УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКИМИ ПРИМЕСЯМИ МОТОРНОГО МАСЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам для оценки качества моторного масла и может быть использовано в нефтяной, автомобильной, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности, где необходимо контролировать качество моторных масел.
Известен шариковый вискозиметр жидкости для оценки ее качества, содержащий сосуд, шарики, систему измерения, снабженную призматическими искательными головками импульсного ультразвукового дефектоскопа, сигнализирующее устройство которого связано через триггер и реле с электросекундомером [1].
Однако, его недостаток в том, что в данном устройстве не учитывается работа ультразвукового дефектоскопа, который путем ультразвукового воздействия на масло, может вызвать формирование областей сгущения молекул его присадок, что приведет к значительным погрешностям в измерениях.
Известен также вискозиметр для оценки качества масел, содержащий емкость для исследуемой жидкости, установленное внутри емкости с возможностью вертикального перемещения рабочее тело, в виде диска, экран, перемещающийся вместе с рабочим телом, регистратор времени падения рабочего тела и нагревательный элемент со стабилизатором температуры [2].
Недостаток его заключается в том, что это устройство используется только для измерения вязкости и не дает четкой картины о содержании в исследуемых жидкостях механических примесей.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения вязкости жидкости, с целью экспресс - оценки ее качества, содержащее емкость для исследуемой жидкости, нагревательный элемент, в виде ультразвукового излучателя с генератором, стабилизатор температуры, рабочее тело с экраном, установленное внутри емкости с возможностью вертикального перемещения
вниз под действием силы тяжести и регистратор времени падения рабочего тела [3].
Недостаток этого технического решения заключается в том, что это устройство дает интегрированную оценку содержания в масле механических примесей, без контроля природы возникновения загрязнения (является ли загрязнение масла результатом износа деталей двигателя с образованием в масле металлических частиц, или же оно носит характер старения масла с образованием в нем угарных частиц).
Задача, на решение которой направлена полезная модель заключается в создании устройства, для оценки загрязненности механическими примесями моторного масла с использованием ультразвука.
В масле, находящемся в масляной системе двигателей, происходят непрерывные количественные и качественные изменения. Количественные изменения происходят за счет угара его в цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) двигателя. Качественные изменения, известные под общим названием «старение масла», складываются из целого ряда физических и химических процессов, протекающих в масляной системе, например, окисление, загрязнение масла и расход присадок [4]. Механические примеси накапливаются в моторном масле в процессе эксплуатации в результате попадания пыли с засасываемым воздухом или через неплотности картерного пространства, а также вследствие образований нерастворимых продуктов окисления и износа деталей ЦПГ [5].
Технический результат от использования полезной модели связан с оценкой загрязненности моторного масла механическими примесями и ее природы при эксплуатации его в двигателе, что позволяет определять оставшийся ресурс масла и сроки его замены, а также возможные причины его загрязнения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для оценки загрязненности механическими примесями моторного масла двигателя внутреннего сгорания, содержащее емкость для исследуемой жидкости, нагревательный
элемент, выполненный в виде ультразвукового излучателя с генератором, стабилизатор температуры, рабочее тело с экраном, установленное внутри емкости с возможностью вертикального перемещения вниз под действием силы тяжести и регистратор времени падения рабочего тела, снабженный расположенными на вертикальной линии светодиодами, оптически связанными с экраном, перемещающимся вместе с рабочим телом, регистратор времени перемещения рабочего тела выполнен в виде трех пар светодиодов, установленных вертикально по траектории падения рабочего тела, таким образом, что измерение времени перемещения рабочего тела в исследуемой емкости осуществляется раздельно в верхней и нижней ее частях. При этом каждая пара светодиодов установлена с возможностью изменения положения по вертикали.
Использование в устройстве ультразвукового излучения позволяет достоверно судить о качестве моторного масла из-за возможности использования эффекта остаточной вязкости, заключающегося в том, что масла, предварительно нагретые до одной и той же температуры различными способами, после отключения нагревателей остывают и, соответственно, меняют вязкость по-разному. В маслах, нагретых ультразвуком, вязкость выше, чем в маслах нагретых до той же температуры термически. Масло, нагретое ультразвуком, сохраняет остаточную вязкость, которая вызвана образованием контактов и перехлестов между молекулами присадок масла при прохождении фронта ультразвуковой волны индуцированной ультразвуком. Таким образом, при прогревании масла ультразвуком наряду с чисто тепловым действием происходит пространственное перераспределение расположения и ориентации молекул присадок, что и приводит к эффекту остаточной вязкости. При этом необходимо учитывать, что эффект остаточной вязкости выражен наиболее ярко только при определенной оптимальной температуре, которая для каждого сорта масла является своей.
