CC BY
57
УДК 621. 892.1
КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ МОТОРНОГО МАСЛА RAVENOL VSI 5W-40 SM/CF ПО КОНЦЕНТРАЦИИ ПРОДУКТОВ СТАРЕНИЯ И ПРОТИВОИЗНОСНЫМ СВОЙСТВАМ
Е.Г. Кравцова, В.И. Верещагин, Н.Н. Лысянникова, Б.И. Ковальский, В.Г. Шрам
Приведены результаты исследования синтетического моторного масла RAVENOL VSI 5W-40 SM/CF, работающего в двигателе, по концентрации продуктов старения с применением фотометрического метода контроля и противоизносным свойствам.
Ключевые слова: коэффициент поглощения светового потока, противоизнос-ные свойства, концентрация продуктов старения, вязкость, концентрация растворимых продуктов старения.
В настоящее время ресурс моторных масел регламентируется заводами-изготовителями, а контроль их состояния и сроки замены обеспечиваются системой технического обслуживания, рекомендованной производителями транспортных средств, вследствие чего ресурс моторных масел оценивается по пробегу в километрах пройденного пути или наработкой в моточасах.
Данная система хоть и проста в применении, но имеет ряд существенных недостатков, так как ресурс моторных масел, установленный в моточасах или километрах пробега, не позволяет учитывать индивидуальных условий эксплуатации.
Замена масел по фактическому их состоянию в настоящее время затруднена ввиду отсутствия средств контроля и обоснованного выбора показателей предельного состояния. Поэтому разработка средств и методов контроля является актуальной задачей, решение которой позволит повысить эффективность использования смазочных масел и снизить эксплуатационные затраты.
Для оценки изменений эксплуатационных свойств моторных масел в процессе эксплуатации двигателя выбрано синтетическое масло высшего качества RavenolVSI 5W-40 SM/CF, изготовленное путём направленного органического синтеза на основе полиальфаолефинов. Вязкостный интервал 5W-40 позволяет применять полностью синтетическое моторное масло Rаvenol VSI 5W-40 SM/CF круглогодично, включая холодную зиму. Данное масло было залито в двигатель после его промывки на пункте технического обслуживания при плановой смене специальной эксплуатационной жидкостью.
Целью данных исследований является проверка обоснованности предельного состояния работавшего масла на конкретном двигателе.
Исследования проводились следующим образом: из прогретого двигателя периодически отбиралась проба работавшего масла массой 50 г с помощью пробоотборника. Часть пробы масла использовалась для прямого фотометрирования при толщине фотометрируемого слоя 0,15 мм и определения коэффициента поглощения светового потока. Вторая часть пробы массой 9 г подвергалась центрифугированию в течение 1 ч, после чего центрифугированная проба подвергалась повторному фотометриро-ванию. Это позволило определить концентрацию растворимых продуктов старения, а по разности между коэффициентами поглощения светового потока до и после центрифугирования определялась концентрация нерастворимых продуктов старения:
где Кп - концентрация общих продуктов старения; Кпр - концентрация растворимых продуктов старения.
Пригодность масла для дальнейшего использования определяется путём сравнения параметров работавшего масла с предельно допустимыми (браковочными) значениями, установленными и обоснованными данной методикой. Таким образом, в качестве браковочного показателя предложено значение определяемое по концентрации общих продуктов старения Кп= 0,38 ± 0,02 [1].
Третья часть пробы массой 9 г использовалась для определения кинематической вязкости, а оставшаяся часть пробы - для определения про-тивоизносных свойств на трёхшариковой машине трения [2]. Параметры трения составляли: нагрузка 13 Н, скорость скольжения 0,68 м/с, температура масла в объёме 80 °С, время испытания 2 ч. Противоизносные свойства масла оценивались по среднеарифметическому значению диаметров пятен износа на трёх шарах [3].
На рис. 1 представлена зависимость коэффициента поглощения светового потока от пробега автомобиля.
