УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ МОЮЩИХ СВОЙСТВ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
DEVICE FOR EVALUATION OF WASHING PROPERTIES OF MOTOR OILS

Изобретение относится к устройствам для оценки моющих свойств моторных масел в условиях динамического тонкослойного окисления и может быть использовано в нефтехимической промышленности, в частности в лабораториях при производстве новых видов моторных масел.
Одними из важнейших эксплуатационных свойств моторных масел являются моющие свойства, характеризующие способность масел предотвращать или снижать интенсивность нагаро- и лакообразования на поверхности поршня и поршневых колец двигателей внутреннего сгорания.
Моющие свойства моторных масел оценивают как на моторных установках (установки ПЗВ, ИМ-1, УИМ-6-НАТИ, ОД-9, Д-245), так и на лабораторных. Суть оценки моющих свойств на моторных установках заключается в определении, в баллах, подвижности поршневых колец и загрязненности поверхности поршней с помощью эталонной шкалы после испытаний образца масла в заданных условиях. По окончании испытаний по лакообразованию на поверхности поршня оценивают визуально, сравнением с цветовой эталонной шкалой, уровень моющих свойств моторного масла и выражают в баллах - от 0 (чистый поршень) до 6 (черный от лаковых отложений) (Гришин Н.Н., Середа В.В. Энциклопедия химмотологии. - М.: Издательство «Перо», 2016. - С. 351-353).
Недостатками всех моторных методов являются то, что они очень дорогостоящие и длительные по времени.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и взятым за прототип является лабораторный прибор для динамического тонкослойного окисления масел, содержащий сменный поршень, насаженный на корпус электронагревателя. Корпус электронагревателя выполнен за одно целое с масляной ванной, в которую заливается испытываемое масло. Вдоль оценочной поверхности поршня совершает возвратно-поступательные движения скользящее кольцо, связанное через систему тяг и кривошипный механизм с электромотором, закрепленным на станине. Моющие свойства моторных масел оценивают визуально по цвету образующихся лаковых отложений на оценочной поверхности поршня и выражают в баллах от 0 до 6 по цветовой эталонной шкале (а.с. СССР №258721, МПК G01N, 1969 г.).
Недостатком известного лабораторного прибора является значительная погрешность результатов, обусловленная тем, что скользящее кольцо в нижней мертвой точке осуществляет захват недостаточного объема испытываемого масла, необходимого для равномерного покрытия всей поверхности поршня.
Технический результат - повышение точности и достоверности оценки моющих свойств моторных масел за счет создания условий отбора в нижней мертвой точке скользящего кольца минимально достаточного объема испытываемого масла, необходимого для равномерного покрытия всей оценочной поверхности сменного поршня.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для оценки моющих свойств моторных масел, содержащем установленный на корпусе электронагревателя сменный поршень из материала, применяемого для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, с наружной оценочной цилиндрической поверхностью, соединенное через систему тяг и кривошипный механизм с электроприводом скользящее кольцо, выполняющее возвратно-поступательные движения вдоль наружной оценочной поверхности сменного поршня и контактирующее с испытываемым маслом в обогреваемой масляной ванне, согласно изобретению скользящее кольцо установлено относительно наружной оценочной цилиндрической поверхности сменного поршня с зазором, величина которого зависит от коэффициента линейного расширения материала сменного поршня, и выполнено на верхней плоскости со стороны, прилегающей к оценочной поверхности поршня, с прямоугольной кольцевой выемкой на глубину не более 0,5 высоты скользящего кольца и шириной не более 0,3 ширины скользящего кольца.
На фиг. 1 представлена схема устройства для оценки моющих свойств моторных масел (общий вид устройства в разрезе).
Для пояснения работы устройства приняты следующие обозначения:
D - наружный диаметр сменного поршня;
Н - высота сменного поршня;
d - внутренний диаметр скользящего кольца;
h - высота скользящего кольца;
b - ширина скользящего кольца;
h’ - глубина кольцевой проточки;
b’ - ширина кольцевой проточки;
Δ - радиальный зазор между наружной оценочной цилиндрической поверхностью поршня и внутренним диаметром скользящего кольца;
V’ - условный объем испытываемого масла, заключенного в радиальном зазоре между наружной оценочной цилиндрической поверхностью поршня и внутренним диаметром скользящего кольца по всей высоте поршня;
V - объем испытываемого масла, находящегося в прямоугольной кольцевой выемке.
Устройство для оценки моющих свойств моторных масел содержит сменный поршень 1, изготовленный из алюминиевого сплава или серого чугуна, с наружной оценочной цилиндрической поверхностью 2 (фиг. 1). Поршень 1 свободно устанавливается на корпусе электронагревателя 3 (как вариант, можно использовать нагреватель спирального типа). Скользящее кольцо 4 (как в прототипе) соединено через систему тяг 5 и кривошипный механизм 6 с электроприводом 7 (в качестве электропривода, как вариант, можно использовать однофазный электродвигатель с переменным числом оборотов). Скользящее кольцо 4 совершает возвратно-поступательные движения вдоль наружной оценочной поверхности 2 поршня 1 и контактирует с испытываемым маслом 8 в обогреваемой масляной ванне 9 (как в прототипе).
