Изменение диэлектрической проницаемости дизельных моторных масел в эксплуатации

УДК 629.017

ИЗМЕНЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

А.Б. Григоров, аспирант, П.В. Карножицкий, доцент, к.т.н., НТУ «ХПИ», И.С. Наглюк, доцент, к.т.н., ХНАДУ

Аннотация. Приведены результаты измерения диэлектрической проницаемости дизельных масел БАЕ 10Ш-40 и БАЕ 15Ш-40 при различном времени эксплуатации в двигателе внутреннего сгорания. Измерение диэлектрической проницаемости осуществлялось с помощью резонансного метода.

Ключевые слова: интегральный показатель, диэлектрическая проницаемость, резонансный метод, время наработки.

Введение

Необходимость строгой экономии топливно-энергитических ресурсов обуславливает особую актуальность работ, связанных со сменой моторных масел по фактическому состоянию, в частности, по организации оперативного текущего контроля качества масел в процессе эксплуатации. Из-за ограничения продолжительности анализа число контролируемых показателей целесообразно свести к минимуму при сохранении достаточной информативности получаемой оценки.

Анализ публикаций

На сегодняшний день разработанные стандартные методики по исследованию возможности дальнейшей эксплуатации работавших масел основываются на определении показателей, которые характеризуют состояние масла. К этим показателям можно отнести: температуру вспышки; кинематическую вязкость; щелочное и кислотное числа; содержание механических примесей, воды, топлива, сажи. При работе масла в двигателе принято рассматривать предельно допустимые и аварийные значения показателей его состояния. При достижении первых еще возможна работа двигателя в течение некоторого времени, при достижении вторых эксплуатация должна быть прекращена. На практике различают единичные и комплексные (интегральные) показатели [1].

Единичные показатели характеризуют преимущественно один из процессов, приводящих к изменению состояния масла (содержание механических примесей, воды, топлива, и т.д.). Между отдельными единичными показателями, широко используемыми для контроля состояния масла, существует функциональная связь. Например,

содержание в масле топлива заметно влияет на его температуру вспышки и снижение вязкости.

Комплексные показатели служат для более объективной и всесторонней оценки состояния работавшего масла. Например, ряд комплексных показателей построен по принципу комбинирования единичных: щелочного, кислотного чисел и т. д. [1]. Другие формируются с использованием физических принципов, отличных от применяемых при оценке единичных показателей (в частности определение оптической плотности масла) [2]. Однако, при определении комплексных показателей по стандартным методикам следует учитывать затраты времени на определение единичных показателей, необходимость применения дорогостоящих реактивов и специального лабораторного оборудования.

Поиск интегрального браковочного показателя, который бы более полно характеризовал работавшее масло в целом, отличался сравнительной дешевизной и определение которого, не занимало много времени, остается актуальным. По нашему мнению, этот интегральный показатель может быть найден при использовании электрофизического метода, основанного на измерении относительной диэлектрической проницаемости. Электрофизический метод, основанный на диэлектрической проницаемости, сегодня широко применяется для определения октанового числа автомобильных бензинов и содержания в них свинца [3, 4], идентификации горюче-смазочных материалов [5] и т.д.

Цель и постановка задачи

Учитывая изложенное, в данной статье предложим для оценки состояния работавшего масла

такой параметр, как относительная диэлектрическая проницаемость (е). Известно, что моторные масла являются диэлектриками, а е можно применить как показатель, характеризующий их диэлектрические свойства, которые зависят от химического состава [6]. Для повышения качества моторных масел в них вводят ряд различных присадок: антиокислительные, антифрикционные,

загущающие, моющие, антипенные и т.д. Большинство из перечисленных присадок содержат в своем составе металлы и кислородсодержащие соединения с е, резко отличающейся (в сторону увеличения) от е компонентов базовых минеральных или синтетических масел. Количество металлосодержащих присадок можно определить с помощью такого физико-химического показателя как, сульфатная зола (ГОСТ12417-73). Таким образом, каждое масло, имеющее в своем составе присадки, имеет индивидуальную е и индивидуальное значение сульфатной золы. Значение е и сульфатной золы не работавших всесезонных моторных масел различных фирм-производи-телей, приведены в табл. 1.

Отработанное масло, при эксплуатации в двигателе внутреннего сгорания, претерпевает коренные изменения своей основы (базового масла) и присадок, входящих в его состав. Под действием высоких температур базовое масло подвергается испарению, окислению и крекингу. В составе масла возрастает количество продуктов износа трущихся деталей, сажи, соединений кремния. Так же на изменения состава масла существенное влияние оказывает техническое состояние двигателя внутреннего сгорания и качество его технического обслуживания, от которого зависит обводнение масла, попадание в него топлива и охлаждающей жидкости. Все эти изменения влияют на увеличение є отработанного масла, по сравнению с неработавшим маслом.

Экспериментальные исследования

Для исследования изменения є в процессе эксплуатации в двигателях внутреннего сгорания автомобилей были взяты всесезонные дизельные моторные масла SAE 10W-40 и SAE 15W-40. Пробы отбирались из разных двигателей в течение 10 минут после их остановки. Для исследуемых дизельных масел по стандартным методикам в соответствии с ДСТУ 4106-2002 были опреде-

лены некоторые нормированные физико-

химические показатели, а именно: щелочное число (ГОСТ 11362-76) и температура вспышки (ГОСТ 26378.4-84). Измерения є исследуемых масел осуществлялось посредством резонансного метода, основные принципы и особенности применения которого изложены в работе [7]. Изменение є и некоторых нормированных физикохимических показателей от времени работы моторных масел приведены в табл. 2.

