CC BY
46
Zamoryonov Mikhail Vadimovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol National University,
Kopp Vadim Yakovlevich, doctor of technical sciences, professor, v [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol National University,
Obzherin Yuriy Evgenievach, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol National University,
Fedorenko Sergey Nikolaevich, senior lecturer, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol National University
УДК 621. 892.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ НА ВЯЗКОСТНО-ТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА МОТОРНЫХ МАСЕЛ
Б.И. Ковальский, В.Г. Шрам, О.Н. Петров, А.Н. Сокольников,
С.И. Иванова
Представлены результаты исследования вязкостно-температурных характеристик товарных и окисленных моторных масел. Установлено, что вязкость масел зависит от концентрации продуктов окисления, а вязкостно-температурные характеристики в диапазоне температур от 40 до 130 °С, выраженные индексом вязкости, в начале процесса окисления уменьшают этот показатель, а с увеличением концентрации продуктов окисления сохраняется тенденция его увеличения.
Ключевые слова: коэффициент поглощения светового потока, кинематическая вязкость, индекс вязкости, продукты окисления, вязкостно-температурные характеристики.
Изменение кинематической вязкости моторных масел в процессе эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в основном оценивается по величине этого показателя, который влияет на ресурс масел. Однако на изменение вязкости одновременно влияют процессы окисления, температурной и механической деструкции масел, продукты неполного сгорания топлива и износа. Поэтому целью настоящих исследований является оценка влияния продуктов окисления на вязкостно-температурные характеристики моторных масел.
Для исследования выбраны моторные масла: минеральное Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD и два частично синтетических Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF и Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF. Средства испытания и контроля: прибор для окисления масел; фотометрическое устройство; малообъемный вискозиметр, позволяющий измерять кинематическую вязкость в диапазоне температур от 40 до 130 °С. Технические характеристики приборов приведены в монографии [1].
Методика исследования заключалась в следующем: проба масла массой 100 г заливалась в прибор для окисления при температуре 180 °С с перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин при атмосферном давлении. Продолжительность термостатирования составляла 8 часов. После каждых 8 часов испытания отбирались часть окисленного масла для прямого фотометрирования при толщине фотометрируемого слоя 2 мм и определения коэффициента поглощения светового потока, и часть пробы массой 9 г для измерения вязкости в диапазоне температур от 40 до 130 °С с увеличением температуры на 10 °С. Окисление пробы продолжалось до значения коэффициента поглощения светового потока, равного 0,75...0,85. По значениям кинематической вязкости, измеренной при 40 и 100 °С, определялся индекс вязкости (ГОСТ 25371-97, ИСО 2909-81). По полученным экспериментальным данным строились графические зависимости, по которым определялось влияние процессов окисления на вязкостно-температурные свойства моторных масел.
На рис. 1 представлены результаты окисления моторных масел, из которых видно, что более стойким к окислению является частично синтетическое масло Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF (кривая 2).
0.7 0.5 0.3 0.1
10 30 50 70
Рис. 1. Зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени окисления моторный масел: 1 - Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD; 2 - Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; 3 - Лукойл Люкс
5W-40 SL/CF
Потенциальный ресурс исследуемых масел при достижении значения коэффициента поглощения светового потока Кп = 0,8 составил для масел: Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD - 35 ч; Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF - 64 ч; Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF - 56 ч.
Зависимости кинематической вязкости р исследуемых масел от коэффициента поглощения светового потока (рис. 2) показывают, что с увеличением коэффициента Кп вязкость масла, измеренная при температуре 40 °С (рис. 2, а), изменяется по U-образному закону и более стабильна для частично-синтетического масла Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF. Вязкость, измеренная при температуре 100 °С (рис. 2, б), сохраняет ту же тенденцию изменения, но подвержена значительным колебаниям, что связано с изменением структуры продуктов окисления при температуре 100 °С. Однако очевидно, что при окислении исследованных масел их вязкость уменьшается по сравнению с товарными маслами.
Р>сСт
Рис. 2. Зависимости кинематической вязкости при температурах 40 (а) и 100 (б) °С от коэффициента поглощения светового потока: 1 - Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD; 2 - Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; 3 - Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF
Зависимости индекса вязкости ИВ от коэффициента Кп (рис. 3) показывают, что этот показатель возрастает с увеличением коэффициента Кп для всех исследованных масел, причем более высокий индекс вязкости установлен для частично синтетического масла Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF.
