CC BY
19
УДК 621.892.1
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ НА РЕСУРС СИНТЕТИЧЕСКОГО МОТОРНОГО МАСЛА MOBIL SUPER 3000 5W-40 SJ/SL/CF ПРИ ЕГО ОКИСЛЕНИИ
1 9 Я d Ч
© Б.И. Ковальский1, Н.Н. Лысянникова2, Е.Г. Кравцова3, М.А. Ковалева4, В.Г. Шрам5,
A.В. Лысянников6
Сибирский федеральный университет,
660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 82/6.
Приведены результаты исследования температурной стойкости синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF в диапазоне температур от 160 до 260°С и определено влияние продуктов температурной деструкции на процессы окисления при температуре 180°С. Исследования проводились поэтапно. Синтетическое моторное масло термостатировали, окисляли, отбирали пробы и испытывали на машине трения. По результатам исследования определены оптические и противоизносные свойства, на основании которых установлен ресурс масла.
Ключевые слова: температурная деструкция; процессы окисления; ресурс; противоизносные свойства; средства испытания и контроля.
THERMAL DEGRADATION EFFECT ON THE RESOURCE OF MOBIL SUPER 3000 5W-40 SJ/SL/CF SYNTHETIC MOTOR OIL UNDER ITS OXIDATION
B.I. fovalskiy, N.N. Lysyannikova, E.G. Kravtsova, M.A. Kovaleva, V.G. Shram, A.V. Lysyannikov
Siberian Federal University,
82/6, Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.
The article introduces the results of studying thermal resistance of Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF synthetic motor oil in the temperature range from 160 to 260°C. The effect of thermal degradation products of the oxidation processes ta king place at the temperature of 180°C is determined. The studies were carried out in a stepwise manner. Synthetic motor oil has been subjected to thermostating, oxidation, sampling and testing on a friction machine. Obtained study results allowed to identify optical and wear resistant properties taken as a basis for oil resource. Keywords: thermal degradation; oxidation processes; resource; anti-wear properties; test and control tools.
При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания моторные масла подвергаются окислению, температурной и механической деструкции, химическим реакциям, протекающим на поверхностях трения, а также в результате взаимодействия с продуктами горения топлива, попадающими из камеры сгорания. Все эти процессы влияют на ресурс моторных масел. Поэтому определение доминирующего влияния одно-
го из процессов является важной задачей, имеющей научное и практическое значение.
Целью работы является определение влияния продуктов температурной деструкции на процессы окисления синтетического моторного масла и влияние продуктов этих процессов на противоизносные свойства.
Методика испытания. Для исследования приме-
1 Ковальский Болеслав Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры топливообеспечения и горюче -смазочных материалов Института нефти и газа, тел.: (391) 2062931, e-mail: Labsm@mail.ru
Kovalskiy Boleslav, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Fuel Supply and Fuels and Lubricants of the Institute of Oil and Gas, tel.: 8(391)2062931, e-mail: Labsm@mail.ru
2Лысянникова Наталья Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры топливообеспечения и горюче-смазочных материалов Института нефти и газа, тел.: 89131905779, e-mail: Nataly.nm@mail.ru
Lysyannikova Natalia, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Fuel Supply and Fuels and Lubricants of the Institute of Oil and Gas, tel.: 89131905779, e-mail: Nataly.nm@mail.ru
3Кравцова Екатерина Геннадьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры топливообеспечения и горюче -смазочных материалов Института нефти и газа, тел.: 891303335289, e-mail: rina_986@mail.ru
Kravtsova Ekaterina, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Fuel Supply and Fuels and Lubricants of the Institute of Oil and Gas, tel.: 891303335289, e-mail: rina_986@mail.ru
"Ковалева Мария Александровна, кандидат химических наук, доцент кафедры топливообеспечения и горюче-смазочных материалов Института нефти и газа, тел.: 89029100827, e-mail: Lera0727@yandex.ru
Kovaleva Maria, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Fuel Supply and Fuels and Lubricants of the Institute of Oil and Gas, tel.: 89029100827, e-mail: Lera0727@yandex.ru
5Шрам Вячеслав Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры топливообеспечения и горюче-смазочных материалов Института нефти и газа, тел.: 89504014163, e-mail: shram18rus@mail.ru
Shram Vyacheslav, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Fuel Supply and Fuels and Lubricants of the Institute of Oil and Gas, tel.: 89504014163, e-mail: shram18rus@mail.ru
6Лысянников Алексей Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры авиационных горюче-смазочных материалов Института нефти и газа, тел.: 89504071604, e-mail: av.lysyannikov@mail.ru
Lysyannikov Aleksei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Aviation Fuels and Lubricants of the Institute of Oil and Gas, tel.: 89504071604, e-mail: av.lysyannikov@mail.ru
нялись следующие средства испытания и измерения [1]: прибор для определения температурной стойкости; прибор для определения термоокислительной стабильности; фотометр для прямого фотометриро-вания термостатированных и окисленных масел; трехшариковая машина трения [2] для определения противоизносных свойств.