Анализируя данные, приведенные в табл.2, отметим, что не работавшие масла 1 и 2 обладают практически одинаковыми значениями є, температуры вспышки и щелочного числа. За время эксплуатации 500 ч в двигателе внутреннего сгорания изменение температуры вспышки и щелочного числа масла 1 (А/ = 3°^ Ат = 2,5 мг KOH/г) и масла 2 (А/ = 5°C, Ат = 2,8 мг KOH/г), относительно неработавших, характеризуется очень близкими значениями. Эти значения указывают на практически одинаковые изменения состава работавших масел. Однако если судить по изменению є масла 1 (Ає = 0,0464), то оно в два раза меньше изменения є масла 2 (Дє = 0,1194). Это свидетельствует о менее глубоких изменениях в составе масла 1, по сравнению с маслом 2, которые произошли за время его эксплуатации в двигателе внутреннего сгорания и, как следствие, меньшем его срабатывании.

Несколько другая картина наблюдается с маслами 3 и 4. Неработавшие масла обладают близкими значениями є и щелочного числа, а температуры вспышки несколько разнятся (на 8 °С). За время эксплуатации 345 ч в масле 3 (А/ = 9°^ Ат = 4,1 мг KOH/г) произошли более значительные изменения, чем в масле 4 (А/ = 0 °^ Ат = 3,4 мг KOH/г). В данном случае характер изменения температуры вспышки и щелочного числа масел 3 и 4 совпадает с характером изменения их є. Это изменение составило: (Ає = 0,0837) для масла 3 и (Ає = 0,0728) для масла 4.

Как показали исследования, во всех рассмотренных случаях є моторного масла возрастает пропорционально времени его эксплуатации в двигателе внутреннего сгорания. Это свидетельствует о том, что масло постепенно утрачивает свойства диэлектрика.

В некоторых случаях наблюдается корреляция между изменением є и изменением нормированных физико-химических показателей, определенных по стандартным методикам. Но есть случаи когда изменение є, в отличие от нормированных физико-химических показателей, более точно описывает не только закономерности изменения в составе масла при его эксплуатации, но и характер этих изменений.

Таблица 1 Значение є и сульфатной золы различных масел

Марки масел по SAE є Зола сульфатная, %

10W-40 2,3392 1,28

10W-40 2,3525 1,40

15W-40 2,3427 1,31

15W-40 2,3616 1,52

Таблица 2 Изменение физико-химических показателей масла от времени работы в двигателе

Масло SAE 10W-40

Показатели Наработка, ч

0 74 267 448 508

Температура вспышки, / 0С 210 210 208 208 207

Щелочное число, X мг КОН/г 11,2 9,6 9,0 8,8 8,7

є 2,3525 2,3525 2,3724 2,3856 2,3989

Масло SAE 10W-40

Показатели Наработка, ч

0 163 254 360 503

Температура вспышки, / 0С 210 208 208 208 205

Щелочное число, X мг КОН/г 11,0 9,2 8,7 8,4 8,2

є 2,3392 2,3790 2,3923 2,4320 2,4586

Масло SAE 15W-40

Показатели Наработка, ч

0 66 130 257 345

Температура вспышки, / 0С 213 213 208 204 204

Щелочное число, X мг КОН/г 15,0 3,7 12,8 11,5 10,9

є 2,3616 2,3889 2,4254 2,4320 2,4453

Масло SAE 15W-40

Показатели Наработка, ч

0 130 242 348 460

Температура вспышки, / 0С 205 205 205 205 205

Щелочное число, X мг КОН/г 15,3 13,9 12,5 11,9 11,3

є 2,3427 2,3691 2,3956 2,4155 2,4486

Выводы

Показана принципиальная возможность применения относительной диэлектрической проницаемости работавших моторных масел в качестве интегрального браковочного показателя, характеризующего комплексные изменения в составе масел.

Установлено что, время эксплуатации моторных масел существенным образом влияет на значение их относительной диэлектрической проницаемости.

Литература

1. Резников В. Д., Шипулина Э. Н. Химмотологи-

ческие аспекты анализа работавших дизельных масел. - М., ЦНИИТЭнефтехим, 1982. -59 с.

2. Трейгер М. И., Резников В. Д. Унифицирован-

ное масло для судовых дизельных двигателей // Химия и технология топлив и масел. -1981. - №10. - С.22 - 24.

3. Пушкин В.Ю., Кашмет В.В., Благовещенский

В.В. и др. Электрофизические методы определения октанового числа моторных топлив //Химия и технология топлив и масел. -2002. - № 4. - С.47 - 48.

4. Хана Ф. Ф., Абдель-Нур К. Н., Абу Эль Нага Х.

Х. Диэлектрический экспресс-метод определения содержания свинца в автомобильных бензинах //Химия и технология топлив и масел. - 1988. - №2. - С.31 - 33.

5. Усиков С.В., Васильева Л.К., Иванова З.Д.

Идентификация горюче-смазочных материалов на объектах топливно-энергити-ческого комплекса на основе электрофизических показателей // Сборник трудов конференции «Новые топлива с присадками»: Академия прикладных исследований. Санкт Петербург. - 2002. - С.325 - 332.

6. Надь Ш.Б. Диэлектрометрия. - М.: Энергия,

1976. - 200 с.

7. Григоров А.Б., Карножицкий П.В., Слободской

С. А. Диэлектрическая проницаемость, как комплексный показатель, характеризующий изменение качества моторных масел в процессии их эксплуатации // Вестник НТУ «ХПИ». - 2006. - №25. - С.169 - 175.

Рецензент: А.С. Полянский, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 4 декабря 2006 г.