Методика оценки ресурса моторных масел

УДК 621.892 В.И. Верещагин, Б.И. Ковальский, А.С. Попов

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РЕСУРСА МОТОРНЫХ МАСЕЛ

В статье предложена методика испытания отработанных моторных масел на термоокислительную стабильность, приведены результаты испытания частично синтетических и синтетических масел, предложены критерии определения отработанного ресурса и состояния фильтрующих элементов.

Ресурс работающего моторного масла зависит от конструкции двигателя, степени его форсирования, технического состояния цилиндропоршневой группы, режимов работы двигателя, состояния системы фильтрации и охлаждения, а также от качества самого масла.

В процессе эксплуатации двигателя моторные масла загрязняются продуктами окисления, износа, а также неполного сгорания топлива. Эти факторы оказывают существенное влияние на ресурс работы самого масла.

В настоящее время ресурс работы моторного масла устанавливается заводами-изготовителями на основе моторных и полигонных испытаний, и регламентируется в километрах пробега или мотто-часах. Такая система несовершенна, так как не учитывает вышеуказанные факторы. Например, на ресурс работы моторного масла оказывает влияние система доливов (вследствии угаров) и герметичность масляной системы. При частых доливах масло частично восстанавливает свои свойства, а, значит, ресурс его работы увеличивается, однако существующая система планово-предупредительных ремонтов (ППР) этого обстоятельства не учитывает, а моторные масла не вырабатывают назначенный ресурс.

Целью настоящей работы является разработка методики и обоснование критерия определения отработанного ресурса работавших масел.

Методика исследования заключалась в испытании отработанных и слитых при техническом обслуживании моторных масел на термоокислительную стабильность. Для этого проба отработанного моторного масла массой 100 ± 0,1 г заливалась в стеклянный стаканчик, термостатировалось при температуре 1800С, а в процессе испытания перемешивалась стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 ± 2 об/мин. Перед испытаниями проба исходного отработанного масла фотометрировалась, определялась вязкость, а затем центрифугировалась и повторно фотометрировалась для определения коэффициента поглощения светового потока. При испытании пробы отработанного масла на термоокислительную стабильность в течение 20 ч для анализа отбирались пробы масла через 3, 8, и 14 ч, которые подвергались фотомерированию и определению вязкости.

Предлагаемая методика испытания отработанных моторных масел на термоокислительную стабильность позволяет выявить влияние качественного и количественного состава эксплуатационных примесей на изменение вязкости и оптических свойств.

Поскольку фотометрирование позволяет определить общую загрязненность масел в процессе эксплуатации, то статистическая обработка данных при фотометрировании слитых при техническом обслуживании масел позволяет установить предельные значения оптической плотности для каждого типа механизма. В этой связи использование фотометрии в условиях эксплуатации техники экономически оправдано, так как замена масел производится с учетом условий и режимов эксплуатации техники, её технического состояния и производительности системы очистки.

В качестве критерия определения отработанного ресурса (работоспособности) предложен коэффициент (Пр), определяемый выражением

Пр =

где Кпо, Кпц - коэффициент поглощения светового потока соответственно пробы окисленного и работавшего масла после его центрифугирования; ро/р - соответственно вязкость окисленной и исходной проб работавшего масла.

Измерение вязкости пробы работавшего масла до и после его окисления позволяет определить, насколько отработанный маслом ресурс влияет на изменение вязкости после его окисления. Чем больший ресурс отработало масло, тем его вязкость после окисления будет больше, так как энергетический потенциал при эксплуатации им израсходован, и оно не может сопротивляться окислению. Поэтому отношение вязкости после окисления работавшего масла к вязкости исходной пробы определяет, насколько условия эксплуатации техники повлияли на изменение этого показателя. Кроме того, если вязкость проработавшего масла превысила на 25% вязкость товарного, то данное масло необходимо сменить, поскольку оно отработало свой ресурс, а дальнейшее его использование вызывает повышение механических потерь.

Центрифугирование пробы работавшего масла с последующим фотометрированием и определением коэффициента поглощения светового потока отцентрифугированной пробы позволяет оценить состояние системы фильтрации двигателя внутреннего сгорания и диспергирующие свойства работавшего масла.

Состояние фильтрующих элементов можно выразить коэффициентом (Кф), определяемым выражением

Кф = Кп-Кпц ,

где Кп и Кпц - соответственно коэффициенты поглощения светового потока исходной пробы отработанного масла и после центрифугирования соответственно.