Процесс температурной деструкции исследовался в температурном диапазоне от 160 до 260°С с повышением температуры на 20°С. Время термостатиро-вания составило 8 ч, после чего масло фотометриро-валось при толщине фотометрируемого слоя 2 мм, а часть пробы испытывалась на машине трения с параметрами: нагрузка 13 Н; скорость вращения 0,68 м/с; температура масла в объеме 80°С; время испытания 2 ч. Проба масла перемешивания и доступа воздуха.
После термостатирования проба масла испытывалась в два этапа. На первом этапе проба массой 100±0,1 г подвергалась окислению в стеклянном стакане с перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300±2 об./мин при температуре 180°С. После каждых 8-ми ч испытания отбиралась проба масла для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока. Испытания продолжались до достижения коэффициента поглощения светового потока равного 0,75-0,8 ед.
На втором этапе при окислении масел до значений коэффициента поглощения светового потока, приблизительно равных 0,1; 0,2-0,8, отбирались пробы масла для фотометрирования и испытания на машине трения, а проба окисленного масла доливалась товарным маслом до первоначального значения (100±0,1 г).
При термостатировании и окислении температура масел поддерживалась автоматически с точностью ±0,5°С.
Для оценки влияния процессов температурной деструкции на окисление масел полученные экспериментальные данные сравнивались с данными при окислении товарного масла.
Результаты исследований и их обсуждение. На рис. 1 представлена зависимость изменения оптических свойств синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF от температуры термостатирования. Как видно из графика, оптические свойства, выраженные коэффициентом поглощения светового потока К„, начинают изменяться от температуры 200°С, и чем выше температура термостатирования, тем интенсивней увеличивается коэффициент К„. При этом противоизносные свойства термостатированных масел понижаются (рис. 2). Так, для товарного масла противоизносные свойства, выраженные среднеарифметическим значением диаметра пятна износа на трех шарах, составили 0,28 мм, а при температуре от 260°С 0,61 мм, т.е. износ увеличился в 2,1 раза. Таким образом, продукты температурной деструкции отрицательно влияют на противоизносные свойства синтетического моторного масла.
На рис. 3 представлены зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени окисления термостатированных масел. Согласно получен-
ным данным, скорость процессов окисления при температурах термостатирования масла 160 и 180°С (кривые 2 и 3) понижается по сравнению с товарным маслом (кривая 1). Начиная с температуры 200°С (кривая 4), скорость процессов окисления начинает увеличиваться (кривые 5-7). В этой связи можно утверждать, что предварительное термостатирование синтетического масла изменяет его ресурс при окислении и существует температурная область термостатирования, в которой ресурс масла в сравнении с товарным будет максимальным.
Рис. 1. Зависимость коэффициента поглощения
светового потока от температуры термостатирования синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF в течение восьми часов
Рис. 2. Зависимость диаметра пятна износа от температуры испытания синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF
Так, согласно графиком, представленным на рис. 4, максимальный ресурс при окислении термостатированных масел установлен для температуры 180°С при достижении коэффициента Кп значений 0,7; 0,6 и 0,4. (кривые 1-3). При значениях коэффициента К„=0,2 максимальный ресурс установлен для температуры 200°С (кривая 4). Поэтому для обоснования оптимальной температуры термостатирования, вызывающей максимальный ресурс синтетического масла при окислении, необходимо исследовать изменение его противоизносных свойств.
