. масла группы SI – это масла высшего качества для современных двигателей.

Классификация АPI моторных масел по эксплуатационным свойствам Группа масел Россия API Б1 SA Двигатели, работающие в легких условиях А SB Двигатели, работающие при умеренных нагрузках Б1 SC Двигатели выпуска до 1964 г.

В1 SD Двигатели выпуска до 1968 г.

Г1 SE Двигатели выпуска до 1972 г SF* Двигатели выпуска до 1989 г.

SG Двигатели выпуска с 1989 г.

SH Двигатели выпуска с 1994 г.

SI Для современных двигателей выпуска с 2001 г.

Б2 СА Двигатели, работающие при умеренных нагрузках В2 СВ Двигатели без наддува, работающие при повышенных нагрузках Г2 СС Двигатели, работающие в тяжелых условиях Д CD Двигатели с наддувом, работающие в тяжелых условиях на высокосернистом топливе CD-II Двухтактные двигатели с условиями CD СЕ Двигатели выпуска с 1983 г., работающие при высоких нагрузках и малой частотой вращения коленчатого вала CF-2 Улучшенные характеристики CD-II для двухтактных двигателей CF-4 Двигатели выпуска с 1990 г.

CG-4 Двигатели выпуска с 1994 г. Улучшены характеристики СF-4 и повышены требования к токсичности отработавших газов * Начиная с этой группы и далее рекомендуется к применению во всех отечественных двигателях.

Примечание: В категории S отменены классы: SA, SB, SC, SE, SF. В категории С отменены классы: СА, СВ, СС. Масла класса SG могут применяться вместо универсальных масел SE/CC; SF/CC.

На емкости моторного масла может быть указан индекс: SG-CE или SF-CD, разрешающий применение моторного масла в карбюраторных и дизельных двигателях.

В странах общего рынка ЕЭС качество моторного масла классифицировалось по индексации Комитета конструкторов автомобилей стран общего рынка – ССМС (см. табл. 18). Масла CCMCG4 и CCMCG5 соответствуют уровню API CD и СЕ для дизельных двигателей. Индекс ССМС PD2 разрешает использование этих масел в дизельных двигателях легковых автомобилей.

Класс масла Рекомендуемая область применения Двигатели, работающие в обычных условиях Двигатели современных легковых автомобилей Двигатели современных и перспективных автомобилей, предъявG ляющие высокие требования к вязкостным и противоокислительным свойствам масла Двигатели современных и перспективных автомобилей для скороG Двигатели спортивных скоростных автомобилей Двигатели без наддува, работающие в обычных условиях Двигатели без наддува для тяжелых условий работы, с наддувом Двигатели с наддувом для тяжелых условий работы Двигатели с высоким наддувом, работающие в тяжелых условиях Двигатели с высоким наддувом, работающие в особо тяжелых усD Двигатели с турбонаддувом для легковых автомобилей Примечание к табл. 18:

1. С 1989 г. исключен класс G1; классы G2 и G3 заменены на классы G4 и G5.

2. Классы D2, D3 и PD1 заменены на D4, D5 и PD2.

3. Классы G1, G2, G3 соответствуют SF; G4 и G5 классу SG.

4. Класс D1 соответствует СС; D2 соответствует CD; D3 соответствует СЕ;

D4 и D5 соответствуют CF4 и CG4.

С 1 января 1996 г. официальным преемником ССМС стала ассоциация АСЕА (Association des Constructeurs European d'Automobiles). Классификация по АСЕА внесла изменения в требования ССМС (табл. 19), по классификации АСЕА-96 моторные масла для карбюраторных двигателей имеют обозначения: Al-96; A2-96; А3-96.

Для дизельных двигателей легковых автомобилей введены обозначения моторных масел: В1-96; В2-96; В3-96; для дизельных двигателей грузовых автомобилей: Е1-96; Е2-96; Е3-96.

Предотвращает образование отложений Новый стандарт для моторА1- на поршне и шлама. Повышает стойкость ных масел с малой вязкок высокотемпературному окислению, за- стью при t = 150 оС То же, что А1-96, но с лучшей защитой Стандартный класс для двиА2- То же, что и А2-96, но с лучшей стойко- Экстракласс, для двигателей А3- стью к высокотемпературному окисле- скоростных автомобилей, «В» – дизельные двигатели легковых автомобилей Предотвращение образований на поршне, Новый стандарт для моторВ1- диспергирование сажи (загущение мас- ных масел с малой вязкола), защита кулачков распределительного стью при t = 150 оС То же, что и В1-96, но с лучшей защитой Стандартный класс для двиВ2- То же, что и В2-96, но с лучшей защитой Экстракласс, двигатели с В3- «Е» – дизельные двигатели грузовых автомобилей Предотвращение образования отложений Стандартный класс, для Е1- на поршне, защита кулачков распредели- двигателей с высоким надтельного вала от износа дувом, работающих в тяжелых условиях Масло, по своим характеристикам пре- Для двигателей, работаюЕ2- Масло, по своим характеристикам пре- Экстракласс с отличной Е3- С 1 марта 1999 г. все новые масла должны соответствовать более современным требованиям АСЕА-98. Классификация АСЕА-98 подразделяет моторные масла на три категории: А, В и Е (табл. 20).

