This article presents the results of a study of motor oil blended with gasoline or diesel fuel to determine the effect of fuel on the oil's physicochemical properties. Tests were conducted with 5W-40 oil samples and fuel concentrations of 1 %, 2 %, 4 %, 6 %, 8 %, and 10 %.

Keywords: motor oil, engine, lubrication system, fuel.

Введение

Актуальность данного исследования обоснована тем, что моторные масла напрямую влияют на срок и качество работы всех основных элементов двигателя автомобиля. Изменение свойств масла может говорить о наличии неисправностей в двигателе, оценка этих свойств позволит своевременно оценить работоспособность систем двигателя. Исходя из этого, повышается необходимость исследований, которые направлены на контроль состояния моторных масел в процессе эксплуатации автомобиля. Такая проблема как попадание топлива в моторное масло, приводит к его разжижению и ухудшению основных физико-химических свойств, таких как плотность, кинематическая вязкость и температура вспышки, что снижает расчетный ресурс двигателя.

Физико-химические свойства моторного масла

Физико-химические свойства моторного масла — это совокупность нескольких параметров, которые характеризуют состояние масла и его поведение при различных температурных режимах и при различной нагрузке во время работы двигателя. Эти свойства являются качественной характеристикой моторного масла и определяет его способность создавать масляную пленку, обеспечивать стабильную работу двигателя в широком диапазоне температур и защищать детали двигателя от коррозии и отложений.

Плотность ( ) — это масса вещества, заключенная в единице объема (кг/м ³ или г/см ³ ). Плотность моторных масел измеряется ареометров (нефтеденсиметром) и оценивается при приведении к нормальной температуре (t = 20C).

Кинематическая вязкость ( ) — это способность масла сопротивляться течению под действием силы тяжести. Кинематическая вязкость измеряется в сантистоксах (сСт) или мм ² /с Данное свойство характеризует способность масла образовывать масляную пленку, предотвращающую износ деталей двигателя. При недостаточной толщине масляной пленки возможен контакт «металл-металл», и, как следствие, возникновение задиров, разрушению подшипников и шестерен. Данный параметр присутствует в классификации моторных масел по SAE, он обозначает высокотемпературную вязкость.

Температура вспышки ( — это минимальная температура, при которой горючие пары нагреваемого моторного масла образуют с воздухом смесь, способную кратковременно вспыхнуть при поднесении огня. Эта характеристика определяет стабильность масла в условиях высокой температуры.

Все эти параметры могут понижаться при попадании топлива, происходит снижение вязкости, окисления, накопления низкотемпературного шлама, также возможно образование сгустков сажи.

Основными причинами, из-за которых топливо при эксплуатации автомобиля попадает в моторное масло:

1. В результате неисправностей цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма, к примеру, потеря компрессии или неполная посадка клапанов, может вызвать неполное сгорание топлива. Также причиной неполного сгорание топлива являются нарушение работы системы зажигания и системы подачи топлива.
2. Городские условия движения, для которых характера езда на короткие расстояния и на минимальных оборотах холостого хода, особенно поездки на непрогретом до рабочей температуры двигателе.
3. Применение некачественного топлива с высоким количеством тяжелых углеводородов. Тяжелые углеводороды не полностью испаряются в камере сгорания двигателя, в следствие чего они, находясь в капельно-жидком состоянии, могут проникать в моторное масло сквозь зазоры между поршневыми кольцами и цилиндром двигателя.

При совмещении нескольких причин, данные негативные явления многократно увеличивают свое негативное действие.

Экспериментальная часть: оценка физико-химических свойств моторного масла

Экспериментальная часть данного исследования является поэтапным изучением всех свойств с применением следующего лабораторного оборудования: ареометр для нефтепродуктов, вискозиметр, прибор для определения температуры вспышки, набор термометров. В качестве материала для изучения выбрано синтетическое масло 5W-40 фирмы Toyota, бензин марки АИ-92 и дизельное топливо.

Процесс оценки физико-химических свойств состоит следующих этапов:

1. Смешивание образцов и оценка внешнего вида масла.

Смешивание образцов проводилось в мерных емкостях на лабораторных весах. Для каждого образца избирается 100 мл моторного масла и необходимый процент топлива для получения смеси.

2. Определение плотности смеси моторного масла и топлива.

Плотность моторного масла измеряется с помощью ареометра для нефтепродуктов. Перед измерением плотности смесь моторного масла и топлива разбавляется в пропорции 1:1 с растворителем плотность которого известна, к примеру с бензином, затем полученную плотность приводят к плотности при нормальных условиях (t = 20С) и высчитывают искомую плотность смеси моторного масла с определённым процентом топлива.

3. Определение вязкостно-температурных свойств.

Определение кинематической вязкости проводится при масле, нагретом до 40С и 100С с использованием вискозиметра.

4. Определение температуры вспышки.

5. Сведение результатов в таблицу и анализ полученных значений.

