CC BY
63
ТРИБОТЕХНИКА
УДК 621.43-4
Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, Н.Н. Малышева, М.М. Рунда, В.Г. Шрам ВЛИЯНИЕ ДОЛИВОВ НА ПРОЦЕССЫ ОКИСЛЕНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
Введение. Одним из важных направлений повышения эффективности использования моторных масел является улучшение их качества и увеличение ресурса. Однако в процессе эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в результате износа цилиндропоршневой группы увеличивается угар масла, вызывающий доливы, и обновляющий эксплуатационные свойства масла засчет увеличения концентрации присадок. Противоречивость авторов [1-4] занимающиеся проблемой исследования доливов масел в процессе эксплуатации ДВС, указывает на недостаточность изучения этой проблемы, поэтому исследования в этой области приобретают актуальность.
Целью настоящих исследований является установление количественных показателей влияния доливов на ресурс моторных масел различной базовой основы.
Методика исследования. Исследование предусматривает использование прибора для определения термоокислительной стабильности; фотометра для определения оптических свойств при окислении масел; малообъемного вискозиметра для оценки изменения вязкости при окислении и электронных весов для определения летучести масел при их окислении [5].
Для исследования выбраны моторные универсальные и всесезонные масла на минеральной основе - Лукойл стандарт 10W-40 8Б/СС, частично синтетической - Лукойл Супер 10W-40 8в/СБ и синтетической - Лукойл синтетик 5W-40 8Ь/СБ. Данные масла исследовались в два этапа. На первом этапе проба масла массой 100±0,1 г заливалась в термостойкий стакан и термостатировалась при температуре 180 °С с перемешиванием стеклянной мешалкой с постоянной частотой вращения 300±2 об/мин. Температура в процессе испытания поддерживалась автоматически в пределах ±1 °С. После каждых восьми часов испытания стакан с пробой взвешивался для определения массы испарившегося масла и отбирались пробы для изменения коэффициента поглощения светового потока и вязкости. После измерения этих параметров отобранные пробы сливались обратно в тот же стакан, который повторно взвешивался. Испытания проводились в течение времени дос-
тижения коэффициента поглощения светового потока К п равного приблизительно 0,7-0,8 ед.
Второй этап исследований проводился по той же технологии с различием в том, что после каждого измерения показателей на фотометре и виз-козиметре проба масла в стакан доливалась до 100 г. Масса долитого масла после каждых восьми часов регистрировалась в журнале для определения общей массы доливов за весь период испытания.
Выбранные масла испытывались по той же технологии в два этапа при температурах 180 и 170 °С с целью выявления влияния температуры испытания на массу доливов.
Результаты исследования и их обсуждения. Результаты испытания выбранных масел на термоокислительную стабильность без доливов и с доливами представлены на рис. 1. В качестве параметра термоокислительной стабильности выбран коэффициент поглощения светового потока, определяемого прямым фотометрированием при толщине фотометрируемого слоя 2 мм. Установлено, что при доливах процессы окисления замедляются. Так, время достижения коэффициента
Кп = 0,7 ед. для минерального масла - Лукойл стандарт (кривые 1 и 1') при доливах увеличилась на 9 часов, частично синтетического - Лукойл Супер (кривые 2 и 2') на 25 часов и синтетического - Лукойл синтетик (кривые 3 и 3') на 37 часов. Масса доливов за время испытания соответственно составила 17,7 г; 21 г и 36,9 г, а скорость доливов определяется отношением массы доливов ко времени испытания и составила: 0,268; 0,188 и
0,125 г/ч, т.е. для минерального масла скорость доливов наибольшая, а синтетической - наименьшая.
