Влияние условий эксплуатации автомобилей на ресурс работы моторного масла Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.4

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ НА РЕСУРС РАБОТЫ МОТОРНОГО МАСЛА

И. И. Ширлин, А. В. Колунин, С. А. Гельвер, А. А. Иванников

Аннотация. В данной статье представлены результаты испытаний моторного масла SAE 10W-40 и эксплуатационного класса по API SL/CF применяемых в двигателя 4х групп автомобилей "Газель" работавших в различных условиях эксплуатации, а также обоснования этих результатов.

Ключевые слова: ресурс масла, равнозначный баланс кислотного и щелочного чисел, бинарные системы питания, фракционный состав топлива.

Введение

Более 50 % эксплуатационных затрат автотранспортных предприятий связано расходами на приобретение топлива, цена которого с течением времени неумолимо увеличивается. Последнее обстоятельство вынуждает автоперевозчиков к поиску иных менее затратных путей в осуществлении своей деятельности. Как известно рыночная стоимость сжиженного нефтяного газа (СНГ), приблизительно на 40 % ниже стоимости традиционного жидкого топлива. В этой связи, для снижения себестоимости автоперевозок многие владельцы устанавливают на автомобили дополнительные системы питания. Системы питания обеспечивающие работу двигателя на пропанобутановой смеси.

Такая переконвертация, как правило, не требует существенных изменений конструкции двигателя и быстро окупается за счет разницы в стоимости двух видов топлива. Автомобиль, оснащённый газобаллонным оборудованием, в случае необходимости может эксплуатироваться и на жидком топливе.

Однако существует ряд особенностей, которые необходимо учитывать при эксплуатации автомобилей с бинарной системой питания.

Во-первых, пропанобутановая смесь имеет относительно низкую теплотворную способность в сравнении с традиционным видом топлива[1], что влечет снижение мощности и приводит к увеличению расхода СНГ.

Во-вторых, газово-воздушная смесь имеет более широкие пределы воспламеняемости в сравнении с бензиновой смесью, что позволяет использовать в двигателях более бедные топливовоздушные смеси, чем, отчасти, компенсируется повышение расхода топлива. Но при сгорании более бедных смесей снижается мощность двигателя.

В обоих случаях, снижение мощности приводит к изменению режима работы двигателя, поскольку для поддержания крутящего мо-

мента колёсного движителя, водитель вынужден чаще использовать пониженные передачи, меняя при этом передаточное число трансмиссии. Следовательно, растет продолжительность работы двигателя с повышенными частотами вращения коленчатого вала, что приводит ужесточению режима работы моторного масла.

С другой стороны, газообразное топливо имеет лёгкий фракционный состав, легко переходит из жидкого в газообразное состояние, перемешивается с атмосферным воздухом образуя гомогенную, топливовоздушную смесь. Температура начала кипения пропана при давлении 0,1 МПа составляет -42° С, бутана -1° С, а диапазон кипения бензина при тех же условиях составляет от +35 до +220° С[2]. Столь значительная разница во фракционном составе накладывает свой отпечаток на процесс смесеобразования. Температура конца кипения (+220° С) характеризует содержание тяжёлых фракций, той доли топлива, которая может не переходить с газообразное состояние, а поступать в цилиндры двигателя в виде жидкой фазы. Неиспарившаяся часть бензина оказывает негативное воздействие на полноту сгорания всего объёма топлива, введённого в камеру сгорания, ресурс деталей цилиндропоршневой группы, токсичность отработавших газов и, конечно, на состояние моторного масла - как накопителя несгорев-ших топливных фракций.

Таким образом, при использовании двигателей с бинарными системами питания возникает два противоположно направленных фактора, которые могут повлиять на состояние моторного масла.

Испытания

Для оценки влияния вышеуказанных факторов на ресурс моторного масла проанализируем результаты эксплуатационных испытаний универсального всесезонного моторного масла класса вязкости по SAE 10W-40 и эксплуатационного класса по API SL/CF.

