СПОСОБ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ РАБОЧИХ СВОЙСТВ РАБОТАЮЩИХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ МЕТОДОМ "МАСЛЯНОГО ПЯТНА"
METHOD OF EXPRESS EVALUATION OF WORKING PROPERTIES OF OPERATING MOTOR OILS IN FIELD CONDITIONS BY GREASE PATH METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к области испытания моторных масел, в частности к определению их моюще-диспергирующих свойств, загрязненности, обводненности и окисленности.
Уровень техники
Современные лабораторные технологии определения качества масла используют в большинстве случаев спектральный анализ масла, но в полевых условиях бывает затруднительно быстро доставить пробу масла в специализированную лабораторию и быстро получить результаты исследования. В полевых условиях предпочтительно использовать качественную оценку пробы масла, чтобы получить ответ, можно ли допустить масло к дальнейшей эксплуатации или необходима замена масла.
Известен способ определения необходимости замены масла в дизелях, в соответствии с которым каплю испытуемого масла наносят на фильтровальную бумагу из лабораторной фильтровальной бумаги, выдержку бумаги с нанесенной каплей масла при температуре 30-50°С не менее 10 минут, с последующим анализом рисунка масляного пятна, выделение характерных признаков рисунка масляного пятна с разделением рисунка масляного пятна по окраске на отдельные зоны, а качество масла определяют по отношению диаметров отдельных зон (авторское свидетельство СССР №201768, G01N от 08.09.1967). В известном способе не описаны количественные значения отношений диаметров отдельных зон, на основе которых предполагается делать вывод о качестве масла. Можно предположить, что для конкретных масел требуется предварительно определить эти значения, но как это делать в описании к авторскому свидетельству не приводится, что делает проблематичным использование этого метода в полевых условиях. Кроме того, данный метод разработан для оценки масел, использовавшихся в середине 20 столетия. В период с 1960 года по 1990 год состав масел и их присадок изменился полностью как по базе, так и по количеству и качеству присадок, поэтому характер рисунка масляного пятна и изменение рисунка масляного пятна при эксплуатации также полностью изменились.
Известен усовершенствованный способ определения качества смазочного материала, использующий метод масляного пятна и цифровую обработку результатов исследования масла, в соответствии с которым масляное пятно на фильтровальной бумаге фотографируют с помощью цифровой фотокамеры и полученное изображение преобразуют в двухмерный массив и обрабатывают полученный двухмерный массив, чтобы определить степень загрязненности и диспергирующие способности масла (заявка РФ на получение патента на изобретение №2010103777, G01N 33/30, опубликована 10.08.2011). Данный способ не может использоваться в полевых условиях, так как для его реализации требуется наличие специализированного оборудования и навыков работы с этим оборудованием и для каждого типа масла потребуются свои формулы для обработки снимков.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ экспресс-контроля масла, включающий взятие пробы масла из прогретого до нормальной температуры двигателя, нанесение капли масла на тестовую подложку из лабораторной фильтровальной бумаги, выдержку тестовой подложки с каплей масла на воздухе при температуре не ниже 30°С в течение 10-15 мин, с последующим анализом рисунка масляного пятна, выделение характерных признаков рисунка масляного пятна с разделением рисунка масляного пятна по окраске на три зоны - внешнюю кольцевую зону, среднюю кольцевую зону и центральное ядро, сравнение их с эталонными характеристиками, определение на основе этого сравнения уровня загрязненности масла механическими примесями, степени окисленности масла, наличия в масле воды, насыщенности масла поверхностно-активными веществами, щелочного числа исследуемого масла и вынесение решения о качестве масла на основе этого сравнения, при этом при определении уровня окисленности масла сравнивают цвет внешней и средней кольцевых зон масляного пятна с цветом масляного пятна эталонного образца из чистого масла и уровень окисленности исследуемого масла определяют по степени изменения цвета масляного пятна исследуемого масла от эталона с выделением по меньшей мере четырех градаций цвета - желтый, светло-коричневый, коричневый и темно-коричневый, в соответствии с уровнем окисленности масла, причем масло не допускается к дальнейшей эксплуатации, если масляное пятно имеет темно-коричневый цвет любого оттенка, при определении уровня обводнения масла анализируют форму внешней границы масляного пятна и ядра, причем неровная форма ядра и внешней зоны характеризует наличие в масле воды, при определении насыщенности исследуемого масла поверхностно-активными веществами анализируют внешнее кольцо масляного пятна и если ширина внешнего кольца меньше предельно допустимой, масло не допускается к дальнейшей эксплуатации, при определении загрязненности масла механическими примесями анализируют ядро масляного пятна и сравнивают его относительные размеры и цвет с аналогичными характеристиками эталонного образца, при этом, если ядро масляного пятна имеет темно-коричневый цвет любого оттенка, или если темное ядро масляного пятна занимает практически всю площадь масляного пятна, масло не допускается к дальнейшей эксплуатации (см. публикацию http://www.gosniti.n1/magasin/N1_2009/control.html). Однако известный способ не дает возможность достоверно оценить пригодность масла по уровню насыщенности масла щелочными веществами, характеризующими моющие свойства масел.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка способа экспресс-оценки рабочих свойств работающих моторных масел в полевых условиях, который обеспечивает возможность качественной оценки пригодности современных многокомпозиционных масел для дальнейшей эксплуатации или необходимости замены масла, без использования специализированного оборудования.