Чем больше загрязнен масляный фильтр, тем меньше его производительность, а, значит, в работавшем масле накапливаются эксплуатационные загрязнения, которые при центрифугировании выпадают в осадок и масло осветляется, а коэффициент поглощения светового уменьшается. Эксплуатация масел с большей концентрацией примесей приводит к загрязнению масляной системы, маслопроводящих каналов и режимов смазки, что в целом влияет на долговечность узлов трения.

Результаты анализа состояния масляных фильтров по коэффициенту Кф сведены в табл. 1. Значение коэффициента Кф находятся в пределах 0,033 до 0,377 ед., что указывает на целесообразность и возможность контроля состояния фильтрующих элементов с применением предлагаемой методики. Статистическая обработка большого количества данных позволит установить оптимальное значение коэффициента Кф.

Диспергирующие свойства масел определяются концентрацией моющих присадок, поэтому по плотности осадка после центрифугирования пробы работавшего масла можно косвенно судить о наличии моющих присадок. При их отсутствии осадок становится плотным и плохо смывается из дна кюветы центрифуги.

Таблица 1

Результаты анализа состояния фильтрующих элементов

№ п/п Марка, автомо- биля Марка масла Пробег, км Оптические свойства К К о і К

Кп исх Кп ц

1 2 3 4 5 6 7

1 Toyota Camri Ravenol VSI (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API SJ/CF/EC 72600 (12000) 0,24 0,177 0,063

2 Toyota Premio Visco BP 5000 (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API - SJ/ CF 164650 (14000) 0,38 0,154 0,266

3 Nissan Cub BP Visco 3000 I (частично синтетическое) масло SAE10W-40; API SJ/CF 96750 (7000) 0,457 0,08 0,377

4 Toyota Caldina BP Visco 3000 I (частично синтетическое) масло SAE10W-40; API SJ/CF 69752 (10000) 0,267 0,1 0,187

5 Toyota Sprinter Castrol GTX Magnatec (полностью синтетическое масло SAE 5W-40; API SL/CF 200100 (10000) 0,267 0,12 0,147

6 Toyota Carolla ТНК Magnum Synthetic (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API SL/CF 94754 (10000) 0,287 0,134 0,153

7 Sudzuki Esskudo ТНК Magnum Synthetic (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API SL/CF 18 О 00 О О) О "vi ) 0,393 0,227 0,166

8 Subaru Legasi Castrol GTX Magnatec (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API SL/CF 16 о со о со о о ) 0,493 0,22 0,273

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7

9 Toyota Sprinter Texaco Havoline Synthetic (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API SJ/CF 172560 (9000) 0,233 0,114 0,119

10 ВАЗ 2101 Ravenol HCS (частично синтетическое) масло sAe 5W - 40; API - SL/CF 102800 (11000) 0,4 0,247 0,153

11 Toyota Nadia Castrol GTX Magnatec (частично синтетическое) масло; SAE10W-40; API SL/CF 117260 (10000) 0,427 0,254 0,173

12 ВАЗ 2114 Texaco Havoline Synthetic (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API SJ/CF 35922 (10000) 0,607 0,234 0,373

13 Toyota Carolla ESSO Ultron (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40;APISL/CF 159240 (20000) 0,08 0,047 0,033

14 Toyota Carolla TEXACO HAVOLINE ENERGY (топливосберегающее) масло SAE 5W-30; API SL/EnergyConserving 154458 (16000) 0,533 0,234 0,299

15 Toyota Duet Visco BP 5000 (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API - SJ/ CF 162176 (10000) 333 0,174 0,159

16 Toyota Texaco Havoline Synthetic (полностью синтетическое) масло SAE 5W-40; API SJ/CF 54400 (9000) 0,187 0,074 0,113

17 Toyota Caldina ESSO Ultra (частично синтетическое) масло SAE 10W- 40; API SJ/CF; API SH/EC 159700 (10000) 0,367 0,267 0,1

Испытание работавших масел на термоокислительную стабильность с последующим фотометриро-ванием и определением коэффициента поглощения светового потока позволяет косвенно установить наличие в работавшем масле антиокислительных присадок. Поэтому разность между коэффициентами поглощения светового потока после окисления и центрифугирования исходного работавшего масла (Кпо - Кпц) характеризует сопротивляемость масла окислению. На рис. 1-2 приведены зависимости коэффициента Кпо поглощения светового потока от времени испытания синтетических и частично синтетических работавших моторных масел при температуре 180°С. Первая точка зависимостей на оси ординат для всех исследуемых масел определяет коэффициент поглощения светового потока исходных отработанных масел. После 3 ч испытания на термоокислительную стабильность коэффициент поглощения светового потока резко увеличивается. Такое скачкообразное изменение коэффициента поглощения светового потока при окислении масел вызвано уменьшением их внутренней энергии, которая зависит от отработанного им времени в механизме. Здесь наблюдается связь между отработанным ресурсом и амплитудой скачка в изменении коэффициента поглощения светового потока.

Физический смысл предлагаемого показателя оценки (Пр) работоспособности смазочных материалов заключается в том, что он учитывает внутреннее их энергетическое состояние с учетом базовой основы, из которых они производятся, и легирующих присадок, придающих им необходимые свойства. В процессе работы механизма смазочное масло расходует внутреннюю энергию на сопротивление внешним воздействиям, действующим на механическую систему (условия эксплуатации, нагрузочно-скоростные и температурные режимы), поэтому вязкость и коэффициент поглощения светового потока в процессе эксплуатации изменяются. Чем больше израсходована внутренняя энергия масла, тем больше изменяются эти параметры.

Предел работоспособности моторных масел по коэффициенту Пр должен находиться для синтетических и частично синтетических масел в пределах 0,5-0,6 и при достижении этого значения масло должно заменяться новым. Предлагаемый способ является универсальным и применим для моторных, трансмиссионных, гидравлических и индустриальных масел. Для этого необходимо установить предельные значения коэффициента работоспособности Пр.

Коэффициент работоспособности Пр показывает, на какую величину изменяется внутренняя энергия смазочного материала при испытании его на термоокислительную стабильность в течение 3 ч при температуре 180°С. Поэтому, чем меньше значение коэффициента Пр, тем большей потенциальной энергией обладает данный смазочный материал и тем больше он способен сопротивляться внешним воздействиям, дей-

ствующим на механическую систему. И, наоборот, чем больше значение коэффициента Пр, тем меньшей потенциальной энергией обладает контролируемое масло, тем меньше оно может противостоять внешним воздействиям, а значит и его ресурс будет меньше.

Рис. 1. Зависимость коэффициента поглощения светового потока от времени испытания отработанных моторных синтетических масел

Рис. 2. Зависимость коэффициента поглощения светового потока от времени испытания отработанных моторных частично синтетических масел

Результаты испытания отработанных масел по предлагаемой методике для синтетических моторных масел приведены в табл. 2, а для частично синтетических в табл. 3.

Из табл. 2 видно, что наибольшему изменению коэффициента работоспособности Пр подвержены синтетические масла № 7-11, а из числа частично синтетических масла № 9-11 (табл. 3). Это значит, что при данном температурном режиме сопротивляемость данных масел окислению низкая. Наибольшей сопротивляемостью окислению характеризуются синтетические масла № 1-6 и частично синтетические масла № 1-8, которые имеют резерв ресурса, который не использован.

Коэффициент работоспособности учитывает склонность отработанных масел к окислению и влияние продуктов окисления на изменение вязкости и оптических свойств.

Разработанная методика испытания отработанных моторных масел позволяет применять в условиях эксплуатации автотранспорта два новых эксплуатационных показателя: отработанный ресурс и состояние фильтрующих элементов и тем самым повысить эффективность использования моторных масел и снизить эксплуатационные затраты.

Для применения разработанной методики испытания работающих моторных масел на эксплуатационных предприятиях необходимо их оснастить прибором для определения термоокислительной стабильности, вискозиметром, фотометром и центрифугой. Данные приборы просты, в эксплуатации не требуют высококвалифицированных специалистов, однако внедрение их в эксплуатацию позволит повысить эффективность использования смазочных материалов и снизить эксплуатационные затраты.

Таблица 2

Результаты испытания отработавших синтетических моторных масел

№ п/п Дата прове- дения испыта- ния Марка масла Коэффициент поглощения светового потока, Кпо Вязкость, сСт цо/ц Пр = (Кпо -Кпц)цо /ц

После окис- ления, Кпо После центри- фугиро- вания, Кпц Темпера-тура испытания, С0 исход ного масла, ц после окисления, До

1 21.03.06 Ravenol HCS SAE 5W - 40 API - SL/CF 0,296 0,133 180 12,79 12,05 0,942 0,153

2 28.03.06 BP VISSCO 3000 SAE 10W-40 ; API -SJ/ CF 0,313 0,106 180 13,04 13,78 1,056 0,218

3 15.03.06 TEXACO HAVOLINE EXTRA SAE 10W-40; API - SJ/CF 0,38 0,206 180 12,30 16,05 1,304 0,227

4 6.04.06 SAE 10W40 APISL/SF; 0,346 0,13 180 11,66 12,40 1,063 0,229

5 23.09.06 ТНК СУПЕР SAE 5W40 API -SL/CF 0,34 0,101 180 9,288 11,709 1,260 0,301

6 05.10.06 ESSO Ultra SAE 10W- 40 API -SJ/CF 0,387 0,08 180 8,794 10,721 1,219 0,374

