СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
METHOD FOR DETERMINING INTENSITY OF OXIDATION PROCESSES OF LUBRICATING OILS

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для определения механизма процессов окисления товарных смазочных масел или механизма старения работающих.
Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, заключающийся в том, что смазочный материал постоянной массы нагревают в термостойком стакане, как минимум при трех температурах, превышающих температуру начала окисления, и перемешивают стеклянной мешалкой с постоянной скоростью вращения не более 12 часов, причем через равные промежутки времени отбирают пробы для фотометрирования, определяют коэффициент поглощения светового потока окисленного масла и испаряемость взвешиванием пробы до и после испытания, строят графические зависимости этих параметров от температуры испытания, а термоокислительную стабильность смазочного материала определяют по критической температуре работоспособности, температуре начала окисления и температуре начала испарения (Патент РФ №2274850 С1, дата приоритета 30.08.2004, дата публикации 20.04.2006, авторы: Ковальский Б.И. и др. RU).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, принятый в качестве прототипа, согласно которому пробу смазочного материала испытывают в течение постоянного времени от максимальной температуры, превышающей температуру начала окисления с последующим ступенчатым ее понижением до значения, при котором наступает стабилизация коэффициента поглощения светового потока, затем температуру испытания смазочного материала ступенчато повышают до максимальной и повторно ее снижают до стабилизации коэффициента поглощения светового потока, установленный цикл изменения температуры повторяют до принятого значения коэффициента поглощения светового потока, отбирают пробу окисленного смазочного материала после каждой температуры испытания, фотометрируют, определяют коэффициент поглощения светового потока, испаряемость, скорость окисления и ее приращение, строят графические зависимости приращения скорости окисления и испаряемости от температуры испытания и скорости окисления смазочного материала от коэффициента поглощения светового потока, а термоокислительную стабильность испытуемого смазочного материала определяют по количеству циклов колебаний приращения скорости окисления до установленного значения коэффициента поглощения светового потока и по предельной температуре работоспособности, определяемой температурой, при которой приращение скорости окисления и испаряемости равны нулю (Патент РФ №2318206 С1, дата приоритета 15.06.2006, дата публикации 27.02.2008, авторы: Ковальский Б.И. и др. RU, прототип).
Недостатком аналога и прототипа является то, что известные способы обладают недостаточной информативностью об интенсивности процессов окисления, так как не учитывают влияние состава продуктов окисления.
Задачей изобретения является повышение информативности способа за счет оценки влияния продуктов окисления на интенсивность процессов окисления.
Для решения поставленной задачи в способе определения интенсивности процессов окисления смазочных масел, включающем нагревание пробы испытуемого смазочного масла постоянной массы, перемешивание, фотометрирование, определение коэффициента поглощения светового потока окисленным смазочным маслом и испаряемости взвешиванием до и после испытания, построение графических зависимостей, по которым определяют параметры процессов окисления, согласно изобретению пробы смазочного масла постоянной массы термостатируют минимум при трех температурах с перемешиванием, через установленное постоянное время пробу окисленного смазочного масла взвешивают, определяют массу испарившегося масла и коэффициент испаряемости как отношение массы испарившегося масла к массе пробы до испытания, отбирают часть окисленной пробы для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока, по полученным данным коэффициента поглощения светового потока и коэффициента испаряемости определяют показатель термоокислительной стабильности как их сумму, определяют приращение скорости изменения показателя термоокислительной стабильности как частное от деления приращения показателя термоокислительной стабильности за установленное постоянное время к этому времени окисления, строят графические зависимости показателя термоокислительной стабильности и приращения скорости его изменения от времени окисления и приращения скорости изменения показателя термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока, по которым определяют интенсивность процессов окисления от времени окисления, коэффициента поглощения светового потока и температуры окисления.
2к
На фиг. 1а, б, в представлены зависимости показателя термоокислительной стабильности (а), приращения скорости его изменения (б), от времени и температуры окисления и приращения скорости изменения показателя термоокислительной стабильности (в) от коэффициента поглощения светового потока и температуры окисления минерального моторного масла М-10Г: 1 - 180°C; 2 - 170°C; 3 - 160°C; на фиг. 2а, б, в приведены те же зависимости для частично синтетического моторного масла Роснефть maximum 10W-40 SL/CF при тех же температурах; на фиг. 3а, б, в приведены те же зависимости для синтетического моторного масла Engine Oil 5W-30 SN/CF при тех же температурах; на фиг. 4 приведены зависимости приращения скорости изменения коэффициента поглощения светового потока от пробега автомобиля, работавшего на синтетическом моторном масле Ravenol 5W-40 SM/CF (два пробега).