Для решения поставленной задачи предлагается способ экспресс-оценки рабочих свойств работающих моторных масел в полевых условиях методом «масляного пятна», включающий взятие пробы масла из прогретого до нормальной температуры двигателя, нанесение капли масла на тестовую подложку из фильтровального материала с неравномерной плотностью по площади тестовой подложки, выдержку тестовой подложки с каплей масла на воздухе при температуре не ниже 30°С в течение 10-15 мин, с последующим анализом рисунка масляного пятна, выделение характерных признаков рисунка масляного пятна с разделением рисунка масляного пятна по окраске по меньшей мере на три контрольные зоны - внешнюю кольцевую зону, среднюю кольцевую зону и центральное ядро, сравнение их с эталонными характеристиками, определение на основе этого сравнения уровня загрязненности масла механическими примесями, степени окисленности масла, наличия в масле воды, насыщенности масла поверхностно-активными веществами, щелочного числа исследуемого масла и вынесение решения о качестве масла на основе этого сравнения, причем при определении щелочного числа исследуемого масла анализируют четкость выявления рисунка структуры фильтровального материала - «водяные знаки» и сравнивают четкость рисунка структуры фильтровального материала в пределах внешней и средней зон масляного пятна исследуемого масла с аналогичным рисунком эталонного образца, и если рисунок структуры фильтровального материала четко просматривается, то исследуемое масло относят к высокощелочным маслам, и оно допускается к дальнейшей эксплуатации, а если рисунок структуры фильтровальной бумаги просматривается слабо или вообще отсутствует, то исследуемое масло относят к маслам с малым содержанием щелочи, и оно не допускается к дальнейшей эксплуатации.
При этом в качестве фильтровального материала используют фильтровальную бумагу, имеющую множество дискретных зон, в которых плотность фильтровального материала меньше, чем плотность фильтровального материала в смежной зоне.
Кроме того, в качестве фильтровального материала используют тканые материалы из натуральных волокон.
Предлагаемый способ экспресс-оценки рабочих свойств работающих моторных масел в полевых условиях дает возможность определить возможность дальнейшего использования масла, залитого в двигатель и отработавшего в нем некоторый период времени, проанализировав состояние всех основных компонентов моторного масла, в том числе определение уровня щелочного числа моторного масла, не прибегая к услугам специализированных лабораторий.
Краткое описание рисунков
Изобретение поясняется рисунками, которые составляют неотъемлемую часть заявки и помогают понять принцип изобретения. Рисунки являются иллюстративным материалом и не ограничивают объем защиты изобретения, определяемый формулой изобретения.
На фигуре 1 представлено схематическое типовое изображение масляного пятна, получающегося при нанесении капли масла, отработавшего несколько десятков моточасов.
На фиг. 2-6 представлены типичные фотографии рисунка масляного пятна для капель масла с разными сроками работы в двигателе внутреннего сгорания.
Пример осуществления изобретения.
Как показано на фиг. 1 при нанесении капли масла на тестовую подложку формируется масляное пятно, содержащее в общем случае три зоны: внешнюю кольцевую зону 1 (зона концентрации наименее грязной фракции масла), среднюю кольцевую зону 2 (зона диффузии мехпримесей) и центральное ядро 3 (зона концентрации крупных неорганических и органических мехпримесей). В некоторых случаях в указанных зонах можно дополнительно выделить отдельные субзоны, но для целей экспресс-анализа достаточно выделения упомянутых трех основных зон.
Предлагаемый способ экспресс-оценки рабочих свойств моторных масел был проверен в лабораторных условиях с использованием образцов моторных масел, взятых из двигателей внутреннего сгорания с разным сроком наработки (50-1250 моточасов и более), однако, как это будет видно из последующего описания, данный способ легко может быть использован в любых полевых условиях.