7 10.11.06 RAVENOL Teilsyn-thetic SAE 10W- 40; API - SM/CF 0,474 0,104 180 9,733 10,276 1,055 0,390

8 22.03.06 RAVENOL Teilsyn-thetic TSI SAE 10W-40 API - SM/CF 0,53 0,133 180 12,10 12,00 0,991 0,393

9 29.09.06 TEXACO HAVOLINE SAE 10W- 40 API -SJ/CF 0,58 0,154 180 12,747 12,845 1,007 0,429

10 16.03.06 ESSO Ultra SAE 10W- 40; API -SJ/CF 0,566 0,106 180 10,82 12,64 1,168 0,537

11 16.10.06 ESSO Ultra SAE 10W- 40 API -SJ/CF 0,994 0,274 180 6,521 7,509 1,151 0,829

Таблица 3

Результаты испытания отработанных частично синтетических моторных масел

№ п/п Дата проведения испытания Марка масла Коэффициент поглощения светового потока, Кпо Вязкость, сСт цо/ц Пр = (Кпо -Кпц)цо/ц

После окисле- ния, Кпо После центрифугирования, Кпц Темпе- ратура испы- тания, С0 исход- ного масла, ц после окисле- ния, до

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 30.10.06 Mobil 1 Rally Formula SAE 5W- 50; API -SJ/CF; 0,147 0,034 180 9,782 11,511 1,176 0,132

Окончание табл. 3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 7.11.06 BP VISSCO 5000 SAE 5W-40; API - SJ/CF 0,284 0,13 180 8,965 8,893 0,991 0,157

3 27.03.06 Castrol GTX Magnatec SAE 5W 40; API -SL/C 0,3 0,093 180 9,93 10,27 1,034 0,214

4 12.10.06 Shell Helix Ultra SAE 0W- 40 u API - SL/CF 0,307 0,1 180 10,523 11,017 1,046 0,216

5 10.09.06 CASTROL Formula RS Racing Syntec SAE 10W- 60 u API SL/C 0,4 0,087 180 16,304 17,045 1,045 0,327

6 3.04.06 SAE 5W40; API -SL/SF 0,44 0,12 180 9,04 9,88 1,092 0,349

7 30.10.06 CASTROL TXT Softec Plus SAE 5W-30 u API - SJ/CF 0,534 0,117 180 8,349 8,399 1,005 0,419

8 23.09.06 Texaco HAVOLINE SYNTHETIC SAE 5W-40 API - SJ/CF 0,533 0,094 180 8,992 9,090 1,010 0,443

9 5.10.06г. ESSO Ultron SAE 5W-40 API SJ/CF 0,4 0,014 180 9,881 11,956 1,209 0,467

10 17.10.06 Mobil 1 Rally Formula (SAE 5W-50; API -SJ/CF API - SH/EC 0,6 0,2 180 12,994 16,205 1,247 0,498

11 29.09.06 ESSO Ultron SAE 5W-40; API - SJ/CF 0,594 0,513 180 10,820 12,648 1,168 0,515

УДК 621.895(075) В.В. Хомайко, Б.И. Ковальский Ю.Н. Безбородов

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ МИНЕРАЛЬНОГО МАСЛА М-10-Г2К И ЕГО СМЕСИ С 5% СИНТЕТИЧЕСКОГО МАСЛА CASTROL 0W-30 SL/CF

Приведены результаты испытания смеси минерального масла М-10-Г2к с 5% синтетического Castrol 0w-30 SL/CF на термоокислительную стабильность, предложен энергетический критерий процесса окисления и физическая модель определения температуры начала окисления.

Сложный комплекс требований, предъявляемых к современным моторным маслам, способствует широкому производству синтетических масел, имеющих ряд преимуществ по сравнению с нефтяными. Преимущества синтетических масел заключаются в лучших низкотемпературных свойствах, термической и окислительной стабильности, однако они уступают нефтяным маслам по растворяющей способности относительно присадок. Для улучшения эксплуатационных свойств нефтяных масел их смешивают с синтетическими и называют частично синтетическими.

При эксплуатации автотранспорта в зимний период времени важное значение имеют пусковые свойства моторных масел и их температура застывания, поэтому добавляя к минеральным маслам синтетическое можно корректировать эти параметры.

Важным эксплуатационным показателем моторных масел является температура начала окисления, определяющая ресурс их работоспособности, поэтому решение задач по обеспечению удовлетворительных