CC BY
9
УДК 621.892.2
МЕТОД СРАВНЕНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ
Б.И. Ковальский, В.И. Верещагин, Ю.Н. Безбородов, В.Г. Шрам, А.Н. Сокольников, Е.Г. Кравцова
Представлены результаты исследования термоокислительной стабильности синтетического моторного масла Лукойл Люкс 5Ж-40 $Ь/С¥ с применением графоаналитической модели, расширяющей информацию о температурной области работоспособности. Предложены новые показатели термоокислительной стабильности характеризующие температуру начала температурных преобразований в исследуемом масле и критическую температуру, при которой наступает аномальные явления процессов окисления и испарения.
Ключевые слова: коэффициент термоокислительной стабильности, оптическая плотность, испаряемость, графоаналитическая модель.
Ресурс моторных масел устанавливают производители двигателей внутреннего сгорания на основе стендовых и полигонных испытаний. Для выбора моторных масел потребители ориентируются по таким показателям, как температура вспышки, определяющая температурную область работоспособности, кинематическая вязкость и индекс вязкости, а также группа эксплуатационных свойств, характеризующая степень нагруженно-сти двигателя, однако этой информации недостаточно для обоснованного выбора масла. Поэтому поиск новых методов, расширяющих информацию о качестве моторных масел, является актуальной задачей, решение которой позволит устанавливать температурную область их работоспособности.
Целью настоящих исследований является разработка методики определения температурной области работоспособности смазочных масел.
Для исследований выбрано универсальное, всесезонное синтетическое масло Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF. Методика предусматривает применение следующих средств контроля и испытания: прибора для термоста-тирования масел; фотометра для прямого фотометрирования окислительных масел при толщине фотометрируемого слоя 2 мм и электронных весов. Техническая характеристика приборов приведена в монографии [1]. Согласно методике проба масла массой 100±0,1 г заливалась в стеклянный стакан прибора для термостатирования при температурах 180 и 170 оС при атмосферном давлении с перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин. Температура термостатирования задавались дискретно, и поддерживалась автоматически с точностью 0±2 оС. Продолжительность испытания определялась временем достижения коэффициента термоокислительной стабильности Птос значений 0,4-0,5. После каждых восьми часов испытания стеклянный стакан с пробой окислительного масла взвешивался, определялась масса испарившегося масла и коэффициент испарения Ка [2, 3].
m
KG = M ,
где m - масса испарившегося масла за время испытания t, г; М - масса пробы до указанного времени испытания, г.
Отбиралась часть пробы окисленного масла (2 г) для фотометриро-вания и определения оптической плотности
В=300, (2)
П W
где 300 - показания фотометра при отсутствии масла в кювете, мкА; П -показания фотометра при заполненной маслом кювете, мкА.
По данным Kg и В определялся коэффициент термоокислительной стабильности Птос:
Птос = В + Kg. (3)
Данный коэффициент учитывает влияние температуры испытания на изменение оптической плотности и испаряемости за установленное время термостатирования масла.
Рассматриваемая методика исследования предусматривала испытания синтетического масла при температурах 180 и 170 оС, а значения коэффициента термоокислительной стабильности Птос при температурах 160 и 190 оС определялись с помощью графо-аналитической модели, описываемый уравнением:
log ti - log t2 = log ti - log tx (4)
Ti - T2 Ti - Tx ,
где t1, t2 - время достижения установленных значений коэффициента Птос = 0,05; 0,1; 0,2; 0,3 и 0,4 при температурах T1 и T2; tx - искомое время достижения установленных значений коэффициента Птос при искомой температуре Tx.
На рис. 1 представлены зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени и температуры испытания синтетического моторного масла Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF испытанного при температурах 180 оС (кривая 1) и 170 оС (кривая 2), а кривая 3 и 4 построены по результатам вычисления с использованием формулы 4.
Зависимость Птос = f (t, T) для температур 180 и 170 оС использованы для определения времени достижения коэффициента термоокислительной стабильности установленных значений Птос = 0,03; 0,005; 0,1; 0,2; 0,3 и 0,4 его логарифмирование и построение графических зависимостей десятичных логарифмов времени достижения установленных значений коэффициента Птос от температуры испытания (рис. 2).
Согласно данным зависимости описываются линейными уравнениями, что позволяет определить значения десятичных логарифмов времени достижения установленных значений коэффициента Птос для температур 190 и 160 оС.
Вычисляя антилогарифмы этих значений, определяется время достижения установленных значений коэффициента Птос, по которым построены графические зависимости коэффициента Птос от температур 190 оС (кривая 3) и 160 оС (кривая 4) (рис. 1).
пг 0.6-
Рис. 1. Зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени и температуры испытания частично синтетического моторного масла Лукойл Люкс 8Ь/С¥:
1 -180 оС; 2 -170 оС; 3 -190 оС; 4 -160 оС
По данным рис. 2 графическая зависимость десятичного логарифма времени достижения коэффициента Птос = 0,03 (кривая 1) пересекает ось абсцисс при температуре 203 оС это означает, что Птос достигает значения, равного 0,03.
