|
|
Сравнительная оценка показателей качества моторных масел и их влияния на лакообразование в ДВС1. Содержание Стр. Введение 3 Глава 1. Методы оценки работоспособности масла 5 1.1. Вязкость моторных масел 5 1.2. Классификация (обозначение) масел 6 1.3. Эксплуатационные свойства и ассортимент товарных моторных масел 8 1.4. Экспериментальная оценка количества лаковых отложений 15 1.4.1. Метод ПЗВ 15 1.4.2. Метод определения моющего потенциала 16 1.4.3. Метод 344Т 20 1.4.4. Метод хроматографии 23 Постановка задач исследования 26 Глава 2. Анализ механизма возникновения отложений лаковых пленок на деталях дизеля, наиболее опасные места скопления лака и их влияния на работу двигателя. Механизмы устранения их или уменьшения с помощью присадок 27 2.1. Лабораторные и стендовые методы испытания масла 27 Глава 3. Результаты испытаний, как примеры влияния качества масла на отложение, срок службы деталей, моторесур 32 3.1. Оценка количества и качества отложений 35 Глава 4. Выводы по анализу наиболее эффективных методов оценки качества масла 39 Список используемой литературы 41 Введение Современный автомобильный рынок - огромное разнообразие сортов моторных и трансмиссионных масел, тормозных жидкостей, смазок, антифризов и т.д. Основная задача - правильно сориентироваться в выборе таких материалов, которые благотворно повлияют на здоровье мотора. Работа ДВС сопровождается трением контактирующих и перемещающихся друг относительно друга поверхностей деталей двигателя. На определение сил трения частично расходуется мощность, развиваемая двигателем. Процесс трения сопровождается износом трущихся поверхностей, причем работа сил трения превращается в теплоту, которую необходимо отвести от поверхности трущихся деталей смазочным материалом. Повышение температуры при этом отрицательно влияет на эффективность работы и моторесурс двигателя. Наличие сил трения, износ поверхностей деталей и тепловыделение на них отрицательно влияют на угар масла и испарение моторного масла с зеркала цилиндра. Смазочные материалы являются сложными композициями моторного масла и присадок, в состав которых входят многие компоненты, обусловливающие их свойства. Неправильно выбранный смазочный материал затрудняет нормальную эксплуатацию техники, сокращает моторесурс ДВС и снижает надежность эксплуатации. Запас эксплуатационных свойств моторного масла позволяет увеличить сроки его смены на время до установленного срока технического осмотра или ремонта двигателя. Существующее в настоящее время независимое развитие производства двигателей и масел далее продолжаться не может, поскольку качество моторного масла является одной из решающих причин увеличения моторесурса двигателя при его проектировании. Основные факторы, влияющие на старение масла в двигателе и определяющие уровень его эксплуатационных свойств, таким образом, зависят от свойств применяемых топлива и моторного масла, организации рабочего процесса и конструктивных особенностей деталей цилиндропоршневой группы, от которых зависит их температурное состояние, состав и количество продуктов сгорания, непосредственно контактирующих с моторным маслом, а также поверхность контакта и время взаимодействия детали с моторным маслом. При форсировании двигателя увеличиваются температурная напряженность двигателя, обуславливающих большее старение масла и нагарообразование в двигателе. Глава 1. Методы оценки работоспособности масла. В современном автомобильном двигателе насчитывается до 100 сопряженных движущихся деталей; их общая площадь рабочих поверхностей достигает 300 см2. Отсюда видно, сколь ответственна роль системы смазки, главное назначение которой - снижать трение и износ деталей путем создания между ними прочной масляной пленки. Даже при нормальном функционировании этой системы на преодоление трения расходуется до 7 % мощности двигателя. У смазываемых поверхностей различают два вида трения: жидкостное (режим гидродинамической смазки) и полужидкостное, или смешанное (режим граничной смазки). В первом случае детали почти не соприкасаются, они разделены пленкой масла (например, подшипники коленчатого вала), во втором - наряду с масляной пленкой есть и прямой контакт деталей (например, поршневые кольца при положении поршня в ВМТ, где его скорость, а также вязкость масла минимальны). Но при граничном трении потери мощности в 2-10 раз меньше, чем вообще без смазки. Однако сами смазочные масла могут быть очень разными по многим показателям. Вязкость моторных масел. Вязкость - это свойство жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению ее слоев под действием внешней силы. Величина этой силы и представляет собой количественную характеристику вязкости. Различают вязкость динамическую и кинематическую. Единица измерения кинематической вязкости 1 мм2 /с=1 сСт (сантистокс), динамической 1 Па-с (паскаль-секунда)=10П (пуаз). Вязкость прямо зависит от температуры, при понижении которой она резко увеличивается. Так, при понижении температуры от 100° С до 0 вязкость различных масел возрастает в 30...300 раз и более. При определенном охлаждении масло вообще теряет подвижность. Для моторных масел температура застывания, как правило, составляет: для летних - минус 10...15°C, для зимних - минус 25.. 30° С, для загущенных (всесезонных) - минус 35...45°С, для северных (синтетических) - минус 50- 55°С. Вязкостно-температурные свойства являются основными при выборе моторного масла для конкретного типа двигателя и условии его эксплуатации. Нужно, чтобы при самых высоких рабочих температурах в двигателе вязкость была достаточной для надежной смазки и минимального износа деталей, эффективного уплотнения сопряжении и небольшого расхода масла на угар. При отрицательных температурах вязкость должна обеспечивать эффективный пуск двигателя, своевременную подачу масла к парам трения. Классификация (обозначение) масел. Согласно ГОСТ 17479.1-85 моторные масла разделяют на различные классы по вязкости (табл. 1), соответственно по сезонности применения. Для сезонных (незагущенных) масел нормируются значения вязкости при 100°С. Для всесезонных (загущенных) в знаменателе дробного обозначения указывается вязкость при 100°С. Цифра в числителе - класс вязкости, для которого установлен предельно допустимый предел при минус 18°С. При подборе масла для конкретного типа двигателя наряду с требуемыми показателями вязкости определяют также необходимый для данного двигателя уровень качества масла. В этих целях все двигатели делятся на классы, исходя из жесткости условий работы в них моторного масла, а сами масла - на группы в зависимости от уровня эксплуатационных свойств и области их применения. Карбюраторные двигатели современных и перспективных легковых автомобилей семейства ВАЗ, АЗЛК, ГАЗ и ЗАЗ по своим параметрам, определяющим жесткость условий работы в них моторных масел, относятся к классу высоко-форсированных. Двигатели автомобилей более ранних моделей ("Москвич-407, -408", ГАЗ-21, ЗАЗ-966) принадлежат к классу среднефорсированных. Таблица 1 Классы вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 В свою очередь моторные масла согласно ГОСТ 17479.1-85 подразделяются на группы по эксплуатационным свойствам, определяющим применимость масла в двигателях того или иного уровня форсирования (табл. 2). Принадлежность масла к соответствующей группе качества свидетельствует о наличии у него определенного уровня эксплуатационных свойств (антиокислительных, моюще-диспергирующих, противокоррозионных, защитных и др.). Этот уровень в основном зависит от вида и концентрации вводимых в масло целевых присадок. Таблица 2 Группы моторных масел в зависимости от уровня эксплуатационных свойств и области их применения Эксплуатационные свойства и ассортимент товарных моторных масел. Специальные присадки вводятся в основу, полученную при перегонке нефти. Основные типы применяемых ныне присадок показаны в табл. 3. Для оптимизации вязкостно-температурных показателей масла (получения все сезонных сортов) в него вводят загущающие полимерные присадки. Основу берут жидкую с вязкостью не более 2500...5000 МПА-с (сантипуаз). Это обеспечивает прокачиваемость системы смазки и достаточно уверенный пуск двигателя при минус 30°С. Добавка в виде полиметакрилата или полиизобу-тилена увеличивает вязкость масла при высокой температуре (100°С) до 7...10 мм2 /с и более, т.е. до приемлемого уровня, который сама основа не может дать (ее вязкость в этих условиях не превышала бы 3...5 мм2 /с). При работе на загущенных маслах достигается экономия топлива, которая доходит до 5 % при длительных пробегах и до 15 % при коротких пробегах в зимнее время (с частыми пусками). Уменьшение времени пуска холодного двигателя на загущенных маслах и их быстрое поступление к трущимся поверхностям (хорошая прокачиваемость) обеспечивают снижение пускового износа. Таблица 3. Основные типы присадок к моторным маслам Загущенные масла при рабочих температурах двигателей сохраняют более высокую вязкость, чем обычные зимние незагущенные масла, поэтому они могут применяться все сезонно (летом и зимой) и имеют повышенный срок службы до замены. У нас в стране для двигателей легковых автомобилей рекомендуются загущенные масла следующих вязкостных классов: в холодных климатических зонах - М-43/8,М-43/10; в средней полосе страны - М-53/10, М-63/12; в южных районах - М-63/14. В настоящее время находят все большее распространение присадки, которые улучшают антифрикционные свойства масел и обеспечивают снижение механических потерь в двигателе и экономию топлива. Таблица 4. Основные марки масел и их характеристики Из антифрикционных присадок к маслам наиболее известны маслорастворимые молибден органические соединения, а также дисперсии дисульфида молибдена MoS2. Использование присадок этого типа позволяет снизить расход топлива двигателем до 3...5 %, в 1,3. .1,5 раза уменьшить износ высоконагруженных пар трения (например, деталей механизма газораспределения) и исключить их задир, питтинг и другие виды поверхностного разрушения. Среди зарубежных присадок на базе маслорастворимых молибден органических соединений наиболее известны Моливан Л, а на базе дисперсий дисульфида молибдена Моликот А (ФРГ) и др. До последнего времени наиболее широко для среднефорсированных карбюраторных двигателей использовались масла АС-8 (М-8А) и М-8Б1у. Однако они не соответствовали требованиям таких двигателей и в настоящее время полностью заменены на масло М-8В1. Еще более высокие эксплуатационные свойства имеет универсальное масло для среднефорсированных карбюраторных и дизельных двигателей М-63/10В. Оно все сезонное и "долго работающее" со сроком службы до замены 15-18 тыс. км. При использовании карбюраторного двигателя, работающего на ментоле, выбросы с отработавшими газами оксидов азота составили 0,20 - 0,25 г/км (для бензиновых двигателей - в среднем 1,26 г/км), СО - 0,33 - 1,22 г/км (при норме 17,0 г/км). Содержание альдегидов в отработавших газах несколько больше, чем в отработавших газах бензиновых двигателей. Однако их выброс может быть уменьшен с помощью нейтрализаторов. С точки зрения долговечности двигатель внутреннего сгорания, работающий на ментоле, не имеет серьезных проблем. При использовании в качестве топлива ментола концентрация NОx в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием вдвое меньше предписанной нормами для дизелей. Концентрация СН и СО намного меньше, чем в отработавших газах. Однако содержание альдегидов заметно больше, чем в дизелях. В работе подчеркивается необходимость применения специального смазочного масла. При модификации серийных двигателей для работы на спиртовом топливе или на его смесях с бензином не отмечается ухудшения показателей рабочего процесса. При этом наблюдается значительное улучшение экологических параметров двигателей внутреннего сгорания. Однако физико-химические свойства спиртов и процессы их окисления в камере сгорания отличаются от традиционных топлив. Известно, что промежуточными продуктами окисления спиртов являются химически агрессивные вещества, а именно сильные органические кислоты (муравьиная, уксусная). При попадании этих веществ через не плотности цилиндропоршневой группы в моторное масло следует ожидать определенных изменений его свойств. В процессе испытаний и эксплуатации двигателей, применяющих смесевые и спиртовые топлива, часто отмечается повышенное изнашивание пар трения, изменение количества образующихся отложений на деталях двигателя и т.п. (3). Это, в частности, определяется различиями в теплотворной способности применяемых топлив, их поверхностной активности, а также разницей в совместимости с моторными маслами и в эффективности отвода тепла от нагретых металлических поверхностей. Одни из перечисленных факторов приводят к ужесточению условий работы моторного масла, другие, наоборот способствуют обратному явлению. При работе двигателя на спиртовом и бензо-спиртовом смесевом топливе, в частности, отмечается увеличение склонности масел М-63/10В и М-43/8ГРК к нагарообразованию в два раза при работе на чистом метаноле (1). При использовании смесевого топлива - например, на основе бензина А-76 с добавлением 15 % метанола и 7 % изобутанола в двигателе ЗИЛ-130 - уровень моющих свойств масла (М-8В1) практически не меняется. Основной причиной некоторого снижения моющих свойств масел при работе на спиртовом топливе является низкая совместимость спиртов и низкомолекулярных кислот с маслом. Кроме того, сильные органические кислоты - продукты окисления спиртов - взаимодействуют с моющими присадками моторного масла, вследствие чего эффективность его моющего действия падает (3). Отрицательные воздействия спиртовых топлив на характеристики масел следует устранить путем повышения уровня качества моторных масел, а также путем разработки присадок устойчивых к влиянию спиртов и органических кислот. Рис. 1. Диаграмма токсичности отработавших газов. Трибологические испытания присадок на машинах трения далеко не всегда подтверждаются в ходе испытаний на двигателях внутреннего сгорания, что, по-видимому, обусловлено существенным различием условий смазки и контактного взаимодействия поверхностей трения (15). Наиболее распространенная присадка к моторному маслу -диалкилдитиофосфат цинка образует поверхностную пленку, содержащую цинк, фосфор, серу и кислород, обладающую высокими защитными свойствами. Известно, однако, что при работе на метаноле изнашивание цилиндров и поршневых колец существенно возрастает. Анализ масла двигателя, работавшего на топливе, содержащем 85 % метанола и 15 % бензина, показал, что после нескольких холодных пусков в масле содержалось до 6 % метанола. В масло попадает также муравьиная кислота, образующаяся при сгорании метанола. Представленные результаты (5) указывают, что эти загрязнители подавляют процесс образования защитной пленки на поверхностях трения и снижают содержание в ней цинка, фосфора, серы и кислорода, что приводит к повышенному изнашиванию деталей. Для обеспечения надежной защиты от нагара трущихся поверхностей и от преждевременного износа и старения неметаллических деталей (резиновых, полимерных прокладок) следует повысить щелочное число применяемого масла. За счет одновременного снижения температурного порога действия присадки и вязкости моторного масла становится реальным получение смазочной композиции, обладающей эффектом антифрикционного синергизма. В этом случае суммарный результат, то есть снижение коэффициента трения смазываемых деталей, может в несколько раз превышать результат раздельного действия каждого компонента. В последнее время, благодаря внедрению рекомендаций, а также применению нетрадиционных методов конструирования поршневых колец цилиндропоршневой группы, относительный расход масла на угар ряда отечественных автотракторных двигателей снижен до уровня лучших аналогов (0,2 %). 1.4. Экспериментальная оценка количества лаковых отложений. В двигателе во время работы накапливаются отложения. В зависимости от качества моторного масла и состояния самого двигателя скорость этого малоприятного процесса может быть разной, но механизм его остается неизменным. Все отложения в двигателе условно разделяют на три группы: высокотемпературные (нагары), среднетемпературные (лаки) и низкотемпературные (шламы и осадки). Лаки образуются на деталях цилиндро-поршневой группы (поршень, кольца, стенки цилиндра). Количество их зависит от возраста автомобиля, состояния двигателя, применяемого масла и периодичности его замены. 1.4.1. Метод ПЗВ. Моющие свойства масел характеризуются величиной моющего потенциала, определяющего способность анализируемого масла удерживать во взвешенном состоянии эталонный загрязнитель. Чем больше моющий потенциал масла, тем лучше его моющие свойства. Лабораторный метод определения моющего потенциала масла на приборе ПЗВ состоит в оценке количества лаковых отложений на боковой поверхности поршня после испытаний на исследуемом масле и оценки этих отложений по семибальной цветной шкале от нуля до шести баллов. Чем больше моющий потенциал, тем ближе поршень по цвету к нулю баллов (0 - 1,5 балла - чистый поршень). Прибор ПЗВ представляет собой малогабаритную одноцилиндрову установку, оборудованную электроподогревателями (рис. 2). Так обеспечивается поддержание заданной температуры масла в картере и на поверхности поршня. Поршень в цилиндре этой установки приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом с помощью электродвигателя. Испытываемое масло заливают в картер в количестве 250 мл и ведут испытание в течение двух часов при строго определенном температурном режиме. После испытания установка разбирается и по количеству лака, образовавшегося на боковой поверхности поршня, оценивают моющие свойства масла. Оценка ведется по семи балльной цветной шкале: если поршень чист, масло получает балл 0, а если очень загрязнен лаком - балл 6. Рис. 2. Установка ПЗВ для определения моющих свойств масел. 1.4.2. Метод определения моющего потенциала. Сущность метода моющего потенциала по способу Папок и Зусевой заключается в окислении масла в течении 30 минут при температуре не ниже 210°С в присутствии контрольного масла, образующего в этих условиях дисперсную фазу, и последующей оценке образовавшегося осадка (9). Моющий потенциал дает количественную оценку способности моющей присадки обеспечивать высокую дисперсность частиц, появившихся в масле в результате его окисления или загрязнения сажистыми и другими продуктами неполного сгорания, попадающими в масло из камеры сгорания двигателя. Моющий потенциал численно равняется максимальному процентному содержанию эталонного вещества (контрольного масла) в испытуемом масле, при котором последнее еще способно сохранять высокую агрегатную устойчивость в условиях окисления. Для количественного определения моющего потенциала масла готовят несколько смесей испытуемого масла с различной массовой долей контрольного масла - 5 % раствора компонента 353 (V при 100°С - не менее 12,0 сСт, с массовой долей фосфора 2,6-2,9 %, серы - 5,2-5,8 %, механических примесей - 0,06-0,13 %) в базовом масле М-11 - в процентах кратных пяти при тщательном перемешивании и нагреве до 70 - 80°С. Затем 5 г испытуемого масла наливают в патрон (рис 3), ставят в аппарат Папок на диск, нагретый до 250°С, и выдерживают в течении 30 минут. Рис. 3. Аппарат Папок для определения моющего потенциала масел с присадками: 1 - электронагревательный элемент; 2 - нагревательная пластина; 3 - стальной диск; 4 - шток; 5 - рукоятка; 6 - пружина; 7 - термометр; 8 - металлический корпус; 9 - стеклянная дверца; 10 - отверстия для доступа воздуха. Рис. 4. Патрон: 1 - стальной цилиндр; 2 - стальной колпачок. Рис. 5. Разъемная воронка с бумажным фильтром: 1- патрубок; 2- накидная гайка; 3- конус; 4- штифты; 5- решетка; 6- штуцер; 7- трубка. Таблица 5. Оценка фильтруемости в зависимости от времени фильтрации Таблица 6. Оценка степени загрязнения фильтра Состояние фильтра Степень загрязнения Белый или светло-серый 1 Серый или светло-коричневый без какого- 2 либо осадка заметного на глаз Темный или коричневый с отчетливо 3 видимым осадком любого цвета Черный как тушь 4 Перед началом испытания контрольное масло проверяют. После окисления 5 г масла в патроне и растворении в 45 мл бензина оно должно обладать хорошей или удовлетворительной фильтруемостью и степенью загрязнения 3 или 4. За показатель моющего потенциала принимают максимальную концентрацию контрольного масла в испытуемом масле в процентах: например при максимальной концентрации контрольного масла в испытуемом масле 75%, моющий потенциал равен 75; в отфильтрованном масле полученный результат записывают с индексом Ф, (75Ф). За результат испытания принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемые расхождения, между которыми не должны превышать 5 единиц от среднего арифметического значения. 1.4.3. Метод 344Т. Конечный результат испытания масла в двигателе зависит не только от того, насколько тщательно двигатель подготовлен к испытанию и точно выдержан режим испытания, но и от точности оценки полученного результата. По окончании испытания и разборки двигателя приступают к оценке износа трущихся деталей, определению количества отложений в различных зонах двигателя, характеристике работоспособности отдельных узлов и деталей двигателя и др. При этом важно обеспечить точность оценки результатов испытания, по возможности избежать ошибок, основанных на субъективной оценке полученных данных. Большинство методов, при помощи которых характеризуется образование углеродистых отложений в двигателе, основано на оценке состояния деталей двигателей в баллах. Существует несколько бальных систем: отрицательная система (demerit system), или система оценки недостатков, по которой баллом 0 оценивается чистая поверхность, а баллом 10 - поверхность, полностью покрытая отложениями; другая система - положительная (merit system), по которой 0 баллов соответствует самым плохим результатам, 10 баллов - чистой поверхности. Применяется также смешанная система отсчета, предусматривающая оценку каждого элемента в отдельности по отрицательной системе; суммарная оценка выводиться из расчета, что большая величина показателя (в баллах) соответствует более высокому качеству масла. Как правило, все методы устанавливают необходимость оценки состояния основных узлов двигателя: поршня, поршневых колец, гильзы цилиндра, клапанов, подшипников. Внешний вид каждой детали оценивается отдельно, затем выводится средняя оценка одноименных деталей и потом уже выносится суммарная оценка состояния двигателя. Такой принцип имеет ряд недостатков, в частности, если по одному из показателей получен отрицательный результат, то это может и не очень повлиять на величину суммарной оценки; фактически такое масло должно было бы быть забраковано в связи с получением отрицательного результата по одному из показателей метода. Можно выделить ряд наиболее широко известных методов оценки результатов моторных испытаний: 1) Стандартный метод 344-Т; 2) Метод, принятый для двигателя Petter АV.1; 3) Метод английского нефтяного института. Оценка состояния поршневых колец в баллах в большинстве случаев выносится следующим образом: Состояние колец. Оценка, баллы. Свободное ... 0 Инертное... 0,5 Защемление на: 0-75°... 1 75-150° .. 2 150-225° ... 3 225-300°.. 4 300-360°.. 5 пригоревшие на: 0-75°... 6 75-150°... 7 150-225°... 8 225-300°... 9 300-360°... 10 Таблица 7. Значения коэффициента К При оценке лакообразования на юбке поршня учитывается степень (площадь) ее покрытия отложениями и их цвет. Методы 344-Т, Английского нефтяного института, Реtter АV.1 предусматривают использование для этих целей формулы , где А - оценка состояния юбки поршня, баллы; S - поверхность юбки поршня, покрытая отложениями, %; К - коэффициент, учитывающий цвет лаковых отложений. Значения коэффициента К приведены в таблице 7. Отложения на верхнем пояске поршня (выше первого кольца) чаще всего оцениваются с учетом площади, покрытой ими, а также толщины и твердости отложений. По методу 344-Т величину соответствующего показателя определяют следующим образом: , где А - оценка состояния верхнего пояска поршня, баллы; S - поверхность верхнего пояска поршня, покрытая отложениями, %; К1 - коэффициент, учитывающий толщину отложений; К2 - коэффициент, учитывающий твердость отложений. Для выбора значений коэффициентов К1 и К2 пользуются следующими данными: Отложения Значения К1 Тонкий слой отложений (30 % зазора между верхним пояском поршня и стенкой гильзы цилиндра) 3,0 Слой отложений средней толщины (70 % зазора) 7,0 Толстый слой отложений (зазор полностью заполнен) 10,0 Отложения Значения К2. Мягкие отложения 0,3 Отложения средней твердости 0,7 Твердые отложения 1,0 Метод Английского нефтяного института предусматривает пять значений коэффициента К1 в зависимости от толщины отложений на верхнем пояске поршня. Твердость отложений по этому методу не учитывается. 1.4.4. Метод хроматографии. О качестве масла, испытанного на двигателе, судят по данным обмера трущихся деталей двигателя, по оценке количества и характера образовавшихся углеродистых отложений, а также по анализу работавшего масла. Именно так устанавливают, работал двигатель нормально или с перебоями в процессе испытания, и получают представление об изменениях, происшедших в масле в результате действия содержащихся в нем присадок. Для характеристики состояния работавшего масла определяют его вязкость, кислотное число, температуру вспышки, коксуемость, содержание золы и органических нерастворимых продуктов и щелочность. По величине соответствующих показателей судят об изменении физико-химических свойств масла. Не менее важно иметь представление об эксплуатационных свойствах масла, его работоспособности, эффективности присадок, содержащихся в нем. Для этих целей в последнее время все чаще применяют метод хроматографии на бумаге, оптический или электронный микроскоп и спектральный анализ. Метод, основанный на применении методов хроматографии на бумаге (метод "масляного пятна"), позволяет определить влияние присадок на дисперсность суспензии нерастворимых продуктов в работавших маслах. Этот метод заключается в нанесении капли работавшего масла на фильтрованную бумагу и определении величины пятна, очерченного нерастворимыми в масле продуктами вокруг центрального ядра. По площади полученного кольца - зоны диффузии - судят о дисперсности продуктов загрязнения в масле: чем меньше размер взвешенных в масле частиц, тем больше площадь диффузии и наоборот. Температура масла оказывает большое влияние на результаты определения дисперсности нерастворимых в масле продуктов загрязнения. Поэтому ряд зарубежных исследователей предлагает проводить определение эффективности моюще-диспергирующих присадок методом масляного пятна не только при 20° С, но и при 200° С, т.е. при температуре, характерной для деталей цилиндропоршневой группы двигателей. По этому способу при помощи фотоэлемента фиксируют интенсивность света, проходящего через бумажный фильтр с масляным пятном, и выражают полученный результат в процентах поглощения света. Для оценки степени дисперсности продуктов загрязнения в маслах, работавших в двигателе, можно также использовать оптический или электронный микроскоп. Преимуществом последнего является его высокая разрешающая способность, обеспечивающая возможность изучения частиц размером около 0,005 мкм. Метод исследования образца работавшего масла на электронном микроскопе заключается в нанесении масла на коллодиевую пленку, закрепленную на металлической сетке, выпаривании масла под вакуумом и последующем изучении продуктов загрязнения, осевших на коллодиевой пленке. При помощи спектрографического анализа можно судить о концентрации металлосодержащих присадок в работавших маслах и износе трущихся деталей двигателя. Постановка задач исследования Сравнить методы оценки показателей качества. Проанализировать эффективность оценки. Глава 2. Анализ механизма возникновения отложений лаковых пленок на деталях дизеля, наиболее опасные места скопления лака и их влияния на работу двигателя. Механизмы устранения их или уменьшения с помощью присадок. 2.1. Лабораторные и стендовые методы испытания масла. Соответствие лабораторных и стендовых методов испытания моторного масла приведены в работе (1). Стендовые испытания двигателя внутреннего сгорания обеспечивают возможность получения надежной оценки качества моторных масел с присадками. Вместе с тем эксплуатационные свойства масел характеризуются показателями, значениями которых, как правило, зависят от большого числа фактов. С помощью лабораторных методов можно более глубоко изучить отдельные процессы, оказывающие влияние на работоспособность моторных масел с присадками, однако в этом случае обычно не представляется возможным непосредственно сопоставить результаты у лабораторной и моторной оценок качества масла. В связи с этим, очень важно правильно интерпретировать результаты испытаний моторных масел с присадками в двигателях с учетом данных, полученных при оценке их качества в лабораторных условиях. Это способствовало бы объективной оценке результатов испытаний масел с присадками в двигателях и в случае необходимости могло бы наметить наиболее эффективные и рациональные пути улучшения качества испытанных масел. Для решения поставленной задачи следует найти математическое описание процесса, протекающего в масле при работе двигателя, с тем, чтобы с помощью частных показателей, иллюстрирующих отдельные аспекты механизма действия присадок к маслам в лабораторных условиях, получить расчетные значения комплексного показателя, характеризующего в обобщенном виде модель этого процесса. При этом необходимо, чтобы обеспечивалась достаточно высокая степень соответствия результатов лабораторной оценки и моторных испытаний исследуемых объектов. Как показывает опыт, в лабораторных условиях могут быть использованы методы, базирующиеся на различных принципах. Важно правильно оценивать вклад каждого из выбранных лабораторных методов в общую оценку (расчетное значение комплексного показателя) лакообразования на поршне двигателя. В конечном виде выражение, связывающее количество лаковых отложений, образовавшихся в двигателе (S), с результатами лабораторной оценки функциональных свойств моторных масел с присадками, может быть представлено следующим образом: А - параметр, характеризующий антиокислительные свойства масла; Sv и Ss - параметры, определяющие эффект стабилизирующего и собственно моющего действия масла соответственно; а, ? - коэффициенты пропорциональности. Справедливость полученной зависимости была проверена экспериментальным путем. При этом в качестве объекта для сопоставления использовали результаты, полученные при испытании масла ДС-11, содержащего композиции присадок на основе сульфоната и алкилсалицилата кальция, дитиофосфата цинка и сукциминида на одноцилиндровом дизельном двигателе ИТ9-3 с диаметром поршня 85 мм (10). Из лабораторных методов, оценивающих различные стороны процесса моющего действия, были выбраны методы, характеризующие стабилизирующее действие по величине обобщенного показателя стабилизирующих свойств масла (St), собственно моющее действие - по времени образования пленки углеродистых отложений заданной толщины при 330°С (t), антиокислительные свойства - по изменению вязкости масла (vк) и накоплению в нем осадка (Р) при 205°С. С учетом выбранных показателей лабораторной оценки применительно к использованному моторному методу уравнение принимает следующий вид: В двигателях внутреннего сгорания смазочное масло находится в очень тяжелых условиях. При работе двигателя оно с большой скоростью циркулирует по замкнутому кругу (из картера или масляного бака к трущимся деталям и, стекая с них, возвращается обратно в картер или бак), непрерывно соприкасается с кислородом воздуха, с разнообразными металлами и сплавами и, что самое главное нагревается до высокой температуры. При использовании в качестве топлива спиртов, а, также добавляя спирты к бензину или дизельному топливу, масло будет также контактировать при высокой температуре и со спиртами и с агрессивными продуктами их окисления содержащими кислород (с органическими кислотами). В таких условиях масло будет быстро окисляться, в результате чего на боковых поверхностях поршня, цилиндра, в поршневых канавках и внутренних поверхностях стенок поршня и других деталях будет откладываться прочно скрепленная с поверхностью металла пленка, толщиной от нескольких десятков до трехсот микрон. Применение в качестве топлива спиртов приводит к еще более интенсивному образованию пленки отложений, цвет которой в зависимости от ее толщины будет меняться от светло-желтого до черного. Спирты и продукты их превращения, низкомолекулярные органические кислоты, присутствуя в масле, снижают его коллоидную стабильность. Это объясняется низкой совместимостью с маслом спиртов и низкомолекулярных органических кислот и вызывает выпадение функциональных присадок из масла в осадок. Кроме того, не исключено также, что будет происходить быстрое срабатывание моющих присадок вследствие их взаимодействия с сильными низкомолекулярными органическими кислотами. В результате можно ожидать снижения эффективности моющего действия. Лакообразование на поверхности поршней наиболее интенсивно происходит при температурах свыше 600°С, когда наряду с окислением, еще более интенсивным в присутствии спирта начинают значительно проявляться процессы термической деструкции углеводородов, крекинг и дегидрогенизация с частичной полимеризацией вновь полученных веществ. В состав лаковых отложений обычно входят карбены и карбоиды (40-80%), масла и нейтральные смолы (15-40%), асфальтены и органические кислоты (10-15%). Лаковые отложения способствуют перегреву поршня двигателя и накоплению нагара, скрепляя его с металлической поверхностью. В лаках собираются интенсифицирующие износ частицы нагара, пыли, металла. Накопление таких частиц в канавках поршневых колец приводит к потере кольцом подвижности и, в результате к прорыву отработавших газов и продуктов сгорания, содержащих пары спирта, органические кислоты и другие продукты его разложения, из камеры сгорания в картерное масло. Все это приводит к ухудшению его качества, увеличению износа всех трущихся поверхностей и, в конце концов, к снижению мощности двигателя. В нормально работающем двигателе поршневые кольца свободно перемещаются в своих канавках. При заполнении канавок лаковыми отложениями кольца заклиниваются (пригорают). Это приводит к повышению расхода масла, прорыву больших количеств газов из камеры сгорания в картер, падению мощности двигателя; ломаются кольца, и может произойти заклинивание поршня в цилиндре. Пригоревшие кольца приходится преждевременно заменять. Лаковые отложения обладают плохой теплопроводностью; поэтому отвод тепла от поршня, покрытого лаком, ухудшается, поршень перегревается, и нормальная работа двигателя может быть нарушена. Количество лаковых отложений возрастает при увеличении времени работы двигателя и повышении температуры его деталей. Интенсивность образования лака зависит как от конструкционных особенностей и условий работы двигателя, так и от качества топлива и масла. Масло должно поддерживать смолистые вещества в дисперсной фазе и препятствовать отложению лаковых пленок на металлических поверхностях. Для придания маслу этих свойств в моторное масло добавляют специальное вещество - присадку. При удачном выборе присадки даже после длительной работы двигателя его детали остаются совершенно чистыми. Масло, содержащее такую присадку, не смывает лак с деталей, а предупреждает образование на них лака. Следует учитывать, что сочетание антиокислительных и диспергирующе-стабилизирующих свойств моторного масла определяет его склонность к лакообразованию. Совместно с моющей присадкой термоокислительная присадка устраняет пригорание поршневых колец, предохраняет детали от образования на них лака. В большей мере на процесс лакообразования будут оказывать моющие свойства моторного масла, особенно диспергирующе-стабилизирующие, чем антиокислительные. При переходе на спиртовые и смесевые топлива необходимо изменить композицию присадок в моторном масле. Присадки должны обеспечить повышение эффективности моющего действия масла, в связи с изменением температурных параметров, повышение щелочности и антиокислительных свойств в результате проникания в масло продуктов окисления спиртов. Глава 3. Результаты испытаний, как примеры влияния качества масла на отложение, срок службы деталей, моторесурс. Метод 344Т был использован при испытании масел с присадками в двигателе внутреннего сгорания для сопоставления оценки лакообразования на поршне с данными по определению эффективности образцов с помощью лабораторных методов. Приведенные в табл. 8 экспериментальные и расчетные оценки лакообразования на поршне (S) свидетельствуют о вполне удовлетворительном их соответствии. Таблица 8 Сопоставление результатов испытаний различных масел на одноцилиндровом дизельном двигателе ИТ9-3 с диаметром поршня 85 мм Таблица 9 Сопоставление результатов испытаний моторных масел с различным уровнем моющих свойств на одноцилиндровом дизельном двигателе с диаметром поршня 150мм Применительно к рассматриваемому двигателю выражение имеет следующий вид: . Как и в предыдущем случае, между расчетными данными и результатами непосредственного определения на двигателе склонности масел к образованию лаковых отложений (табл. 9.) было получено вполне удовлетворительное соответствие. Вместе с тем из табл. 9. видно, что высокое лакообразование на поршне при испытании масла 1 связано с его низкими антиокислительными и собственно моющими свойствами. Масло 3, обладая по ряду показателей такими же низкими, как и масло 1, антиокислительными свойствами, имеет в отличие от последнего более высокие собственно моющие свойства. Это, а также незначительное количество осадка, образуемое им при окислении, приводит к тому, что в целом лакообразование на поршне при испытании масла 3 оказывается меньшим, чем в случае испытания масла 1. Повышение стойкости масел к окислению при одновременном увеличении их собственно моющих свойств приводит к резкому снижению лакообразования на поршне двигателя (масла 4-10). Таким образом, сочетая оценку моторных масел с присадками с помощью лабораторных методов с результатами их испытаний в двигателях, можно получить исчерпывающие данные об уровне эксплуатационных свойств объектов исследований и наиболее рациональных путях улучшения их качества. Результаты анализов, приведенных в таблице 10 показывают, что введение в масло 0,1 % муравьиной кислоты практически не сказывается на качестве масла, в то время, как добавление 0,5 % несколько ухудшает его свойства. Таблица 10. Изменение свойств моторных масел М-63/10В (числитель) и М-43/8ГРК (знаменатель) в присутствии муравьиной кислоты Добавка муравьиной кислоты незначительно ухудшила свойства масел во многом благодаря их высокому щелочному числу (10 у М-63/10В и 12 у М-43/8ГРК). Очевидно, что для масел с низким щелочным числом (3-6) ухудшение моющих и антиокислительных свойств было бы более значительно. 3.1. Оценка количества и качества отложений. Для расчета количества отложений при прочих равных условиях применялась следующая эмпирическая зависимость: , Значения эффективности собственно моющего действия Ss и диспергирующего действия Sv представлялись в следующем виде: М - лакообразование на установке ПЗВ; D - моющий потенциал; а и ? - коэффициенты пропорциональности, которые могут быть найдены сопоставлением результатов эксплуатационной проверки масел с данными их лабораторного анализа. Применительно к рассматриваемому случаю нормирование коэффициентов, входящих в формулу, осуществлялось на основании результатов широкой эксплуатационной проверки масел М-43/8ГРК и М-63/10В (ОСТ 38.01 370-84) в автомобилях с двигателем ЗИЛ-130. