CC BY
134
УДК 621.892
КОРРЕКТИРОВАНИЕ СРОКОВ ЗАМЕНЫ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНИКИ В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА
НА ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ»
С.В. Корнеев, д-р техн. наук, Н.В. Дорошенко, канд. техн. наук, И.И. Ширлин, канд. техн. наук, С.В. Дорошенко, А.В. Ситников, О.В. Сенникова
Аннотация. С целью установления технически и экономически целесообразных сроков замены моторных масел на базе ОАО «Сургутнефтегаз» проведены испытания масла «Экойл- Турбодизель» SAE 10W40, API CF-4/SG в двигателях ЯМЗ 7511.10. В ходе испытаний в рядовых условиях эксплуатации техники оценено изменение параметров работающего масла и на основе баланса кислотного и щелочного числа, а также предельных концентраций железа, определен ресурс работоспособности масла.
Ключевые слова: моторное масло, срок замены, эксплуатационные испытания, холодный климат.
Введение
Зимняя эксплуатация техники в районах с суровыми климатическими условиями при отрицательных температурах, характеризуется значительным изменением свойств конструкционных и эксплуатационных материалов. Здесь особое значение приобретает соответствие качества применяемого моторного масла суровым условиям эксплуатации.
Установление технически правильных и экономически целесообразных сроков службы масла в двигателе является одним из важнейших вопросов рационального использования моторных масел. Преждевременная замена масла, состояние которого еще позволяет нормально эксплуатировать двигатель, экономически нецелесообразна, так как приводит к увеличению расхода масла и к повышению затрат на техническое обслуживание автомобиля. Наоборот, чрезмерная продолжительность работы масла может привести к повышенному загрязнению и износу деталей двигателя, что вызовет снижение моторесурса или даже аварийный выход двигателя из строя. В этих случаях расходы на ремонт двигателя могут значительно превысить полученную от увеличения сроков замены масла экономию.
Одной из причин того, что вопрос определения рационального срока службы масла в двигателе еще не решен, является отсутствие однозначных критериев оценки состояния работающего масла и необходимости его замены. Вследствие сложного взаимного влияния ряда факторов вопрос об установлении рациональных сроков замены моторных ма-
сел является сложной научно-технической задачей. Периодичность замены зависит не только от изначально заложенного уровня свойств масла, хотя этот фактор и является весьма значительным, но и от ряда других факторов (конструктивные особенности двигателя, техническое состояние, опытность водителя, дорожные и климатические условия эксплуатации и др.).
Принятые в настоящее время сроки замены масел, зачастую, лишь частично учитывают реальный опыт эксплуатации техники. Рекомендуемые заводами сроки замены моторного масла практически не учитывают такие важнейшие факторы, как изначальный уровень качества масла, техническое состояние двигателя и лишь в некоторой степени учитывают особенности конструкции двигателя и условий эксплуатации.
Эффективным инструментом решения этой задачи является проведение совместных работ крупных эксплуатирующих предприятий с научными учреждениями, направленные на рационализацию сроков замены масел в конкретных условиях эксплуатации.
Подобные работы проводятся «Управлением технологического транспорта, спецтехники и автомобильных дорог» ОАО «Сургутнефтегаз» совместно с Научно-исследовательским сектором Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) и Центральной базовой лаборатории экоаналитических и технологических исследований ИЭВЦ ОАО «Сургутнефтегаз» (ЦБЛ ИЭВЦ).
В настоящее время наибольшее распространение получила оценка динамики работоспособности масел по изменению технического состояния двигателя и изменению параметров самого работающего масла.
Оценка свойств моторного масла
Для анализа и оценки соответствия качества моторного масла в рамках проведенных работ была выбрана методика диагностирования по параметрам работающего масла. К ее основным преимуществам относятся: возможность получения практически непрерывной информации о техническом состоянии двигателя и эффективности работы самого масла без остановки процесса эксплуатации и разборки двигателей, высокая информативность методики, возможность обнаружения начала повышенного и аварийного износа отдельных узлов, систематический контроль за качеством масла и возможность его своевременной замены.
Моторное масло при работе в двигателе претерпевает существенные изменения. Старение масла происходит из-за срабатывания присадок и накопления продуктов загрязнения. Помимо этого, под воздействием высоких температур, в масле интенсивно протекают процессы окисления, полимеризации, коксования. Продукты, образующиеся в результате этих процессов, накапливаются в масле и приводят к значительному изменению его свойств. Кроме того, они способны откладываться на поверхностях деталей, загрязняя их рабочие поверхности и способствуя увеличению интенсивности износа трущихся пар двигателя.