Классификация моторных масел по АСЕА-98 и API A1-98 SH/CF- A2-98 SH/SJ/CF- A3-98 SJ/CF- E4-98 CG- Классификация моторного масла по вязкости Вязкость импортного моторного масла определяется по классификации американского общества автомобильных инженеров – SAE.

Буквы SAE на этикетке емкости моторного масла означают, что последующие цифры характеризуют вязкость масла (табл. 21).

Классификация SAE подразделяет моторные масла на зимние: классов (0W; 5W; 10W; 15W; 20W; 25W); летние: 5 классов (20, 30, 40, 50, 60) и всесезонные: 8 классов (5W20; 5W30; 5W40; 10W20; 10W30;

15W40; 20W30; 20W40).

Индексация моторных масел по SAE включает в себя цифровые показатели и буквенные обозначения, например: SAE5W40. Область применения этого моторного масла при низких температурах окружающего воздуха (5W) – до минус 30 °С, при высоких температурах (40) – до плюс 35 °С. В маркировке вязкости моторных масел после SAE следует зимний показатель (5W), а затем летний (40).

Между двумя обозначениями обычно ставят дефис или знак дроби, а иногда и вовсе ничего. Например: SAE 15W-40; SAE 10W/30; SAE 15W 50.

В таблице 22 приведена сравнительная вязкость импортных и отечественных масел.

Вязкость моторного масла по SAE и ГОСТ 17479.1- Вязкость при 100 °С, (6...8) ± 0,5 (10...12) ± 0,5 (14...16) ± l 20 ± мм2/с Вязкость при 90 °С, сСт 5,7...9,6 9,6...12,9 12,9...16,8 16,8...22, Соответствующие по венного производства У отечественных моторных масел есть зарубежные аналоги, табл. 23.

Зарубежные аналоги отечественным моторным маслам М-63/10Г1 (всесезонное) SAE 15W30 API SE М-53/10Г1 (всесезонное) SAE 10W30 API SF/CD М-63/12Г1 (всесезонное) SAE 20W30 API SF Фирма Liqui Moly разработала рекомендации по использованию моторных масел в зависимости от температуры окружающей среды, рис. 3.

Фирма Mitsubishi провела аналогичную работу, но отдельно для карбюраторных и дизельных двигателей, рис. 4.

В приложениях 2 и 3 дана классификация моторного масла по SAE и сравнение с вязкостью отечественных аналогов, в приложении 6 – температурные диапазоны по классу SAE.

Температурный диапазон использования импортных моторных масел Диаграмма зависимости моторного масла по SAE от температуры окружающего воздуха Для карбюраторных двигателей Для дизельных двигателей Классификация моторного масла по методу производства Моторные масла по методу производства выпускаются следующих типов: минеральные, полусинтетические и синтетические.

Минеральные моторные масла производятся из нефтепродуктов и имеют широкое распространение в промышленности. Однако они уже не удовлетворяют возросшим требованиям по качеству, срокам эксплуатации, антифрикционным свойствам.

Типовые значения вязкости для минеральных масел – это SAE 15W40 и SAE 20W50.

Полусинтетнческне моторные масла – это минеральные масла с добавкой синтетических компонентов. Эти компоненты улучшают условия пуска холодного двигателя, обладают хорошими моющими и противоизносными свойствами. Типовое значение вязкости для полусинтетических масел – SAE 10W40.

Синтетические моторные масла производятся на базе кремнийорганической жидкости с добавлением необходимых присадок. Синтетические моторные масла, по сравнению с минеральными, обладают улучшенными качествами; они пригодны для карбюраторных и дизельных двигателей, обеспечивают хорошую смазку при холодном пуске двигателя, обладают высокими противоизносными и моющими свойствами. Синтетические моторные масла отвечают требованиям стандартов качества API и АСЕА и допускам автомобильных фирм. Типовые значения вязкости для синтетических масел – это SAE 0W40 и SAE 5W40.

В приложении 4 приведены марки моторных масел: синтетических, полусинтетических и минеральных.

Каждый член АСЕА (фирмы-производители автомобилей – БМВ, ДАФ, Форд Европа, Дженерал Моторс Европа, МАН, Мерседес-Бенц, Пежо, Порше, Ренальт, Роллс-Ройс, Ровер, Сааб-Скания, Фольксваген, Вольво, Фиат и т. д.) помимо единых подходов к классификации масел выдвигает дополнительные требования.

Например, требования фирмы Mercedes-Benz к маслам для дизельных двигателей грузовых автомобилей изложены в нормативах 227.1 и 228.1. Фирмой Фольксваген разработаны стандарты VW 500.00 для масел с хорошими антифрикционными свойствами; VW 50I.01 для масел карбюраторных и дизельных двигателей без турбонаддува; VW 505. для масел дизельных двигателей с турбонаддувом. Требования фирмы MAN к маслам дизельных двигателей грузовых автомобилей изложены в нормативах 271, а военных производителей США MIL – в нормативах L-46152B.

Дополнительные требования фирм-производителей автомобилей к моторным маслам, изложенные в нормативах и стандартах, соответствуют международным спецификациям API и АСЕА по качеству и SAE по вязкости моторного масла.

В настоящее время самые высокие требования к моторным маслам предъявляют фирмы Мерседес-Бенц (включает более 10 нормативов) и Фольксваген. Если моторное масло соответствует дополнительным требованиям фирмы Мерседес-Бенц, это означает, что оно пригодно для использования в любых европейских двигателях данного класса.