Чем больше срок эксплуатации масла, тем больше в нем механических примесей, в том числе взвешенных частиц металлической (продукты износа
деталей ЦПГ) и угарной природы (нерастворимые продукты окисления). При этом частицы угарной природы распределены в слое масла равномерно, а частицы металлической природы, как частицы с большей плотностью, распределены, в основном, в нижних слоях пробы масла. При воздействии на диагностируемое масло ультразвуком все частицы начинают двигаться в слое масла и разрушать разветвленную структуру присадок, что влияет на вязкость масла. При этом предполагается, что часть частиц, приблизительно половина, с меньшей плотностью, т.е. частиц угарной природы, передвигается в верхние слои масла. А оставшаяся их часть и частицы с большей плотностью, т.е. металлические частицы, располагаются в нижних слоях масла. Таким образом, вязкость масла по высоте емкости для исследований будет неодинакова. Следовательно, время прохождения рабочим телом верхнего и нижнего участка емкости, наполненной испытуемом маслом, будет различным.
На фигуре изображено устройство для оценки загрязненности механическими примесями моторного масла двигателя внутреннего сгорания.
Устройство состоит из излучателя ультразвука 1 с подключенным к нему ультразвуковым генератором 2 и измерительной прозрачной емкости 3 (съемного стакана), в которую заливают пробу масла. Температуру масла измеряют терморезистором 6, подключенным к милливольтметру 7 и доводят до необходимого значения при помощи ячейки 4 и термостата 5. Плоское рабочее тело 15 закреплено на штоке 17 с возможностью вертикального перемещения вниз под действием силы тяжести. Экран 16, по которому засекается время прохождения телом слоя масла, неподвижно закреплен на штоке. В верхнем положении шток фиксируется электромагнитом 18. Регистратор времени падения рабочего тела состоит из первого электронного секундомера 8 и подключенных к нему верхнего светодиода 10 и среднего светодиода 11, и второго электронного секундомера 9 и подключенных к нему среднего светодиода 11 и нижнего светодиода 12. Светодиоды закреплены на стойке 14, с возможностью регулировки их по высоте при помощи фиксаторов 13.
Устройство работает следующим образом. При проведении оценки загрязненности
моторного масла механическими примесями из картера двигателя берут пробу масла, которую делят на две части. Одну часть масла заливают в емкость 3, температуру масла определяют терморезистором 6, подключенным к милливольтметру 7. Включают излучатель ультразвука 1 подключенный к ультразвуковому генератору 2, позволяющему менять плотность потока мощности ультразвуковых колебаний в непрерывном и импульсном режимах, и обрабатывают масло до достижения им оптимальной температуры. В момент отключения ультразвукового генератора 2, срабатывает электромагнит 18, удерживающий шток 17 в верхнем положении, и плоское рабочее тело 15, закрепленное на штоке с экраном 16, опускается вниз под действием силы тяжести. При прохождении экрана мимо верхней пары светодиодов 10 включается первый электронный секундомер 8, регистрирующий время перемещения рабочего тела в верхней части измерительной емкости. При прохождении экраном мимо средней пары светодиодов 11 выключается первый электронный секундомер 8, и включается второй электронный секундомер 9, фиксирующий время перемещения рабочего тела в нижней части измерительной емкости. При прохождении экрана мимо нижней пары светодиодов 12 выключается второй электронный секундомер. Вторую часть масла заливают в измерительную емкость, определяют его температуру терморезистором и осуществляют термический нагрев масла до оптимальной температуры при помощи ячейки 4 и термостата 5, которые также используют для стабилизации температуры при исследованиях. Дальнейшие исследования проводят по описанной выше методике.
По разности времен перемещения рабочего тела в верхней половине измерительной емкости и нижней, по калибровочным графикам зависимости разности времен перемещения рабочего тела от степени загрязненности масла, определяют загрязненность масла механическими примесями, т.е. концентрацию частиц угарной природы и металлической природы. Проделав все необходимые вычисления, анализируют, каких частиц в масле преобладающее количество и решают вопрос о дальнейшей целесообразности использования
данного моторного масла.
К устройству прилагаются калибровочные графики зависимости разности времен перемещения рабочего тела от степени загрязненности наиболее распространенных марок масел.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №362229, кл. G 01 N 11/10, 1971.
2. Авторское свидетельство СССР №1741019А1, кл. G 01 N 11/10, 1992.
3. Патент RU №2263892, кл. G 01 N 11/10,2005.
4. Полканов И.П., Холманов В.М. «Применение моторных масел и смазочных материалов в сельском хозяйстве»., Методические указания., Ульяновский сельскохозяйственный институт, 1985.
5. Остриков В.В., Тупотилов Н.Н. «Смазочные материалы и изменение их свойств при эксплуатации сельскохозяйственной техники»., Методические указания, Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ВИИТиН)., Тамбов, 2002.