Таким образом, масло оказывается в постоянном взаимодействии с факторами сопровождающих процессов работы двигателя, поэтому критерием этого взаимодействия является изменение параметров свойств масел [1].
Существующие стандартные методики анализа масла в подавляющем большинстве разрабатывались с целью контроля качества выпускаемой продукции, поэтому возможность применения их как диагностических решается путем анализа и сопоставления показателей масла с состоянием и признаками неисправностей системы машина - масло по экспериментальным данным. Исследуется динамика изменения показателей в конкретных условиях эксплуатации и анализируется характер изменения их в зависимости от состояния системы. Если показатель свойства масла, определяемый по стандартной методике, не дает информативной оценки, то следует изменить методику или разработать новую.
В рамках проведенных работ оценка свойств моторного масла проводилась на основе анализа результатов определения физико-химических свойств и спектральных характеристик масла и отложений в системе смазки двигателя внутреннего сгорания. Данный подход соответствует общепринятым широко-апробированным методикам диагностики по параметрам работающего масла [1, 2, 3 и др.].
В ходе проведения работ по исследованию показателей надежности моторных масел в подразделениях ОАО «Сургутнефтегаз» были проведены эксплуатационные испытания и получены данные по изменению основных параметров работающего моторного масла Экойл Турбодизель SAE 10W40, API CF-4/SG по ТУ 0253-009-39968232-07. Масло испыты-валось в подразделениях ДРСУ г. Сургут и УМИТ 7 СМТ 1 г. Сургут. Объем испытательной выборки составил 24 единицы техники по 12 автомобилей от каждого из подразделений. В испытаниях участвовали автомобили марки МАЗ-642208 (седельные тягачи, работающие в составе с полуприцепами-самосвалами, в эксплуатации с 2006 года, пробег с начала эксплуатации порядка 120 тыс. км, что составляет около 50% от расчетного пробега до капитального ремонта, двигатели автомобилей модели ЯМЗ-7511.10 с турбонаддувом). Календарная длительность работ по проведению испытаний составила 6 месяцев, объем отобранных проб масел и отложений составил 120.
Лабораторные исследования проводились на базе аккредитованной Центральной базовой лаборатории экоаналитических и технологических исследований ИЭВЦ ОАО «Сургутнефтегаз».
В ходе проведения работ были получены следующие результаты.
Вязкость. В процессе эксплуатации происходит изменение вязкости масла. Это обусловлено протеканием двух взаимопротивоположных процессов. Накопление в масле продуктов окисления и полимеризации, попадание продуктов износа и других примесей, а также частичное испарение наиболее легко-кипящих фракций вызывают увеличение вязкости. В то же время попадание в масло топлива и механическая деструкция загущающей присадки вызывают уменьшение вязкости. Интенсивность этих процессов зависит от температурных условий, нагрузок в узлах трения, качества масла и топлива и других факторов. Значительное изменение вязкости может привести к следующим последствиям: повышенному износу пар трения, ухудшению пусковых свойств двигателя, ухудшению про-
качиваемости масла по системе смазки, ухудшению теплоотвода от рабочих поверхностей и их очистки от загрязнений.
Результаты оценки вязкости работающих масел показали (рис. 1), что в случае эксплуатации технически исправных автомобилей данный параметр масла сохраняет значения в пределах допустимого интервала в течение всего ресурса работы масла.
Рис. 1 Изменение кинематической вязкости
Щелочность. Щелочное число - один из важнейших показателей качества современных моторных масел. Уменьшение щелочного числа масла происходит по ряду причин -нейтрализация щелочными присадками кислых продуктов, разложение под действием высоких температур, удерживание щелочных присадок фильтрующими элементами.
Полученные данные показали, что в течение рассмотренной наработки не происходит достижения установленных предельных значений параметрами кислотное и щелочное число.
На основе обработки полученных данных можно заключить, что выравнивание кислотного и щелочного числа (так называемый баланс, принимаемый за критерий работоспособности моторного масла в ряде источников, например [4]) происходит в интервале от 20 до 27 тысяч километров пробега (рис. 2).