Рис. 2. Зависимость десятичного логарифма времени достижения коэффициента термоокислительной стабильности Птос = 0,05 от температуры испытания синтетического моторного масла
Лукойл Люкс SW -408Ь/СГ
436
Для сравнения различных моторных масел по показателю термоокислительной стабильности предложены потенциальный ресурс Р, определяемый временем достижения коэффициента Птос = 0,4 при исследуемых температурах (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость потенциального ресурса от температуры испытания синтетического моторного масла Лукойл Люкс
SW- ШЬ/СГ (Птос = 0,4)
Данная зависимость описывается полиномом второй степени, а регрессионное уравнение имеет вид
Р = 0,455Т2 - 170,05Т + 15919,5. (5)
Коэффициент корреляции составил 0,996.
Согласно данным (рис. 3) оптимальной температурой работоспособности исследуемого масла является температура ниже 170 оС. Кроме того, в работе предложены дополнительные показатели температурной области работоспособности исследуемого масла, включающие температуру начала температурных преобразований в масле и критическую температуру работоспособности. На рис. 4 представлена зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от температуры после 24 часов испытания исследуемого масла.
Рис. 4. Зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от температуры испытания синтетического моторного масла Лукойл Люкс SW -40 SЬ/CF (время испытания 24 часа)
437
Данная зависимость описывается полиномом второго порядка, а регрессионное уравнение имеет вид
Птос = (3,25х10(-4)) Т2-0,10795 Т +9,008. (6)
Коэффициент корреляции составил 1.
Производная уравнения 6 определяет скорость изменения коэффициента Птос от температуры испытания, приравняв ее к нулю, определяем температуру начала процессов температурных преобразований в исследуемом масле с учетом процессов окисления и испарения, которая составила 166 оС.
На рис. 5 представлена зависимость времени достижения коэффициента Птос значения 0,05 от температуры испытания, определяющая критическую температуру работоспособности исследуемого масла.
Рис. 5. Зависимость времени достижения коэффициента термоокислительной стабильности Птос = 0,05 от температуры испытания синтетического моторного масла Лукойл Люкс SW -40SL/CF
Данная зависимость описывается полиномом второй степени, а регрессионное уравнение имеет вид
г = 0,063Т2 - 23,704Т + 2237, (7)
Коэффициент корреляции составил 0,998.
Производная уравнения (7) определяет скорость изменения времени достижения значения коэффициента Птос = 0,05 от температуры испытания, приравняв ее к нулю, определяем критическую температуру работоспособности исследуемого масла, которая составила 188 оС.
Выводы. В результате проведенных исследований установлено, что предложенные дополнительные показатели термоокислительной стабильности моторных масел, включающие потенциальный ресурс, температуру начала процессов температурных преобразований и критическую температуру, позволяют сравнивать различные масла и определять температурный диапазон их применения.
Список литературы
1. Ковальский Б.И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных материалов. Новосибирск: Наука, 2005. 341 с.
2. Методы идентификации смазочных масел / Б.И. Ковальский, М.М. Рунда, А.В. Берко, А.В. Юдин // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний, 2013. №8, 2003. С. 26 - 27.
3. Система методов контроля смазочных материалов / Б.И. Ковальский, В.Г. Шрам, Е.Г. Кравцова, Н.Н. Малышева // Промышленный сервис, 2013. №2 (47). С. 17 - 20.
Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, профессор, Labsmamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Верещагин Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, valeri-2502a mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти
и газа,
Безбородов Юрий Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Petrov oleqaniail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Шрам Вячеслав Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, Shram IHrusamail. ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти
и газа,
Сокольников Александр Николаевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, asokolnikovabk.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Кравцова Екатерина Геннадьевна, канд. техн. наук, доцент, rina_986@mail. ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
METHOD OF COMPARISON OF MOTOR OILS BY THE INDICATOR OF THERMAL
AND OXIDATIVE STABILITY
B.I. Kowalski, V.I. Vereshchagin, Yu.N. Bezhorodov, V.G. Shram, A.N. Sokolnikov, E.G. Kravtsova
The results of the study of the thermo-oxidative stability of Lukoil Lux 5W-40 SL / CF synthetic motor oil using a graph-analytical model, expanding information about the temperature range of health, are presented. Proposed new indicators of thermal-oxidative stability characterizing the temperature of the onset of temperature transformations in the test oil and the critical temperature at which abnormal phenomena of oxidation and evaporation occur.
Key words: thermo-oxidative stability coefficient, optical density, evaporation, graph-analytical model.
Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Labsmamail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Vereshchagin Valery Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, valeri-2502@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Bezborodov Yury Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the chair, Petrov oleqaimail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Shram Vyacheslav Gennadyevich, candidate of technical sciences, docent, Shram18rus@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Sokolnikov Alexander Nikolayevich, candidate of technical sciences, docent, head of the chair, asokolnikovabk. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Kravtsova Ekaterina Gennadevna, candidate of technical sciences, docent, rina_986@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