Согласно инструкции по эксплуатации регламентируемый срок замены масел составляет 10 тыс. км пробега. Установлено, что после пробега автомобиля 9742 км коэффициент поглощения светового потока составил 0,26. Коэффициент поглощения светового потока после центрифугирования составил 0,093, при этом концентрация нерастворимых продуктов - 0,167.
Зависимость Кп=/($) (рис.1) описывается линейным уравнением
где а - коэффициент, характеризующий скорость процесса старения; £ - пробег автомобиля, км; Ь - коэффициент, характеризующий оптические свойства товарного масла.
(1)
Кп=а8+Ь,
(2)
К
\ /
Рис. 1.Зависимость коэффициента поглощения светового потока
от пробега автомобиля
Регрессионное уравнение имеет вид
Кп = 0,0255-£+0,0018. (3)
Коэффициент корреляции 0,98.
Данные исследования показали, что значения коэффициента поглощения светового потока не приблизились к обоснованному браковочному пределу [1], т.е. масло слито с большим резервом.
Вязкость работавшего синтетического моторного масла в процессе эксплуатации подвержена колебаниям. Изменение кинематической вязкости оценивалось по коэффициенту относительной вязкости Кц, определяемому отношением вязкости работавшего масла к вязкости товарного масла. Установлено, что за первую тысячу километров пробега вязкость уменьшилась на 16 % (рис. 2), а за вторую по сравнению с товарным маслом - на 6 %.Такое изменение вязкости может объясняться изменениями молекулярных связей из-за появления в масле продуктов старения и температурной деструкции вязкостной присадки. Дальнейшая эксплуатация автомобиля до пробега 8700 км вызывает понижение вязкости на 25 %, после чего она вновь увеличивается.
4 8
Рис. 2. Зависимость коэффициента относительной вязкости синтетического моторного масла Яауено1 У815Ж-40 8М/С¥
от пробега автомобиля
Увеличение вязкости наступает при образовании нерастворимых продуктов старения. Зависимость Кц = (рис. 2) характеризует изменение пусковых свойств моторного масла и может служить диагностическим параметром. Уменьшение вязкости в процессе эксплуатации двигателя характеризует удовлетворительные пусковые свойства масла в холодный период эксплуатации, а в летний период снижение вязкости на 25% нежелательно.
Противоизносные свойства работающего масла определяются концентрацией продуктов старения (рис. 3).
з мм
0.2-------- К
0 0.1 0.2 0.3 п
Рис. 3. Зависимость параметра износа от коэффициента поглощения светового потока при старении синтетического моторного масла Яаувпо1 У815Ж-40 ЗМ/СГ в двигателе
Установлено, что в начале эксплуатации двигателя на свежем масле (точка на ординате) параметр износа увеличивается с 0,273 до 0,427 мм (штриховая линия), однако с увеличением пробега он уменьшается, причем становится меньше, чем у товарного масла, т.е. с увеличением коэффициента поглощения светового потока противоизносные свойства работающего масла улучшаются. Это объясняется образованием смолистых веществ и увеличением кислотности масла, способствующих формированию на поверхностях трения хемосорбционных граничных слоёв.
Полученные данные о противоизносных свойствах масла показывают, что оно было слито досрочно, хотя и отработало нормативный пробег (10000 км).
На основании проведённых исследований и анализа литературных данных [4] предложен критерий оценки противоизносных свойств П работающих масел, определяемый отношением коэффициента поглощения светового потока к параметру износа, характеризующему условную концентрацию продуктов старения на номинальной площади фрикционного контакта (рис. 4).
Установлено, что до значения коэффициента Кп= 0,187 наблюдается линейная зависимость критерия П, а при Кп> 0,187 наступает изгиб зависимости, вызванный повышением противоизносных свойств за счёт образования смолистых веществ в масле. Данная зависимость П = А(Кп) может
служить эталоном для исследуемого масла и применяться для определения параметра износа при его старении в двигателе внутреннего сгорания. Для этого необходимо отобрать пробу масла, определить коэффициент поглощения светового потока, показатель П и по формуле и=Кп/П определить текущее значение противоизносных свойств масла.