Результаты определения содержания продуктов износа и загрязнений ^е, РЬ, Сг, Си, А1, Si) в работающих маслах методом рентгенфлу-оресцентной волнодисперсионной спектрометрии показали, что наиболее информативным показателем состояния масла является изменение концентраций Fe, и РЬ (рис. 3 и 4).
Железо является базовым элементом всех стальных и чугунных деталей, поэтому в работавшем масле и в отложениях оно содержится в значительных количествах. Резкое увеличение количества железа в масле обычно свидетельствует об износе поверхности цилиндров,
колец, кулачков или толкателей. По результатам оценки содержания железа невозможно различить износ конкретного узла.
Баланс кислотоного и щелочного чисел
— Щелочное число — Кислотное число I
Рис. 2 Полученные значения изменения-щелочного и кислотного числа работающего масла
ре
Рис. 3 Изменение содержания железа ^е) в работающих маслах в процессе эксплуатации
Полученные результаты по содержанию железа (рис. 3) позволяют спрогнозировать установленную предельную концентрацию Fe при наработке (пробеге) от 18 до 28 тысяч километров.
Полученные результаты по содержанию свинца позволяют спрогнозировать установленную предельную концентрацию РЬ при наработке (пробеге) от 22 до 28 тысяч километров (рис. 4).
Результаты оценки накопления отложений в роторах фильтров центробежной очистки масла были получены следующие закономерности отражающие динамику накопления отложений в интервале рассмотренной наработки (Рис. 5). На рисунках 6 и 7 представлены
зависимости: содержания кальция от содержания кислорода в отложениях, содержания продуктов износа от содержания серы в отложениях. Полученные закономерности подтверждают влияние топлива и воды в масле на скорость накопления отложений и их состав.
0,0045 0,004 -0,0035
0 0,003 Д 0,0025 | 0,002
1 0,0015 ° 0,001
0,0005 0
-0,0005
5000 10000 15000 20000 25000 30000 Пробег, км.
Рис. 4 Изменение содержания свинца (РЬ) в работающих маслах в процессе эксплуатации
Накопление отложений в роторе центрифуги
10000 15000
Пробег, км
Рис. 5 Накопление отложений и изменение скорости накопления в исследованном интервале наработки
Зависимость содержания кальция от содержания кислорода в отложениях
11,С
10,00
л 9,00 1
8,00
и
I 700
| 6,00
о
и
5,00
4,00
30,00 31,00 32,00 33,00 34,00 35,00 36,00 37,00 38,00 Содержание кислорода, % масс.
Рис. 6 Зависимость содержания кальция от содержания кислорода в отложениях
Присутствие кислорода в отложениях может свидетельствовать о наличии в отфильтрованных продуктах топлива, воды, продуктов ее взаимодействия с присадками или продуктами старения масла, образующимися в присутствии кислорода воздуха при повышенных температурах. Гипотеза о влиянии воды на коллоидную стабильность щелочной (диспергирующей) присадки подтверждается увеличением концентрации кальция в отложениях с большим содержанием кислорода. Т.е. по сути, фильтр центробежной очистки улавливает образовавшиеся шламы, содержащие моющую присадку.
Наличие серы в отфильтрованных отложениях свидетельствует о попадании топлива или продуктов его неполного сгорания в масло. Топливо ускоряет процессы образования кислых продуктов в масле, то есть масло интенсивнее окисляется, а продукты окисления, являясь загрязнениями, в дальнейшем отфильтровываются. Однако интересно, что содержание продуктов износа с увеличением серы в отложениях уменьшается (рис. 7), что говорит о том, что большая часть фильтрата -это продукты неполноты сгорания топлива (сажа) и продукты окисления масла.
Зависимость содержания продуктов износа от содержания серы в накопленных отложениях
6,00 8,00 10,00 Содержание серы
Рис. 7 Зависимость содержания продуктов износа от содержания серы в отложениях
Заключение
Вопрос рационализации сроков замены современных моторных масел в современных дизельных двигателях при эксплуатации в зоне холодного климата по прежнему остается актуальной научно-технической задачей, оказывающей существенное влияние на эффективность эксплуатации парка техники. На основе проведенного анализа можно заключить, что для оценки работоспособности в рассмотренных условиях эксплуатации целесообразно контролировать следующие параметры моторного масла: вязкость кинематическую, темпе-
2,00
4,00
14,00
ратуру вспышки, щелочное и кислотное числа, содержание воды, механические примеси, содержание элементов-индикаторов присадок (Ca, Mg, P, Zn), продуктов износа и атмосферных загрязнений (Fe, Pb, Cu, Cr, Al, Si).