Способ определения интенсивности процессов окисления смазочных масел осуществляется следующим образом.
G
п
Пробы исследуемого смазочного масла постоянной массы термостатируют при температурах, например, для моторных масел 180, 170, 160°C с перемешиванием. Температура испытуемой пробы и частота вращения мешалки поддерживаются автоматически на заданном уровне. Испытания проводят в течение постоянного времени, а продолжительность определяется временем достижения коэффициента поглощения светового потока значений 0,7-0,8. После каждого установленного времени окисления проба окисленного смазочного масла взвешивается, определяется масса испарившегося смазочного масла, определяется коэффициент испаряемости K как отношение массы испарившегося смазочного масла к его массе до испытания. Отбирается часть пробы для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока К
о
где ϕ - монохроматический световой поток, падающий на слой смазочного масла в кювете; ϕ - световой поток, прошедший через слой окисленного смазочного масла.
По результатам испаряемости и фотометрирования определяется показатель термоокислительной стабильности П
n
G
П=K+K.
п
Этот показатель учитывает сопротивляемость испытуемого смазочного масла окислению и испарению. Затем определяется приращение скорости изменения показателя термоокислительной стабильности ΔV от установленного постоянного времени испытания
2
1
1
2
П и П - значения показателя термоокислительной стабильности, полученные при времени окисления соответственно t и t.
По полученным экспериментальным данным строят графические зависимости показателя термоокислительной стабильности от времени и температуры испытания, фиг. 1a, 2а и 3а, и его приращения скорости, фиг. 1б, 2б и 3б, от времени и температуры испытания, а также приращение скорости изменения показателя термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока и температуры окисления, фиг. 1в, 2в и 3в.
Согласно полученным данным, фиг. 1a, 2а и 3а, более термостойким к температурным воздействиям является частично синтетическое моторное масло Роснефть maximum 10W-40 SL/CF.
п
п
Влияние базовой основы на механизм окисления показан на фиг. 1б, 2б и 3б. Установлена общая закономерность изменения приращения скорости изменения показателя термоокислительной стабильности независимо от базовой основы и температуры окисления. Начальное увеличение приращения скорости, затем ее уменьшение и повторное увеличение связаны с образованием в моторных маслах продуктов окисления различной оптической плотности, которые названы условно первичными и вторичными. Первичные продукты образуются в начале процесса окисления, а затем переходят во вторичные более энергоемкие, с большей оптической плотностью и требующие для их образования больше тепловой энергии, поэтому приращение скорости изменения показателя термоокислительной стабильности ΔV в этот период уменьшается, повторное увеличение приращения скорости ΔV вызвано доокислением вторичных продуктов и увеличением их оптической плотности. Такой механизм окисления протекает во всех исследованных моторных маслах независимо от базовой основы.
п
Приращение скорости ΔV зависит от температуры окисления, и чем она ниже, тем меньше величина приращения.
п
Зависимости приращения скорости изменения показателя термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока и температуры окисления (фиг. 1в, 2в и 3в) устанавливают значения коэффициента поглощения светового потока, при которых изменяется механизм окисления, вызывающий изменения приращения скорости ΔV.
Kn
Апробация предлагаемого способа производилась при оценке механизма старения синтетического масла Ravenol 5W-40 SM/CF в двигателе в двух циклах испытания (пробегах) от залива в картер товарного масла до его замены (фиг. 4). Показано, что зависимости приращения скорости изменения коэффициента поглощения светового потока ΔV от пробега автомобиля характеризуют механизм старения моторного масла и имеют аналогичный характер изменения, что и в моторных маслах, исследованных в лабораторных условиях. Однако эти зависимости учитывают режимы и условия эксплуатации двигателя, его техническое состояние, систему долива и состояние системы фильтрации.
Предлагаемое техническое решение позволяет получить дополнительную информацию об интенсивности процессов окисления смазочных материалов, выраженную приращением скорости изменения показателя термоокислительной стабильности, характеризующим механизм окисления с учетом первичных продуктов окисления и их преобразованием во вторичные с большей оптической плотностью.
При этом в качестве параметра окисления смазочных материалов вместо коэффициента поглощения светового потока можно применять оптическую плотность.