Проведен анализ средств, способов и методик определения физико-химических показателей моторного масла; выполнен выбор и ранжирование наиболее информативных параметров работоспособности моторного масла, влияющих на сроки его замены.
Ключевые слова: моторное масло, параметры состояния моторного масла, кинематическая вязкость, диэлектрическая проницаемость, симплекс подобия, корреляционная связь, экспресс-контроль, термоокислительная способность, показатель качества, оптическая плотность, температура вспышки, лаборатория экспресс-анализа, щелочное число, комплексный показатель.
От качества смазочных материалов зависят важнейшие показатели двигателей — долговечность, надежность, токсичность отработавших газов, топливная экономичность и т. д. Большинство показателей качества моторного масла можно определить только в специализированных лабораториях, которых, как правило, нет в автотранспортных предприятиях.
В настоящее время у нас в стране для оценки качества моторных масел и организации их промышленного производства используется четырехэтапная система испытаний, включающая: квалификационные (I этап) → стендовые (II этап) → полигонные (III этап) → эксплуатационные (IV этап) испытания. В рамках четырехэтапной системы наименее продолжительным (до 10 суток) и затратным является первый этап. При этом требуется не очень большое количество испытуемого продукта (до 5…10 л). Основу квалификационной проверки составляют испытания на одноцилиндровых установках (ОЦУ) и специальных двигателях [1,2].
Оперативная оценка качества моторных масел предложена К. К. Попком, который предложил создать специальные лабораторные комплексы. В ЗАО «НАМИ-ХИМ» сформирован комплекс методов лабораторной оценки моторных масел (КМЛО), в который входит испытательное лабораторное оборудование, позволяющее определить основные эксплуатационные свойства моторных масел.
Авторы [2] оценивали термоокислительную стабильность моторных масел на лабораторной установке по показателю оптической плотности и нагарообразование по изменению потенциала электризации стержня ЕЭ после термообработки. Изменение оптической плотности образцов нефтяных фракций симбатно изменению потенциала их электризации ЕК.
Для контроля качества автомобильных эксплуатационных материалов в Москве функционирует центр мониторинга ГСМ и диагностики техники «Международный испытательный центр по горюче-смазочным материалам (МИЦ ГСМ) [3]. В арсенале центра несколько видов специализированного оборудования, в частности аналитический центр для эксплуатационных анализов масел OSA, который включает три типа анализаторов: оптический эмиссионный спектрометр (определение металлов износа и деградации присадок), ИК-Фурье спектрометр (определение содержания воды, топлива, степени окисления, нитрования, сажи) и автоматический капиллярный вискозиметр с термостатированием до 100оС. Эти анализаторы размещены в едином настольном корпусе, что позволяет сразу получать полную характеристику по каждой пробе масла.
В работе [4] в условиях небольшого транспортного предприятия для контроля качества моторных масел предлагается использовать следующие экспресс-методы оценки качества работающих масел: по концентрации охлаждающей жидкости — термический и метод бумажной хроматографии; по наличию топлива — по температуре вспышки в закрытом электротигле и сравнение с эталоном по вязкости; по наличию абразивных частиц — метод истирания; по вязкости — сравнение с эталоном и термический; по моюще-диспергирующе-стабилизирующим свойствам и загрязненности масла механическими примесями — метод бумажной хроматографии; по противоизносным и нейтрализующим свойствам — по водородному показателю рН. Для реализации вышеперечисленных методов оценки качества моторного масла в Челябинском ГАУ разработан портативный комплекс средств (КДМП-3), позволяющий как в стационарных, так и в полевых условиях оценивать качество свежих и работающих масел.
В МГАДИ [5] разработана система контроля состояния и восстановления работоспособности масел, в состав оборудования которой входит лаборатория экспресс-анализа топлив и масел «ЛАМА-7» и малогабаритная передвижная установка для восстановления эксплуатационных свойств масел.
Разработан [6] способ определения состояния и момент замены смазочных материалов и рабочих жидкостей гидросистем, предусматривающий учет всех основных факторов (показателей), характеризующих качество и состояние масел. Работоспособность последних оценивается комплексным показателем по формуле:
где d1...dm — нормированные показатели состояния; m — число учитываемых факторов.
Для определения и контроля диэлектрической проницаемости моторного масла разработаны различные способы и устройства [7].
В работе [8] предложена схема основных направлений изучения процесса и метод исследования старения масла в дизелях, а также экспериментальные зависимости изменения оптической плотности, количества карбонилсодержащих соединений и содержания нерастворимых в бензине загрязнений от наработки масла при различных условиях.
Известны методы и способы оценки износа двигателя по состоянию моторного масла [9].
В работе [10] предполагается, что между единичными показателями состояния моторного масла существует функциональная связь. Рассматривается возможность связать состояние масла с изменениями энтропии S системы. Допускается, что если масло при работе двигателя теряет работоспособность при достижении определенного значения ΔS, одинакового для всех масел независимо от их состава, типа двигателя и особенностей его эксплуатации, то срок замены τ масла в двигателе будет зависеть от различных параметров: исходной концентрации с0 присадки в масле, скорости k их срабатывания в заданных условиях эксплуатации, термической устойчивости Т масляной композиции и состава смазочной среды, характеризуемой химическим потенциалом μ (или электропроводность), который в данной работе выдвигается как наиболее информативный.
Замену масла по фактическому состоянию можно выполнять при достижении контролируемых показателей качества масла предельных значений. В различных источниках номенклатура этих показателей включает: вязкость моторного масла [11], количество нерастворимых в легких растворителях продуктов [12], щелочное число [11, 13], кислотное число [12], водородный показатель [13], диспергирующе-стабилизирующую способность [14], присутствие в масле топлива (по температуре вспышки) [11], присутствие антифриза и воды [16], присутствие конструкционных материалов, кремния [15].
В работах [12] для установления необходимого момента смены работавших масел по фактическому состоянию предлагается использовать комплексные (интегральные) показатели, принцип формирования которых основан на сочетании единичных показателей, наиболее информативных для заданных условий эксплуатации.
В работе [17] проведен анализ различных комплексных показателей старения масла, например, интегральный комплексный показатель ИПС, по которому можно количественно оценить работоспособность масел в форсированных автомобильных дизельных двигателях:
где В0, Вt — вязкость масла соответственно свежего и при наработке t; Щ0, Щt — щелочное число масла соответственно свежего и при наработке t, пt, ДСt — массовая доля загрязняющих примесей и показатель диспергирующих свойств при наработке t.
Или обобщенный комплексный показатель (ОКП) [17], представляющий собой сумму шести единичных показателей: содержания в масле железа, кремния и нерастворимого осадка, вязкости, зольности и щелочного числа:
где Кi — показатель состояния моторного масла, балл; n=6 — число определяемых показателей; αi — коэффициент интенсивности изменения i-го показателя за 1 час;
Т — наработка двигателя.
Еще один интегральный показатель — индекс старения (критерий CQ — Condition Quotent), предельное значение которого должно быть меньше или равно 1,5. Критерий CQ определяют по формуле:
СQ = fF/(TBN + 2) или СQ = fF/(SAN + 2)
где fF — содержание в масле загрязнений, нерастворимых в смеси бензола с метанолом; TBN — общее щелочное число масла; SAN –содержание сильных кислот в масле.
В работе [18] в качестве комплексного показателя старения масла предложено отношение прироста вязкости к приросту физической плотности. Оптическая плотность как характеристика работавшего масла используется в виде коэффициента физической стабильности (КФС), определяемого из выражения:
КФС = (Dн — Dк) 100 / Dн
где Dн, Dк — начальная и конечная оптическая плотность верхнего слоя масла (толщина 2 мм) до и после центрифугирования.
Для контроля качества нефтепродуктов внедрена в производство и используются переносная лаборатория КИ-28105 и передвижная лаборатория КИ-28099, позволяющие определять механические примеси, наличие воды, кинематическую вязкость, температуру вспышки в закрытом тигле.
В настоящее время продолжаются экспериментальные исследования с целью разработки прибора, позволяющего по значению одного-двух параметров моторного масла определять его состояние и остаточный ресурс до замены.
С целью выявления параметров моторного масла, в наибольшей степени влияющих на сроки его замены, был проведен анализ 135 литературных источников [19, 20], в которых представлены результаты исследования изменения 33 физико-химических показателей моторного масла в процессе его работы. В ходе их ранжирования были выбраны 10 наиболее значимых (табл. 1).
Таблица 1
Ранжирование по 10 показателям, наиболее часто применяющимся для анализа процесса старения моторного масла
|
№ |
Название показателя качества моторного масла |
Количество литературных источников |
Весовой коэффициент |
|
1. |
Загрязненность механическими примесями |
24 |
0,242 |
|
2. |
Вязкость |
15 |
0,152 |
|
3. |
Диэлектрическая проницаемость |
10 |
0,101 |
|
4. |
Щелочное число |
9 |
0,091 |
|
5. |
Моюще-диспергирующе-стабилизирующие свойства |
8 |
0,081 |
|
6. |
Содержание воды |
8 |
0,081 |
|
7. |
Кислотное число |
7 |
0,071 |
|
8. |
Плотность |
7 |
0,071 |
|
9. |
Оптическая плотность |
6 |
0,061 |
|
10. |
Температура вспышки |
5 |
0,051 |
|
|
Всего |
99 |
1 |
По результатам ранжирования факторов, определяющих работоспособность моторного масла, следует, что с учетом весовых коэффициентов наиболее значимыми являются: загрязненность, вязкость, диэлектрическая проницаемость.
Между изменениями параметров физико-химических свойств моторного масла в процессе эксплуатации и пробегом автомобиля (или временем работы масла в ДВС) существует определенная корреляционная связь. Это дает возможность, используя теорию подобия, установить их взаимозависимость с пробегом автомобиля через величину коэффициента подобия, а, следовательно, и с ресурсом работы масла в двигателе.
Литература:
3. М. Калинин Масло ставит диагноз / Журнал «Новости авторемонта», № 85, 2009 г.
6. Патент РФ 2055318 Способ контроля состояния смазочных материалов и рабочих жидкостей гидросистем
8. Рылякин, Е. Г. Снижение энергозатрат на трение в ресурсоопределяющих сопряжениях гидропривода мобильных машин / Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов // Труды Кубанского государственного аграрного университета. — 2014. — 4(49). — 159–162.
9. Исследование изнашивания прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры / А. В. Новичков, Новиков Е. В., Рылякин Е. Г., Лахно А. В., Аношкин П. И. // Международный научный журнал. — 2014. — № 3. — С. 108–111.
11. Рылякин, Е. Г. Подогрев масла в гидросистеме / Е. Г. Рылякин // Сельский механизатор. — 2014. — № 8. - С.38–40.
12. Зубарев, П. А. Производственный процесс получения защитных полиуретановых покрытий / П. А. Зубарев, А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин // Молодой ученый. — 2014. — № 5. — С. 57–59.
13. Бенуа Г. Ф., Хлюпин Л. А., Манохин Г. К. — Двигателестроение, 1988, № 2, с. 34–36
16. Беленький А. Д. Двигателестроение, 1986, № 9, с. 49–52
18. Шепельский Ю. Л., Певзнер Л. А. — Двигателестроение, 1984, № 7, с. 35–37
19. Долгова Л. А., Салмин В. В. Ранжирование основных параметров работоспособности моторного масла // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/48863
20. Долгова Л. А., Салмин В. В. Методика определения показателей качества моторного масла на основе теории подобия Перспективные направления развития автотранспортного комплекса: сборник статей VIII Международной научно-практической конференции / МНИЦ ПГСХА. — Пенза: РИО ПГСХА, 2014 г., — С. 33.