В рамках проведенных испытаний моторного масла Экойл Турбодизель SAE 10W40 CF-4/SG по ТУ 0253-009-39968232-07 при использовании в двигателях ЯМЗ 7511.10 проведена оценка изменения параметров работающего масла с целью определения ресурса работоспособности масла в условиях испытаний. Анализ полученных данных показал, что на основе динамики изменения параметров работающего масла и установленных предельных значений, ресурс работы масла определяется следующими параметрами: вязкость кинематическая (при попадании топлива в масло падение вязкости до 10 сСт), изменение щелочного и кислотного чисел (достижение баланса - 20 тысяч км пробега, что составляет 533 моточаса при режиме эксплуатации соответствующем техники, выбранной для испытаний), накопление железа в масле (достижение предельного значения - 18 тысяч км пробега, что составляет 480 моточасов при режиме эксплуатации соответствующем техники, выбранной для испытаний).
Библиографический список
1. Отчет о НИР «Разработка и внедрение системы диагностирования строительных и дорожных машин по параметрам работающих масел» № гос. регистрации 0188.0004882 под рук. В.А. Некипело-ва, Омск, 1988 - 64с.
2. William C. Gergel Diesel Engine Oil Drain Intervals. The Lubrizol Corporation Wickliffe, Ohio,USA, presented at Second International Conference Dealing with the Problems of Desining, Production and Application of Lubricants, 2-6 September. 1997.- 44 p.
3. Кюрегян С.К. Оценка износа двигателей внутреннего сгорания методом спектрального анализа. - М. «Машиностроение», 1966.-152 с.
4. Колунин А.В. Влияние низких температур окружающей среды на периодичность технического обслуживания силовых установок дорожных и строительных машин. Дис...канд. техн. наук. -Омск, 2006. 115с.
The correction of motor oil drain intervals in conditions of using machines in cold climate region at "Surgutneftegas" company
S.V. Korneev, N.V. Doroshenko,
S.V. Doroshenko, A.V. Sitnikov, O.V. Sennikova
In order to define technically and economically reasonable motor oil drain intervals the running test
of "Ecoil-Turbodisel" oil SAE 10W-40, API CF-4/SG in engines YAMZ 7511.10 was organized on the basis of "Surgutneftegas" open joint-stock company. During the test in real conditions of working machinery, the change in oil performances was estimated and the resource of workability in condition of use was defined basing on balance of acid-base number and iron condemning limits
Корнеев Сергей Васильевич - д-р техн. наук, директор Нефтехимического института Омского государственного технического университета (НХИ ОмГТУ), имеет 102 опубликованные работы. Основное направление научных исследований - рациональное использование нефтепродуктов. e-mail: [email protected]
Дорошенко Николай Владимирович - канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, имеет 22 опубликованные работы. Основное направление научных исследований - эффективное использование топливо-смазочных материалов при эксплуатации транспортных и технологических машин в условиях холодного климата. e-mail: [email protected]
Ширлин Иван Иванович - канд. техн. наук, доцент кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, имеет 12 опубликованных работ. Основное направление научных исследований - эффективное использование топливо-смазочных материалов при эксплуатации транспортных и технологических машин в условиях холодного климата. e-mail: [email protected]
Дорошенко Станислав Владимирович - директор ООО Научно-производственная компания «Ойл Профиль», имеет 5 опубликованных работ. Основное направление научных исследований - эффективное использование топливо-смазочных материалов при эксплуатации транспортных и технологических машин в условиях холодного климата. e-mail: [email protected]
Ситников Александр Васильевич - начальник центральной базовой лаборатории экоаналити-ческих и технологических исследований инженерно-экономического внедренческого центра ОАО «Сургутнефтегаз». Основное направление научных исследований - экоаналитические и технологические исследования в области нефтедобычи и нефтепереработки. Тел. (3462)-40-12-31.
Сенникова Ольга Владимировна - заместитель начальника центральной базовой лаборатории эко-аналитических и технологических исследований инженерно-экономического внедренческого центра ОАО «Сургутнефтегаз». Основное направление научных исследований - экоаналитические и технологические исследования в области нефтедобычи и нефтепереработки. Тел. (3462)-40-12-31.
Статья поступила 22.01.2009 г.