_____ тг
О 0.5 0.2 0.3 п
Рис. 4. Зависимость критерия противоизносных свойств от коэффициента поглощения светового потока
Например, показатель П = 0,9, аКп = 0,2, параметр износа и= 0,2 / 0,9 = 0,22 мм.
На рис. 5 показана зависимость критерия противоизносных свойств от пробега автомобиля. Показано, что в течение пробега до 7292 км критерий противоизносных свойств П изменяется по линейной зависимости за счет увеличения концентрации продуктов старения, а дальнейшее увеличение пробега приводит к увеличению критерия П. Увеличение критерия П после пробега 7292 км вызвано изменениями механизма изнашивания за счет образования продуктов старения, способствующих формированию на поверхностях трения защитных граничных слоев, уменьшающих параметр износа. Результаты исследования приведены в таблице.
к-——'—.—-—— с О 2 4 6 8 10 ° 'ем
Рис. 5. Зависимость критерия противоизносных свойств синтетического моторного масла Яауено1 У815Ж-40 8М/СЕ
от пробега
Результаты испытания работавшего синтетического моторного
масла Яаувпо15Ж-40 ЗМ/СГ
Пробег, км Кп Кц и, мм П
исх. 0 1 0,273 0
1046 0,033 0,84 0,427 0,08
2057 0,057 0,94 0,433 0,131
6446 0,157 0,85 0,333 0,471
7296 0,187 0,81 0,323 0,587
8693 0,222 0,75 0,26 0,853
9742 0,26 0,79 0,233 1,12
Проведёнными исследованиями синтетического моторного масла Яауепо1 У81 5Ш-40 8МУСБ в двигателе от залива до слива установлено, что после пробега 9742 км коэффициент поглощения светового потока не достиг установленного предельного состояния (резерв составил 32 % от браковочного показателя). При этом вязкость уменьшилась максимально на 20 %, а параметр износа оказался даже ниже, чем у товарного масла, на 0,04 мм.
Список литературы
1. Верещагин В.И., Ковальский Б.И., Попов А.С. Методика оценки ресурса моторных масел. УУ Вестн. КрасГАУ. Красноярск, 2007. №6. С. 169-174.
2. Влияние степени окисления моторных масел на их проти-воизносные свойстваУА.В. Берко, Ю.Н. Безбородов, Н.Н. Ананьин, В.И. Верещагин УУ Интерстроймех-2009: материалы Международной научно-технической конференции. Бишкек, 2009. С. 349 - 353.
3. Ковальский Б.И. Влияние климатических условий эксплуатации двигателей на процесс старения моторного масла У Б.И. Ковальский, В.И. Верещагин, М.М. Рунда, Я.С. Янович, В.Г. Шрам УУ Мир нефтепродуктов: вестник нефтяных компаний. 2013. № 12. С. 8-10.
4. Трение, износ и смазка У А.В. Чиченадзе [и др.]. М.: Машиностроение, 2003. 576 с.
Кравцова Екатерина Геннадьевна, канд. техн. наук, доц., Кта 986а,таИ.ги, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Верещагин Валерий Иванович, канд. техн. наук., доц., ¡аЬмпатаИ.ги, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Лысянникова Наталья Николаевна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Шрам Вячеслав Геннадьевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
MONITORING ENGINE OIL RA VENOL VSI5W-40 SM/ CF CONCENTRATION PRODUCTS OF AGING AND WEAR
E.G. Kravtsova, V.I. Vereshchagin, N.N. Lysyannikova, B.I. Kowalski,
V.G. Shram
The results of the study of synthetic motor oil RAVENOL VSI 5W-40 SM / CF working in the engine of the concentration of products of aging using the photometric method of control and anti-wear properties.
Key words:the absorption coefficient of the light flux antiwear concentration products of aging, the viscosity, the concentration of soluble products of aging
Kravtsova Ekaterina Gennadievna, candidate of technical sciences, docent, ri-na [email protected], Russia,Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Vereshagin Valeryi Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia,Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Lyasyannikova Natalya Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia,Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia,Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Shram Vyacheslav Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