10 20 30 40 50 60 70 t, Ч
Рис. 3. Зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени окисления термостатированных синтетических моторных масел Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF при температурах:
1 - товарное масло; 2 - 160°С; 3 - 180°С; 4 - 200°С; 5 - 220°С; 6 - 240°С; 7 - 260°С
Р. ч
--«=—f-1-1-^-1-1-1—
l4o 160 180 200 220 240 260 280 Т. °С
Рис. 4. Зависимость потенциального ресурса от температуры термостатирования синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF при окислении до значения коэффициента поглощения светового потока: 1 - 0,7; 2 - 0,6; 3 - 0,4; 4 - 0,2
На рис. 5 представлены зависимости диаметра пятна износа от коэффициента поглощения светового потока при окислении термостатированных масел в диапазоне температур от 160 до 260°С. Установлено, что для товарного масла (кривая 1) при значениях коэффициента К„<0,2 ед. противоизносные свойства синтетического масла понижаются, а при К„=0,27 из-
нос приобретает наименьшее значение - 0,22 мм. Дальнейшее увеличение коэффициента КП вызывает увеличение износа.
Для температуры термостатирования масла 160°С (кривая 2) также характерно первоначальное увеличение износа (К„=0,07), однако в диапазоне значений коэффициента Кп от 0,07 до 0,46 наблюдается уменьшение износа до значений 0,22 мм. Дальнейшее увеличение коэффициента К„ вызывает увеличение износа.
Для температуры термостатирования масла 180°С (кривая 3) характерна стабилизация износа в диапазоне увеличения коэффициента Кп до значения 0,18 и дальнейшее его уменьшение с увеличением коэффициента К„. Поэтому для получения максимального ресурса масла при работе двигателя внутреннего сгорания необходимо сначала его термостатировать при температуре 180°С без перемешивания и доступа воздуха, а затем окислить при температуре 180°С с перемешиванием до значения коэффициента К„=0,2, т.е. окислять в течение 16 ч.
При температуре термостатирования 200°С (кривая 4) установлено начальное уменьшение износа до значения коэффициента К„=0,2, затем резкое его увеличение при К„=0,27 и повторное его уменьшение в диапазоне изменения коэффициента Кп от 0,27 до 0,7.
Для температуры термостатирования 220°С (кривая 5) износ на протяжении всего времени окисления сохраняет тенденцию уменьшения._
Рис. 5. Зависимости диаметра пятна износа U от коэффициента поглощения светового потока при окислении термостатированного синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF: 1 - товарное масло; 2 - 160°С; 3 - 180°С; 4 - 200°С; 5 - 220°С; 6 - 240°С; 7 - 260°С
Для температур термостатирования 240 и 260°С установлено начальное уменьшение износа при окислении синтетического масла до значения коэффициента Кп равного соответственно 0,2 и 0,3. Дальнейшее увеличение времени окисления масла вызывает колебание износа от 0,22 до 0,35 мм.
В результате проведенных исследований установлено, что при термостатировании синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/CF в диапазоне температур от 160 до 260°С оптические свойства изменяются от температуры 200°С и с увеличением температуры резко увеличиваются, а противоизносные свойства понижаются в 2,17 раза в сравнении с товарным маслом, т.е. продукты температурной деструкции их понижают.
Максимальный ресурс синтетического масла установлен для температуры термостатирования 180°С,
который составил 60 ч при его окислении до коэффициента К„=0,7, что в 1,45 раза выше, чем для товарного масла (41 ч).
Самые высокие противоизносные свойства установлены при окислении термостатированного масла при температуре 180°С в диапазоне изменения коэффициента поглощения светового потока от 0,3 до 0,78, т.е. продукты окисления повышают противоизносные свойства термостатированных масел.
Для получения максимального ресурса исследованного синтетического масла необходимо в начале его термостатировать при температуре 180°С в течение 8 ч без перемешивания и доступа воздуха, а затем окислять с перемешиванием в течение 1б ч и заливать в картер двигателя внутреннего сгорания.
Статья поступила 14.10.2015 г.
1. Васильев, С.И., Попов А.С средства контроля ресурса моторных масел // Химия и технология топлив и масел. 2010. № 5. С. 117-123.
2. Пат. РФ МПК О 01 N 19/02. Устройство для испытания
Библиографический список
Ковальский Б.И. Метод и трущихся материалов и масел / Б.И. Ковальский, Ю.Н. Без-
бородов, О.Н. Петров, В.И. Тихонов. Опубл. 10.09.2011. Бюл. № 25.
