Окисление масла может осуществляться по двум основным направлениям: с образованием нейтральных или кислых продуктов. К нейтральным соединениям относятся спирты, сложные эфиры,‘альдегиды, кетоны, смолы, асфальтены. Спирты и сложные эфиры не оказывают отрицательного влияния на свойства масел. Альдегиды и кетоны могут образовать продукты конденсации, в результате чего появляются низкотемпературные осадки, возможно увеличение вязкости масла. К кислым продуктам, образующимся при окислении масел, относятся органические кислоты, кето- и оксикислоты, фенолы. Образование кислот — одно из основных направлений реакции окисления углеводородов масел. Наряду с высокомолекулярными кислотами (число атомов углерода в молекуле до 22), в продуктах окисления могут встречаться низкомолекулярные кислоты — муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и т. д. Низкомолекулярные кислоты, активно действуя на металлы, вызывают их коррозию. Продуктами глубокого окисления масел являются смолы, асфальтены, карбены, карбоиды.

На окисляемость масел влияют температура, поверхность соприкосновения с воздухом (поверхность окисления), каталитическое действие некоторых металлов, присутствие кислорода воздуха, воды, старых продуктов окисления. Однако основным фактором является температура. Под действием высоких температур масло подвергается интенсивному окислению, полимеризации, конденсации, разложению, коксованию. Моторные масла дополнительно подвергаются действию высоконагретых газов, прорывающихся из камеры сгорания в масляный картер. Согласно правилу Вант-Гоффа, повышение температуры на 10 °C ускоряет реакцию в 2—3 раза. Из табл. 38 видно, что для окисления масла до одинаковой глубины при температуре 150 °C необходимо в 1700 раз меньше времени, чем при температуре 50 °C.

Таблица 1.
Влияние температуры на процесс окисления масла

При работе в двигателе масла подвергаются воздействик высоких температур, например, в картере — до ПО— 140 °C, в зоне первого поршневого кольца — до 220—230 °C, а в ряде случаев — до 300—330 °C и т. д. Повышению тепловой напряженности деталей двигателя способствует применение систем охлаждения двигателя о использование всесезонных охлаждающих жидкостей (антифризов). Температура масла в картере увеличивается с повышениех температуры окружающего воздуха, увеличением скоросп движения, нагрузки. Так, с увеличением скорости легкового автомобиля с 80 до 144 км/ч температура масла в картере повышается от НО до 130 °C, при движении авгомоби ля с прицепом температура масла возрастает от 120дс 160 °C при изменении скорости движения с 80 до 144 км/ч

Наиболее интенсивно масло окисляется впервые 100— 150 ч работы. На начальной стадии -образуются главный образом продукты расщепления пероксидов (кислоты, аль дегиды, кетоны и другие вещества), затем продукты боле* глубокого окисления, выпадающие в осадок. При темпера •турах до 300 °C в основном протекают реакции окисления при более высоких температурах наблюдается термически! крекинг — расщепление углеводородов масла. При этом процессы протекают очень интенсивно и глубоко. Повышение давления воздуха, площади соприкосновения с ним ускоряет окисление масла. В камере сгорания масло подвергается воздействию кислорода и температуры до 2000 °C. Масло, попавшее в камеру сгорания, подвергается коксованию с образованием твердых продуктов — кокса и золы, что может явиться причиной оплавления и растрескивания поршней, прогара выпускных клапанов.

В цилиндропоршневой группе создаются наиболее тяжелые условия для работы масла. Здесь масло находится в виде тонкой пленки и подвергается воздействию температур-150—300—330 °C от горячих стенок цилиндра и поршня, отработавших газов. При этом происходит испарение легких фракций масла и его глубокое окисление.

Масло при работе соприкасается с различными металлами. Некоторые из них могут быть катализаторами, т. е. ускорять процесс окисления. К таким металлам относятся в первую очередь свинец, медь и их сплавы, относительно слабо катализируют процесс окисления цинк, олово. Каталитическое действие металлов изменяется в зависимости от условий окисления. Если с поверхности металла удалить оксидную пленку, то такой металл как,’например, алюминий, становится одним из самых активных катализаторов. В присутствии двух металлов, например, железа и меди, процесс окисления осуществляется активнее, чем в присутствии этих металлов в отдельности.

Таблица 2.
Влияние металлов на окисление масла (при температуре 120 °C в течение 70 ч)

В результате окисления масла образуются низкотемпературные осадки (шламы) и высокотемпературные отложения (нагары и лаки). Шламы представляют собой нерастворимые в масле вещества, которые откладываются в картере и системе смазки. Например, накопляясь в маслопроводах, шламы могут даже нарушить или прекратить доступ масла к трущимся поверхностям деталей. Топливо, вода, механические примеси, продукты (твердые) окисления масла принимают самбе непосредственное участие в образовании шламов.

Рис. 1. Зависимость количества конденсата в картерных газах на выходе из двигателя и степени их конденсации в двигателе от его рабочих температур (по воде и маслу):
1 — количество конденсата в картерных газах на выходе нз двигателя; 2 — степень конденсации картерных газов в двигателе.