Пробы масла брались из верхнего слоя масла, из промежуточного слоя масла из придонного слоя масла. Капля масла из исследуемого образца наносилась на тестовую подложку из фильтровального материала. Тестовую подложку с каплей масла выдерживали на воздухе при температуре не ниже 30°С в течение 10-15 мин. В качестве фильтровального материала использовались стандартные фильтровальные материалы и фильтровальные материалы с неравномерной плотностью фильтровального материала по площади тестового образца. При неравномерной плотности фильтровального материала в нем имеется множество дискретных зон, в которых плотность фильтровального материала меньше, чем плотность фильтровального материала в смежной зоне. Эти дискретные зоны выявляются при пропитке тестового образца каплей масла, образуя своеобразный рисунок по типу «водяных знаков». В экспериментах в качестве фильтровального материала для тестовых образцов использовали бумагу фильтровальную лабораторную для очень быстрой фильтрации для качественных анализов с условным обозначением ФОБ-III ГОСТ 12026-76 и тканые материалы из натуральных волокон (ситец, сатин и т.п.). В качестве контрольных тестовых образцов использовали также тестовые образцы из бумаги фильтровальной с практически однородной плотностью фильтровального материала по площади тестового образца.
Скорость расплывания капли масла в масляное пятно и рисунок масляного пятна зависят от окисленности масла и наличия в нем смол, активности моюще-диспергирующих присадок и содержания механических примесей.
Затем анализировали рисунок масляного пятна, выделяли характерные признаки рисунка масляного пятна с разделением рисунка масляного пятна по окраске по меньшей мере на три зоны - внешнюю кольцевую зону, среднюю кольцевую зону и центральное ядро, сравнение их с эталонными характеристиками, определение на основе этого сравнения уровня загрязненности масла механическими примесями, степени окисленности масла, наличия в масле воды, насыщенности масла поверхностно-активными веществами, уровня щелочного числа исследуемого масла и вынесение решения о качестве масла на основе этого сравнения.
На некоторых рисунках можно было выделить дополнительные кольцевые зоны в пределах указанных трех зон, но это не меняет общей картины рисунка масляного пятна и при наличии дополнительных менее выраженных кольцевых зон, их можно объединить в указанные три зоны.
Далее поводили анализ характеристик этих трех зон.
Для определения уровня окисленности масла сравнивали цвет внешней и средней кольцевых зон масляного пятна с цветом масляного пятна эталонного образца из чистого масла и уровень окисленности исследуемого масла определяли по степени изменения цвета масляного пятна исследуемого масла от эталона с выделением по меньшей мере четырех градаций цвета - желтый, светло-коричневый, коричневый и темно-коричневый, в соответствии с уровнем окисленности масла, причем масло не допускается к дальнейшей эксплуатации, если масляное пятно имеет темно-коричневый цвет любого оттенка,
Для определения уровня обводнения масла анализировали форму внешней границы масляного пятна и ядра, причем неровная форма ядра и внешней зоны характеризует наличие в масле воды, причем масло не допускается к дальнейшей эксплуатации, если внешнее кольцо имеет рваные разводья. При использовании тестовых подложек из фильтровальных материалов с неравномерной плотностью фильтровального материала по площади тестового образца (бумага лабораторная фильтровальная ГОСТ 12026-76 или ситец, сатин и т.п.) при обводнении масла разводья растекаются по фильтровальному материалу.
Для определения насыщенности исследуемого масла поверхностно-активными веществами анализировали рисунок внешнего кольца масляного пятна, и если ширина внешнего кольца меньше предельно допустимого значения, масло не допускается к дальнейшей эксплуатации. Для определения загрязненности масла механическими примесями анализировали рисунок ядра масляного пятна и сравнивали его относительные размеры и цвет с аналогичными характеристиками эталонного образца, при этом, если ядро масляного пятна имеет темно-коричневый цвет любого оттенка, или если темное ядро масляного пятна занимает практически всю площадь масляного пятна, масло не допускается к дальнейшей эксплуатации,
Следует отметить, что при определении вышеуказанных характеристик масла практически одинаковые результаты получены как для контрольных тестовых подложек, так и для тестовых подложек по данному изобретению.
Определение щелочного числа исследуемого масла возможно только с использованием тестовых подложек, изготовленных из фильтровальных материалов с неравномерной плотностью фильтровального материала по площади тестовой подложки. Для определения уровня щелочного числа исследуемого масла анализировали четкость выявления рисунка структуры фильтровальной бумаги или ткани - «водяные знаки» и сравнивали четкость рисунка структуры фильтровальной бумаги в пределах внешней и средней зон масляного пятна исследуемого масла с аналогичным рисунком эталонного образца, и если рисунок структуры фильтровальной бумаги или ткани четко просматривается визуально, то исследуемое масло относят к высокощелочным маслам, и масло допускается к дальнейшей эксплуатации, а если рисунок структуры фильтровальной бумаги просматривается слабо или вообще отсутствует, масло относят к маслам с малым содержанием щелочи и масло не допускается к дальнейшей эксплуатации. Здесь следует заметить, что для анализа рисунка структуры материала тестовой подложки можно использовать фотографии масляного пятна, получаемые при просветке тестовой подложки с масляным пятном ярким источником света, но получаемые фотографии не всегда четко выявляют рисунок структуры материала тестовой подложки, и предпочтительно выполнять визуальную оценку рисунка структуры материала тестовой подложки.