Вязкостно-температурные характеристики товарных масел представлены на рис. 4, из которого видно, что наименьшая пологость зависимости установлена для частично-синтетического масла Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF. Данные зависимости описываются уравнением вида
ig m=ig m 40 - (lgr-'gr40). (1)
tga
где ^ т - искомая вязкость масла при искомой температуре; 1§т40 - вязкость масла при температуре 40 °С; ^ Т - логарифм температуры, при которой вычисляется вязкость масла; ^Т40 - логарифм температуры измерения при 40 °С; tga - угол наклона зависимости к оси ординат.
Рис. 3. Зависимости индекса ИВ вязкости от коэффициента
поглощения светового потока при окислении масел: 1 - Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD; 2 - Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; 3 - Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF
Регрессионные уравнения для исследуемых масел имеют вид: Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD
ig m = 1,99 - ('g T -16),
0,463
Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF
(lg T -1,6)
lg m = 2,01
Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF
lg m = 1,88-
0,481
(lg T -1,6) 0,521
(2)
(3)
(4)
Анализ формул (2) - (4) показывает, что чем больше тангенс угла наклона зависимостей к оси ординат, тем больше пологость вязкостно-температурной характеристики исследуемых масел. В данном случае это частично-синтетическое моторное масло Лукойл Люкс 5Ш-40 8Ь/СБ, тангенс угла наклона зависимости к оси ординат равен 0,521.
Вязкостно-температурные характеристики окисленных масел представлены на рис. 5 - 7. Регрессионные уравнения вязкостно-температурной зависимости минерального моторного масла от температуры измерения и коэффициента поглощения светового потока (рис. 5) имеют вид
(1§Т -1,6)
Кп = 0;
lg m=1,99
Кп = 0,153;
lg m = 1,9
0,463 '
(lg T -1,6) 0,5
(5)
(6)
Кп = 0,467; 0,780; 0,854; lg m = 1,88 - (lgg 1,6). (7)
п 0,51 v 7
Рис. 4. Вязкостно-температурные характеристики товарных моторных масел: 1 - Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD; 2 - Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; 3 - Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF
Рис. 5. Вязкостно-температурные характеристики при окислении моторного масла Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD: 1 - товарное
Кп = 0; 2 - Кп = 0,153; 3 - Кп = 0,467, Кп = 0,780, Кп = 0,854
Анализ полученных формул (5) - (7) показывает, что больше тангенс угла наклона зависимостей к оси ординат увеличивается от 0,463 (24,840) для товарного масла до 0,51 (27,030) для окисленного масла при Кп = 0,780, а при увеличении концентрации продуктов окисления Кп > 0,78 он уменьшается, т.е. тангенс угла изменяется в пределах 0,047 (2,190). При увеличении концентрации продуктов окисления выше определенного значения пологость характеристики уменьшается.
Регрессионные уравнения вязкостно-температурных характеристик при окислении частично-синтетического моторного масла Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF (рис. 6) имеют вид
Кп = 0; lgm = 1,88- (lgT-1,6), (8)
п 0,482
Кп = 0,14; lgm = 1,91 - (lgg -1,6), (9)
п 0,52
Кп = 0,32;0,52;0,64; 0,75; 0,8; lgm = 1,86- (lg^-1,6). (10)
Рис. 6. Вязкостно-температурные характеристики при окислении частично синтетического моторного масла Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF: 1 - товарное Кп = 0; 2 - Кп = 0,14; 3 - Кп = 0,32;
Кп = 0,52; Кп = 0,64; Кп = 0,75; Кп = 0,8
Согласно уравнениям (8) - (10) тангенс угла наклона вязкостно-температурных характеристик к оси ординат возрастает с увеличением концентрации продуктов окисления до значения коэффициента Кп = 0,32.
187
Дальнейшее увеличение концентрации вызывает колебание значения тангенса угла, но не выше значения 0,54. Таким образом, при окислении частично-синтетического моторного масла Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF тангенс угла наклона вязкостно-температурной характеристики изменяется в пределах от 0,482 (25,730) для товарного масла до 0,54 (28,390), т.е. увеличивается максимум на 0,058 (2,660). Таким образом, увеличение концентрации продуктов окисления Кп > 0,32 вызывает уменьшение тангенса угла наклона вязкостно-температурной характеристики исследуемого масла.