Особенно интенсивное образование шламов наблюдается при работе двигателя на пониженном тепловом режиме, при снижении температуры двигателя (по охлаждающей жидкости и маслу) до 50 °C и ниже. Это объясняется конденсацией водяных паров в картере, прорывающихся с отработавшими газами из .камеры сгорания. Вода способствует коагуляции примесей и выпадению их в осадок. При пониженных тепловых режимах двигателя ухудшается процесс сгорания топлива. Часть продуктов неполно^ сгорания топлива попадает в масляный картер, загрязняя масло и ускоряя его окисление. В двигателях, работающих на этилированном бензине, в составе шламов имеется свинец, что также свидетельствует об участии топлива в образовании осадков. Состав осадков непостоянный и зависит от качества масла, топлива, условий эксплуатации, технического состояния двигателя. Состав осадка следующий,%: масло — 50—85, вода — 5—35, топливо — 1—7, оксикислоты— 2—15, асфальтены — 0,1—1,5, карбены и карбоиды — 2—10, зола — 1—8. В двигателях, работающих на переменных режимах с частыми пусками и остановками! (например,tпри работе.в городски-х условиях), в условиях; повышенного загрязнения извне, масло окисляется быстрее, образование шламов происходит интенсивнее по сравнению с маслами в двигателях, работающих при постоянном тепловом режиме. Шламообразование увеличивается при использовании низкокачественных масел, особенно в высокофорсированных двигателях (например, использование масла М-ЗГ2 вместо масла М-8Г2К в автомобилях КамАЗ). Кроме того, на скорость окисления, образование шламов оказывает влияние техническое состояние двигателя. Так, в 1,35 раза увеличивается количество отложений при увеличении зазора в зоне поршневых колец от 0,6 до 1,2 мм. Это объясняется резким увеличением прорыва газов в картер.

Низкотемпературные отложения накапливаются в каналах системы смазки, картере двигателя, на сетке масло-приемника, фильтрах, крышке клапанной коробки. При этом ухудшается очистка масла, наблюдается повышенный износ деталей двигателя, в первую очередь, вкладышей подшипников и шеек коленчатого вала, гильз цилиндров и поршневых колец. Использование низкокачественного масла, интенсивное образование низкотемпературных отложений — шламов ведет к перерасходу топлива и масла, снижает надежность двигателя.

Нагары представляют собой углистые вещества, отлагающиеся на стенках цилиндра, днище поршня. Количество и качество образующихся нагаров зависит от многих параметров, в том числе качества топлив и масел. При работе двигателя на маслах повышенной вязкости увеличивается количество нагара, при использовании топлив и масел с повышенным содержанием серы — плотность нагаров. Нагары могут быть причиной калильного зажигания и детонационного сгорания гонлива в двигателях с искровым за-^иганием. Если двигатель работает па постоянном повышенном тепловом режиме, количество нагара снижается. При использовании низкокачественных масел, повышении температуры увеличивается возможность- залегания поршневых колец вследствие увеличения количества нагаров и загрязнения масла продуктами сгорания топлива. Залегание колец может быть вызвано механическими примесями, которые «вдавливаются» в торцевые поверхности канавки и кольца. Нагар, примеси могут накапливаться в зазоре между кольцом и канавкой поршня, что приводит к задирам кольца и цилиндра, так как кольцо будет выступать над поверхностью поршня, к истиранию (натирам) их поверхностей. Нагары на впускных клапанах, продувочных окнах гильз цилиндров снижают коэффициент наполнения цилиндров, вызывают перерасход топлива, снижают мощность двигателя и т. п.

Лаки — очень плотные, трудноудалимые вещества, которые образуются в зоне поршневых колец и на горячих деталях двигателя. С увеличением температуры лакообразование повышается. При повышенном лакообразовании происходит пригорание поршневых колец, они не выполняют свои функции, нарушается герметичность между поршнем и цилиндром. Лакообразование повышается также при использовании масел повышенной вязкости. Лаки, образующиеся на стеблях выпускных клапанов, в ряде случаев приводят к их заклиниванию и последующей поломке штанг, выходу из строя двигателя.

На окисляемость масла каталитически влияет старое масло.

В изношенных двигателях масло окисляется значитель но быстрее (особенно в двигателях, прошедших капиталы ный ремонт), чем в новых.

С целью повышения антиокислительных свойств в масло добавляют антиокислительные присадки. Чтобы предотвратить выпадение в осадок продуктов окисления масла, образование нагаров и лаков, масла должны обладать высоким моющими свойствами. Под моющими (диспергирующими свойствами подразумевается способность масла удерживать вещества во взвешенном состоянии мелким частичкам коагулироватьсь и оседать на металлические поверхности. Моющие свойства масел за висят от термоокислительной стабильности. Чем больше работаем масло, тем больше в нем нерастворимых веществ.

Рис. 2. Накопление осадка в масле на фильтре тонкой очистки при работ, двигателя:
1 — осадок в масле при работе двигателя без фильтра; 2 — осадок на фильтре тонкой очистки; 3 — осадок в масле при работе двигателя оборудованного фильтром тонкой очистки.

При прохождении через фильтр тонкой очистки часть этих веществ остается на фильтре, а часть — в масле. Фильтрация позволяет резко снизить количество отложений в двигателе. Кроме твердых продуктов) окисления при фильтрации удаляются другие твердые вещества, попадающие с воздухом и прорывающимися газами,, продукты износа двигателя, вызывающие абразивный износ) двигателя. Масла, предназначенные для тяжелых условий; работы, например в дизельных двигателях грузовых автомобилей и автобусов, значительное время работают на; режиме высоких нагрузок. Высокие моющие свойства масел) для этих условий работы двигателей имеют первостепенное значение, менее важны эти свойства для легковых автомобилей, хотя значимость моющих свойств для легковых автомобилей не снижается. Для улучшения моющих свойств масел в их состав вводят детергентно-диспергирующие присадки.