Примеры рисунков масляного пятна, характеризующие различное состояние масла приведены на фотографиях на фиг. 2-6. Для изготовления тестовых подложек использовался ситец. Рисунки масляного пятна оценивались визуально согласно характерным особенностям масляного пятна.
На фиг. 2 (образец 1) представлен типичный рисунок масляного пятна, характерный для масла с очень малым временем работы в двигателе (менее 10 моточасов). Как видно из фиг. 2, такое моторное масло образует масляное пятно (диаметром до 50 мм) практически с равномерной окраской и цвет масляного пятна близок к цвету свежего моторного масла. На данном рисунке масляного пятна практически не заметно деление пятна на отдельные зоны. На рисунке хорошо просматривается, особенно при визуальном осмотре, рисунок внутренней структуры ситцевой ткани - «водяные знаки». Все три зоны окрашены почти одинаково. Масляное пятно испаряется через 3 дня. Масло можно допустить к дальнейшей эксплуатации.
На фиг. 3 (образец 2) представлен типичный рисунок масляного пятна, характерный для моторного масла, работавшего до 50 моточасов. Как видно из фиг. 3, моторное масло с малым сроком работы, т.е. моторное масло с малым уровнем загрязнения, образует масляное пятно диаметром 40-45 мм. В рисунке масляного пятна визуально отчетливо просматриваются центральная зона (светлосерое ядро) диаметром 5-7 мм, средняя кольцевая зона (зона диффузии мехпримесей) с наружным диаметром кольца 30-35 мм и внешняя светлая зона чистого масла. На данном рисунке масляного пятна уже просматривается деление пятна на отдельные зоны. На рисунке хорошо просматривается, особенно при визуальном осмотре, рисунок внутренней структуры ситцевой ткани - «водяные знаки». Масло можно допустить к дальнейшей эксплуатации.
На фиг. 4 (образец 3) представлен типичный рисунок масляного пятна, характерный для моторного масла, работавшего до 150 часов, и заметно использовавшее свой ресурс. Все пятно равномерно пропитано мехпримесями, наружного кольца чистого масла нет, ядро светлосерое и просматривается слабо, размер пятна 85% от максимального, цвет внешнего кольца темно-серый. Рисунок структуры материала тестовой подложки практически не просматривается. Требуется замена масла. После замены масла провести контрольную проверку через 5-10 моточасов, чтобы определить возможность эксплуатации двигателя.
На фиг. 5 (образец 4) представлен типичный рисунок масляного пятна, характерный для моторного масла, проработавшего 200 часов и практически израсходовавшего свой ресурс. Ядро черное, заполненное крупными мехпримесями, наружное кольцо с мелкими мехпримесями темно-серое, уменьшено в 1,5 раза, размер пятна 65% от максимального Все пятно равномерно пропитано мехпримесями, наружного кольца чистого масла нет, Рисунок структуры материала тестовой подложки практически не просматривается. Требуется замена масла. После замены масла провести контрольную проверку через 5-10 моточасов, чтобы определить возможность эксплуатации двигателя.
На фиг. 6 (образец 5) представлен типичный рисунок масляного пятна, характерный для моторного масла, полностью непригодного к дальнейшей эксплуатации. Капля масла не расплывается, масляное пятно имеет размер капли, нанесенной на тестовую подложку, формируя только одну зону - ядро. Ядро черное, заполненное крупными мехпримесями. Рисунок структуры материала тестовой подложки не просматривается. При таком рисунке масляного пятна эксплуатация масла не допускается. Характер рисунка и структура смасляного пятна указывают, что требуется проверка двигателя.
Результаты экспериментов сведены в таблицу.
Аналогичные результаты получены при использовании тестовых подложек из бумаги лабораторной фильтровальной или из других тканых материалов.
Промышленная применимость
Предлагаемый способ экспресс-оценки рабочих свойств работающих моторных масел в полевых условиях методом «масляного пятна» можно использовать в любых центрах по обслуживанию автотранспорта, тракторов, дорожно-строительных машин, в любых предприятиях с самоходной и стационарной техникой, в индивидуальных предприятиях.