Изменение вязкости масел при окислении оценивалось коэффициентом относительной вязкости Км, определяемым отношением вязкости
окисленного масла к вязкости товарного. На рис. 2 представлены зависимости коэффициента вязкости Км от времени испытания. Установлено, что
вязкость минерального масла (кривые 1 и 1') при окислении в начале уменьшается, а затем повышается. Вязкость частично синтетического масла
Рис.1. Зависимость коэффициентов поглощения светового потока Кп от времени испытания моторных масел при температуре 180 °С:1 - минеральное масло Лукойл стандарт 10Ш-40 БЕ/СС; 2 -частично синтетическое Лукойл Супер 10Ш-40 БО/СБ; 3 - синтетическое Лукойл синтетик 5Ш-40 БЬ/СЕ (цифры без штриха - испытания без доливов, цифры со штрихом - испытания с доливами)
Рис. 2. Зависимость коэффициента относительной вязкости К^ от времени испытания моторных масел при температуре 180 °С (усл. обозн. см. на рис. 1)
(кривые 2 и 2') имеет тенденцию увеличения и максимальное увеличение составило 13 % от вязкости товарного масла. Для синтетического масла (кривые 3 и 3') характерно начальное уменьшение вязкости, затем стабилизация и повторное увеличение. Кроме того доливы уменьшают вязкость при окислении. Максимальное уменьшение вязкости без доливов составляет 18 %, а с доливами -28 %.
Для минеральных и частично синтетических моторных масел доливы незначительно влияют на их вязкость.
Летучесть минерального масла (кривые 1 и 1') (рис. 3) незначительно изменяется от доливов, а для частично синтетического масла (кривые 2 и 2') она при доливах уменьшается. Так, за 80 часов испытания летучесть масла без доливов составила 12,3 граммов, а с доливами - 9,5 граммов.
Для синтетического масла с доливами (кривая 3') до 130 часов летучесть меньше, чем без доли-вов, а с увеличением времени испытания она увеличивается, что может быть вызвано деструкцией базовой основы или вязкостной присадки, т.к. вязкость синтетического масла с доливами более интенсивно уменьшается, чем без доливов (см. рис. 2).
В качестве показателя термоокислительной стабильности моторных масел предложен коэффициент термоокислительной стабильности
ЕТОС, определяемый суммой
ЕТОС _ КП + Ко, (1)
где КП - коэффициент поглощения светового потока; Ка - коэффициент летучести:
КО = т / М,
(2)
20 60 100 140 180 220 260 300
Рис. 3. Зависимости летучести от времени испытания моторных масел при температуре 180
°С (уел. обозн. см. на рис. 1)
Рис. 4. Зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от времени окисления моторных масел температуре 180 °С (усл. обозн. см. на рис. 1)
где т и М - соответственно испарившейся массы пробы масла и оставшейся массы за определенный период времени окисления, г.
Коэффициент термоокислительной стабильности является комплексным показателем, т.к. учитывает склонность масел к окислению и испаряемости. Согласно данным представленных на
рис. 4, минеральное масло Лукойл стандарт (кривые 1 и 1') является наименее стабильным к окислению при температуре испытания 180 °С, а синтетическое масло (кривые 3 и 3') наиболее стабильным.
Доливы моторных масел увеличивают время их окисления (ресурс), так при уоэффициенте
Рис. 5. Зависимость коэффициентов поглощения светового потока Кп от времени испытания моторных масел при температуре 170 °С (уел. обозн. см. на рис. 1)
Рис.6. Зависимость коэффициента относительной вязкости К от времени испытания моторных масел при температуре 170 °С (усл. обозн. см. на рис. 1)
ЕТОС = 0,9 ед. время окисления для минеральных
масел (кривые 1 и 1') увеличилось с 63 ч, до 70 ч, для частично синтетического (кривые 2 и 2') с 82 до 109 ч, а синтетического с 273 до 292 ч (кривые 3 и 3'). Кроме того, доливы синтетического масла не оказывают влияние на значение коэффициента Е ТОС в течение 130 ч испытания. Согласно данным рисунка 4 наибольшее влияние доливы оказывают на замедление процессов окисления частично синтетического масла и ускорение процессов окисления у синтетического масла в период испытания от 130 до 270 ч.
При температуре испытания 170 °С наблюдается иная картина в изменении показателей КП, К И О и ЕТОС при окислении масел с доливами.
Так, (рис. 5) доливы в большей степени влияют на уменьшение скорости окиления минерального масла (кривые 1 и 1') и в меньшей степени на частично синтетическое масло (кривые 2 и 2'), а для синтетического масла (кривые 3 и 3') окислитель-
ные процессы ускоряются уже в начале испытания.
Доливы масел уменьшают вязкость более интенсивно у минерального масла (кривые 1 и 1') (рис. 6), увеличивают ее у частично синтетического (кривые 2 и 2') и практически не влияют на изменение вязкости для синтетического масла (кривые 3 и 3').