На скользящем кольце 4, в верхней его плоскости со стороны, прилегающей к оценочной поверхности 2 поршня 1, выполнена прямоугольная кольцевая выемка 10. Кольцевая выемка 10 позволяет в нижней мертвой точке скользящего кольца 4 захватывать из масляной ванны 9 такой минимально достаточный объем испытываемого масла 8, который необходим для равномерного покрытия всей поверхности 2 поршня 1 маслом 8. Глубина выполненной прямоугольной кольцевой выемки 10 - не более 0,5h, ширина - не более 0,3b.
Например, как вариант, для скользящего кольца 4 с толщиной b=10 мм и высотой h=10 мм геометрические размеры выполненной выемки 10 должны быть h'≤5 мм, b’≤3 мм.
Для обеспечения условий отбора в нижней мертвой точке скользящего кольца 4 минимально достаточного объема испытываемого масла 8, необходимого для равномерного покрытия всей оценочной поверхности 2 сменного поршня 1, объем прямоугольной кольцевой выемки 10 должен быть больше или равен условному объему масла, заключенного в радиальном зазоре Δ между наружной оценочной цилиндрической поверхностью поршня D и внутренним диаметром d скользящего кольца по всей высоте Н поршня:
3
Например, как вариант, для скользящего кольца 4 с внутренним диаметром d=49,3±0,02 мм, сменного поршня 1 высотой Н=55 мм и наружным диаметром D=49,0±0,02 мм объем кольцевой выемки 10 должен быть V≥1273,2 мм.
Величина радиального зазора зависит от коэффициента линейного расширения материала сменного поршня 1, который определяется по справочным таблицам исходя из материала поршня 1 и температуры нагрева.
Совокупность известных (соединенное через систему тяг и кривошипный механизм с электроприводом скользящее кольцо совершает возвратно-поступательные движения вдоль наружной оценочной поверхности установленного на корпус электронагревателя сменного поршня и контактирует с испытываемым маслом в обогреваемой масляной ванне) и отличительных (скользящее кольцо установлено относительно наружной оценочной цилиндрической поверхности сменного поршня с зазором, зависящим от коэффициента линейного расширения материала сменного поршня, и выполнено с прямоугольной кольцевой выемкой) признаков позволила создать условия отбора в нижней мертвой точке скользящего кольца 4 минимально достаточного объема испытываемого масла 8 из обогреваемой масляной ванны 9, необходимого для равномерного покрытия всей оценочной поверхности 2 сменного поршня 1.
Устройство для оценки моющих свойств моторных масел работает следующим образом.
Образец испытываемого масла 8 заливается в ванну 9. На корпус электроподогревателя 3 устанавливается сменный поршень 1. Включается электроподогрев. После достижения заданных температур (определяется в зависимости от группы испытываемого масла) запускается электропривод 7, обеспечивающий возвратно-поступательное движение скользящего кольца 4 вдоль наружной оценочной цилиндрической поверхности 2 поршня 1 до его полного погружения в исследуемое масло 8.
При положении скользящего кольца 4 в нижней мертвой точке выполненная в кольце 4 прямоугольная кольцевая выемка 10 заполняется испытываемым маслом 9. При движении кольца 4 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке и обратно масло наносится тонким слоем на наружную оценочную поверхность 2 поршня 1, при этом излишки масла очищаются с наружной оценочной поверхности 2, стекая в ванну 9.
Испытания ведутся в условиях свободного доступа воздуха к наружной оценочной поверхности 2 поршня 1, скользящему кольцу 4 и поверхности испытываемого масла 8. Во время работы устройства на нагретую наружную оценочную поверхность 2 поршня 1 наносятся обновляющие порции испытываемого масла, которое под воздействием высокой температуры и кислорода воздуха интенсивно окисляется, образуя на наружной оценочной поверхности 2 поршня 1 лаковые отложения.
По окончании испытаний, как и в прототипе, моющие свойства испытываемого моторного масла оценивают визуально по цвету образовавшихся лаковых отложений на оценочной поверхности 2 сменного поршня 1 и выражают в баллах от 0 до 6 по цветовой эталонной шкале.
Полученные результаты на заявляемом устройстве позволяют сделать вывод, что за счет создания условий забора скользящим кольцом минимально достаточного объема испытываемого масла, необходимого для равномерного покрытия всей оценочной поверхности сменного поршня, повышается точность оценки моющих свойств моторных масел, а на устройстве-прототипе (при отсутствии на скользящем кольце 4 кольцевой выемки 10) оценочная поверхность 2 сменного поршня 1 покрывается испытываемым маслом не полностью, а отдельные зоны оценочной поверхности 2 остаются без пленки, что делает результат испытаний недостоверным. Цикл испытаний в данном случае необходимо повторять.
Таким образом, за счет совокупности использования известных узлов и введения дополнительных элементов (установка скользящего кольца 4 с кольцевой проточкой 10 относительно наружной оценочной цилиндрической поверхности 2 сменного поршня 1 с зазором, зависящим от коэффициента линейного расширения материала сменного поршня 1) достигается равномерное распределение испытываемого масла 8 на всей оценочной поверхности 2 сменного поршня 1, что в свою очередь повышает точность оценки моющих свойств моторных масел, увеличивает сходимость полученных результатов повторных испытаний, сокращая при этом число повторных испытаний, а также снижает энерго- и трудозатраты при проведении испытаний одного образца испытываемого моторного масла.