Регрессионные уравнения вязкостно-температурных характеристик при окислении частично-синтетического моторного масла Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF (рис. 7) имеют вид:
Кп = 0; lgm = 1,88- (lgg -1,6), (17)
п 0,521
Кп = 0,06; 0,16; 0,3; lgm = 1,81 - (lgT -1,6), (18)
п 0,555
Кп = 0,48; 0,613; 0,73; 0,8; lgm = 1,77 - (lgT -1,6). (19) п 0,581 v 7
Рис. 7. Вязкостно-температурные характеристики при окислении
частично-синтетического моторного масла Лукойл Люкс 5W-40 8Ь/СЕ: 1 - товарное Кп = 0; 2 - Кп = 0,06; Кп = 0,16; Кп = 0,3;
3 - Кп = 0,48; Кп = 0,613; Кп = 0,73; Кп = 0,8
Аналогичная картина наблюдается при окислении масла Лукойл Люкс 5Ш-40 8Ь/СБ. С увеличением концентрации продуктов окисления до значения коэффициента Кп = 0,48 тангенс угла наклона вязкостно-
188
температурной характеристики увеличивается от 0,521 (27,510) для товарного масла до 0,581 (30,17°), т.е. тангенс угла наклона зависимости изменяется в пределах 0,06 (2,660). Дальнейшее увеличение концентрации продуктов окисления при Кп > 0,48 вызывает уменьшение тангенса угла наклона.
В результате проведенных исследований установлено:
1) исследованиями термоокислительной стабильности минерального и двух частично синтетических масел, установлено, что более термостойким является частично синтетическое моторное масло Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF;
2) кинематическая вязкость при окислении исследуемых моторных масел, измеренная при температуре 40 °С, изменяется по параболическому закону, а измеренная при температуре 100 °С сохраняет эту тенденцию, но подвержена значительным колебаниям вязкости, вызванным изменением вязкости продуктов окисления, однако вязкость масел при окислении уменьшается по сравнению с товарными;
3) установлено, что индекс вязкости при окислении исследованных масел увеличивается по сравнению с товарными маслами. Наибольший индекс вязкости установлен для частично-синтетического моторного масла Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF;
4) вязкостно-температурные характеристики исследованных моторных масел при окислении предложено оценивать по тангенсу угла их наклона к оси ординат. Установлено, что продукты окисления до определенной концентрации увеличивают угол наклона зависимостей (пологость), но с увеличением концентрации вызывают его уменьшение. Предел изменения тангенса угла наклона вязкостно-температурной характеристики составляет для: минерального масла Роснефть Optimum 10W-40 SQ/CD -0,047 (2,190); частично-синтетического моторного масла Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF - 0,058 (2,660); частично-синтетического моторного масла Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF - 0,06 (2,660).
Список литературы
1. Термоокислительная стабильность трансмиссионных масел: монография / Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, Л.А. Фельдман, Н.Н. Малышева. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. 150 с.
Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., Lahsmamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Шрам Вячеслав Геннадьевич, канд. техн. наук, доц., 8Игат18гш@,таИги, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Петров Олег Николаевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Сокольников Александр Николаевич, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Иванова Светлана Ивановна, ст. преподаватель, [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
STUDY ON THE INFLUENCE OXIDATION PROCESS VISCOSITY-TEMPERATURE
PROPERTIES MOTOR OIL
B.I. Kowalski, V.G. Shram, O.N. Petrov, A.N. Sokolnikov, S.I. Ivanova
The results of the study the viscosity-temperature characteristics of the commodity and oxidized motor oil. It is found that the viscosity of the oil dependent on the concentration of oxidation products, and viscosity-temperature characteristics in the temperature range from 40 to 130 ° C, viscosity index expressed at the beginning of the oxidation process reduces the rate, and with increasing concentration of the oxidation products of the tendency of enlargement.
Key words: the absorption coefficient of the light flux whose kinematic viscosity, viscosity index, oxidation products, the viscosity-temperature characteristics.
Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Shram Vyacheslav Gennadevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Petrov Oleg Nikolayevich, candidate of technical sciences, docent, Petrov [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Sokolnikov Alexander Nikolayevich, candidate of technical sciences, docent, head of chair, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Ivanova Svetlana Ivanovna, senior teacher, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