Летучесть масел при доливах уменьшается для минерального масла (рис. 7) (кривые 1 и 1') и увеличивается для частично синтетического (кривые
2 и 2') и синтетического (кривые 3 и 3'), т.е. наблюдаются различия по сравнению с температурой испытания 180 °С (см. рис. 3).
Аналогичная картина наблюдается в изменении коэффициента термоокислительной стабильности при испытании масла с доливами при температуре 170 °С (рис. 8). Возрастает термоокислительная стабильность минерального масла (кривые 1 и 1') и уменьшается для частично синтетического (кривые 2 и 2') и синтетического (кривые
3 и 3') масел по сравнению с данными, полученными при температуре 180 °С.
Рис. 7. Зависимости летучести от времени испытания моторных масел при температуре 170
°С (усл. обозн. см. на рис. 1)
Рис.8. Зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от времени испытания моторных масел температуре 170 °С (усл. обозн. см. на рис. 1)
Выводы. В результате проведенных исследований установлено, что:
1. Объем доливов зависит от температуры испытания, с понижением которой они замедляют процессы окисления минерального масла, незначительно влияют на частично синтетическое масло и ускоряют эти процессы у синтетического масла. Ускорение процесса окисления для синтетического и частично синтетического масел при температуре 170 0С вызвано каталитическим влиянием синтетической основой при доливах.
2. Вязкость масел зависит от концентра-
ции продуктов окисления и деструкции вязкостных присадок, поэтому с понижением температуры испытания доливы уменьшают вязкость минерального масла, увеличивают ее при окислении частично синтетических и практически не изменяют ее для синтетического масла.
3. Летучесть масел с понижением температуры испытания от 180 0С до 170 0С уменьшается и не зависит от базовой основы и доливов, однако при температуре 170 0С доливы увеличивают летучесть частично синтетических и синтетических масел.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сторожев В. Н. Определение срока службы картерного масла. - Новосибирск: Зап.-Сибирское книжное изд-во, 1964. - 16 с.
2. Патент 177975 РФ, МКИ3 Б01М9/02. Способ оценки ресурса моторного масла двигателей внутреннего сгорания / В. В. Чанкин, Т. К. Пугачева, Ю. А. Шапунский [и др.]. - 1992. - Бюл. №45.
3. А. с. 145060 СССР, МКИ3 в01 33/30. Способ определения необходимости замены масла в дизелях / Н. А. Павлов. - 1962. - Бюл. № 32.
4. Ковальский, Б. И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных материалов. - Новосибирск : Наука, 205. - 341 с.
5. Попов, А. С. Процесс окисления минеральных масел с учетом доливов / А. С. Попов, Б. И. Ковальский, С. И. Васильев: науч. тр. / Системы. Методы. Технологии. - Братск, 2009. - № 4. - С. 94-95.
□ Авторы статьи:
Ковальский Безбородов Малышева Рунда Шрам
Болеслав Юрий Наталья Михаил Вячеслав
Иванович, Николаевич, Николаевна, Михайлович, Геннадьевич,
докт. техн. наук, докт. техн. наук, проф. канд.техн.наук, соискатель аспирант ФГАОУ
профессор ФГАОУ ФГАОУ ВПО «Сибир- доцент ФГАОУ ФГАОУ ВПО ВПО «Сибирский
ВПО «Сибирский ский федеральный уни- ВПО «Сибирский «Сибирский фе- федеральный уни-
федеральный уни- верситет», Институт федеральный уни- деральный уни- верситет», Инсти-
верситет», Институт нефти и газа, верситет», Инсти- верситет», тут нефти и газа,
нефти и газа, каф. каф.«Топливообеспечение тут нефти и газа, Институт кафедра «Топливо-
«Топливообеспече- и горючесмазочные каф. «Топливо- нефти и газа обеспечение и го-
ние и горючесмазоч- материалы» обеспечение и E-mail: рючесмазочные
ные материалы» Еша11:ЬаЪ8ш@ша11.ги горючесмазоч- [email protected] материалы»
Еша11:ЬаЪ8ш@ша11.ги ные материалы» E-mail:
E-mail: [email protected]