В качестве объекта исследования были выбраны 2 группы автомобилей "Газель", оснащенных двигателями УМЗ 4216 [3] с бинарной системой питания, работающие на пропа-нобутановой смеси газов одна из которых работала в режиме городского цикла, а другая в загородном режиме. И две группы таких же автомобилей не оснащёнными газобаллонным оборудованием и работающие на бензине марки "Регуляр -92", раздельно по городскому и загородному циклу. В общей сложности 4 группы машин.

Оценка ресурса моторного масла с нашем эксперименте, производилась по балансу кислотного и щелочного чисел в пробах работавшего масла. Определение данных показателей производилось с помощью титратора в мг КОН/г. Принято считать, что при достижении равнозначного значения кислотного и щелочного чисел, масло достигает предельного состояния и его дальнейшее применение недопустимо [4]. Пробы масла отбирались из двигателей со средней периодичностью 2000 км. На основе полученных данных среднесуточная наработка автомобилей находилась в пределах от 50 до 140 км/сут.

Усреднённые значения баланса кислотного и щелочного чисел полученные в результате анализа проб работавшего масла взятых из двигателей выше указанных групп автомобилей представлены на рисунке 1.

Данные графических зависимостей свидетельствуют о существенном расхождении в ресурсе моторного масла до наступления равнозначного баланса кислотного и щелочного чисел.

Так при использовании газообразного топлива в режиме междугородних перевозок наступление предельного состояния можно прогнозировать на уровне 16500 км. пробега. При работе автомобилей в аналогичных условиях на бензине предельное состояние можно прогнозировать при наработке около 12000 км.

При работе автомобилей в условиях городского движения равнозначный баланс кислотного и щелочного чисел наступает при значениях 8000 и 4500 км в зависимости от вида топлива соответственно.

Заключение

Полученные зависимости позволяют сделать вывод, что использование газового топлива, несмотря на указанные недостатки, способствует увеличению ресурса моторного масла в сравнении с применением бензинового топлива при тех же условиях, не оказывает негативного влияния на надежность моторного масла и позволяет увеличить наработку до наступления предельного состояния по равнозначному балансу кислотного и щелочного чисел на 72 % при эксплуатации автомобилей в режиме загородного движения и 52 % - в городе.

Также следует отметить влияние режима движения автомобилей на ресурс моторного масла. Работа автомобиля в загородных условиях отличает стабильность нагрузок двигателя и отсутствие переходных режимов. Поэтому такой режим способствует увеличению ресурса моторного масла по отношению к городскому циклу при работе на бензине в 2,3 раза, а при работе на газе в 2 раза.

В заключение следует отметить, что представленные результаты справедливы только для конкретных образцов техники и моторного масла, которые эксплуатировались в указанных условиях.

Использование данных результатов в других условиях эксплуатации с другими образцами техники и масла требует проведения дополнительных исследований.

17

а* i;

г

^ п

1-1-1-1-г~

□ Щелочное число О Кислотное число —

«<—i-1___I___L—4___!___!___!___

кг

m

"1—1—Г — Т"

ЕЗЕ

I

ЕЕ

_J___L

I I -I-1-

Ч-

3

I I

■—I---Г

^—I-

Ъх 1

-U

s

I I I I I I I I I -I---1----I- — +---h---\---1---1---

-J-1-1-1-I-

woo

наработка моторного масла км а)

I £

I

I 1

1 1 1 L L L J [ [ 1 l li l "" □ Щелочное число

1 1 1

Il 1 & L 1 1 - О Кислотное число — .....

г г 1

—1— s*[- i i i i i ---H---H----1----1---+--- 1 1 1 1 1

1 L и X Lin J 1 1 1 1 1 L L L 1 1 1

1 I 1 1 1 L 1 1 1 1 1

1 ---1--- 1 ---1---1 1 кЧ ! ! ! 1---тЧ-1---Т-^ё^Л--- 1 ------1 1

---- 1 1 1 —н—Ч—н---+--- 1 1 1 \ 1 1

T. l 1 L L 1 1 1 Xj i L L L 1 iv^l

i 1 1 II 1 vl

i 1 1 1 1 1 1 ч

Г Г Г —1—1—1—1 Г Г Г Г T T 1-1-1-1-1-1-

WOO 8000

16000 20000

наработка моторного масла, км в)

I й

! i S

F

-1-1 ^ «С—I-□-1-1-1-1-

___I___I_____J___1__1__1__1__

2è-

---1---,---,------1---1—r—r—

H-r~

-I---J--

I I

-|-г

"1—

-J--I

-Г

1-1-1-1-1-

□ Щелочное число ~

—j-q=jj— о Кислотное число -

ml

!___L

"I I

ч-h-

"1---Г"

I I -I-hI__I

'I Г 4-1-

-1-1-1-1-1-1-;N—I-h--

i

=5

........ J-L

---1---,---J---1—-I—-I—±—¡4——

-I—I—I—I—I—I—I—I—I—

2000 WOO

наработка моторного масла, км

в)

I

I

I

I

н-1-1—

_|___j___j__

i i i

4-1-1-

I I I

"I---1---г

J_I_L

"1-1-1-1-Г

□ Щелочное число

- О Кислотное число —

_1_

_1_

i i i i i i—\—\—-i—-i-—+

i ._. i i i i

г-П-г

-1-

_]___J___L__1_

-I___J___L_QJ_JUL__1_

I I I I I

-I-1-1-1-1-

I I I I I I "I---1---1---1---Г — T-

-I-!-!-!-!-U

Ш___

2000

WOO 6000

наработка моторного масла, км

г)

Рис. 1. Влияние вида топлива и режима работы двигателя на ресурс моторного масла: а и б - автомобили, использовавшие газовое топливо (движение в загородном и городском режиме соответственно); в и г - автомобили работавшие на бензине (движение в загородном и городском режиме соответственно)

Библиографический список

1. Васильева Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы. - М.: Транспорт, 2001. - 279с.

2. ГОСТ 4.24-84 Масла смазочные. Номенклатура показателей. - М.: ИПК издательство стандартов, 2002. - 13 с.

3. Двигатель 4216 и его исполнения. Руководство по эксплуатации 4216.3902010 РЭ. - Ульяновск, 2007. - 45 с.

4. Розенблит Ю. А. Влияние смазочных масел на долговечность и надежность деталей машин. -М.: Машиностроение, 1970. - 314 с.

EFFECT OF DUTY VEHICLES IN RESOURCE OF ENGINE OIL

I. I. Shirlin, A. V. Kolunin, S. A. Gelver, A. A. Ivannikov

This article presents the results of tests of motor oil SAE 10W-40 and the operating class API SL / CF engine used in the 4-car groups "Gazelle" worked in various operating conditions, as well as substantiate these results.

Keywords: resource oil equivalent balance of acid and alkaline properties, binary power system, the fractional composition of the fuel.

Bibliographic list

1. Vasilyeva L. S. Car maintenance materials. -Moscow: Transport, 2001. - 279s.

2. GOST 4.24-84 Lubricants. The range of indicators. - Moscow: Publishing IEC standards, 2002. - 13.

3. Engine 4216 and its execution. Instruction Manual 4216.3902010 manual. - Ulyanovsk, 2007. - 45.

4. Rosenbliett Y. A. Effect of lubricants on the durability and reliability of machinery parts. - M.: Mechanical Engineering, 1970. - 314.

Ширлин Иван Иванович - кандидат технических наук, доцент кафедры "Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование" Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований -экологическая безопасность эксплуатации ДВС на основе использования альтернативных видов топлива. Общее количество публикаций - 34. е-mail: [email protected]

Колунин Александр Витальевич - кандидат технических наук, доцент кафедры "Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование" Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований - экологическая безопасность эксплуатации ДВС на основе использования альтернативных видов топлива. Общее количество публикаций - 21. е- mail: [email protected]

Гельвер Сергей Александрович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика и химия» Омского государственного университета путей сообщения. Основное направление научных исследований - расчеты на прочность транспортных конструкций. Общее количество публикаций -17. е- mail: [email protected]

Иванников Алексей Алексеевич - начальник кафедры Ремонта бронетанковой и автомобильной техники Омского филиала военной академии тыла и транспорта. Основное направление научных исследований - влияние условий эксплуатации автомобильной техники на состояние моторного масла. Общее количество публикаций - 5.