Анализ полученных результатов

С увеличением концентрации как бензинового, так и дизельного топлива в образце, его цвет становится светлее, образец становится прозрачнее. Плотность моторного масла при добавлении бензина снизилась от 0,855 кг/м ³ до 0,839 кг/м ³ , при добавлении дизельного топлива от 0,855 кг/м ³ до 0,849 кг/м ³ . Температура вспышки в обеих случаях понизилась от 100 до 22 (до комнатной температуры). Вязкость снизилась при добавлении бензина от 31,95 мм ² /с до 26,1 мм ² /с при температуре 40С, а при температуре 100С вязкость снизилась от 19,01 мм ² /с до 16,99 мм ² /с. При добавлении дизельного топлива, вязкость снизилась при от 20,51 мм ² /с до 5,03 мм ² /с при температуре 40С, а при температуре 100С вязкость снизилась от 41,16 мм ² /с до 1,8 мм ² /с.

Все полученные результаты были сведены в таблицы, где показано изменение свойств масла при добавлении бензина (Таблица 1) и дизельного топлива (Таблица 2).

Таблица 1

Изменение свойств моторного масла при добавлении бензина

Таблица 2

Изменение свойств моторного масла при добавлении дизельного топлива

Основываясь на полученных результатах, были построены графики зависимости свойств моторного масла от количества (в %) добавляемого топлива.

На графике, представленном на рисунке 1, показана зависимость плотности и температуры вспышки масла при добавлении бензина.

Рис. 1. Изменение плотности м/м при добавлении бензина

На графике, представленном на рисунке 2, показана зависимость плотности и температуры вспышки и моторного масла при добавлении дизельного топлива.

Рис. 2. Изменение плотности м/м при добавлении дизельного топлива

На графике, представленном на рисунке 3, показана зависимость вязкости моторного масла при добавлении бензина, измеренная при 40С и при 100С.

Рис. 3. Изменение вязкости м/м при добавлении бензина

На графике, представленном на рисунке 4, показана зависимость вязкости моторного масла при добавлении дизельного топлива, измеренная при 40С и при 100С.

Рис. 4. Изменение вязкости м/м при добавлении дизельного топлива

Графическое представление полученных результат помогает наглядно оценить ухудшение свойств.

Заключение

В ходе проведения эксперимента было выявлено сильное снижение вязкостно-температурных свойств масла. Попадание 2 % топлива снижает вязкость на 3 % и уменьшает температуру вспышки на 52 %, а концентрация 10 % топлива снижает эти показатели на 41 % и 80 %. Попадание 2 % дизельного топлива снижает вязкость на 25 %и уменьшает температуру вспышки на 45 %, а 10 % дизельного топлива снижают эти показатели на 75 % и на 77 %.

Даже небольшое количество бензина или дизельного топлива, попавшего в картер двигателя, значительно ухудшает свойства моторного масла и может привести к сильному ухудшению состояния двигателя автомобиля.

Литература:

1. Лаушкин, А. В. Результаты оценки влияния эксплуатационных факторов на кинематическую вязкость моторного масла / А. В. Лаушкин // Актуальные вопросы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта: Сборник научных трудов по материалам 80-ой научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ, Москва, 25–26 января 2022 года / Под общей редакцией А. А. Солнцева. — Москва: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), 2022. — С. 78–82. — EDN MICVPA.
2. ГОСТ 33–2016 Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической и расчет динамической вязкости.
3. Васильева, Л. С. Эксплуатационные материалы для подвижного состава автомобильного транспорта: учебник для вузов. -М.: Наука, 2014. -423 с.
4. Васильева, Л. С. Химмотология топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей для автомобильного транспорта: учеб. пособие для студентов вузов / Л. С. Васильева, Ю. В. Панов, А. А. Хазиев, А. В. Лаушкин; под ред. Л. С. Васильевой. -М.: Фотоэксперт, 2020. -164 с.
5. Бунаков Б. М., Первушин А. Н., Смирнов К. Ю. Моторные автомобильные масла. Состояние и пути повышения их качества // Автомобильная промышленность. — 2008. — № 10. — С. 28–30. EDN: JWCJLL
6. Бурцев С. В., Духнов П. А. Мониторинг и оптимизация применения смазочных материалов в соответствии с условиями работы карьерной техники// Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2017. — № 2. — С. 76–88. EDN: YTDKAX
7. Влияние условий эксплуатации автомобилей на ресурс работы моторного масла / И. И. Ширлин [и др.] // Вестник СибАДИ. — 2013. — № 4(32). — С. 42–45. EDN: QZGGAB
8. Горяев Н. К., Горяева И. А. Влияние возраста подвижного состава на среднесуточные пробеги при междугородных автоперевозках // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Экономика и менеджмент. — 2014. — Т. 8. — №. 1. — С. 153–155. EDN: SAGIVV
9. Динамика свойств моторного масла в эксплуатации как основа обоснования периодичности его замены для двигателей КАМАЗ нового поколения / А. Т. Кулаков [и др.] // Транспорт: наука, техника, управление. — 2022. — № 6. — С. 31–37,. DOI: 10.36535/0236–1914–2022–06–5 EDN: NEVXSU
10. Пономаренко А. Г., Бойко Т. Г., Бичеров А. А., Бичеров А. В., Ширяева Т. А., Кулемзин Д. В. Improving the lubricating properties of transmission oils by activating the processes of boundary films formation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, — (2020).
11. Сидашов А. В., Бойко М. В. Surface films formation on steel during friction of polymer composites containing microcapsules with lubricant // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). ICIE 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering, pp 1259–1268 (2020). EDN: QYEOHX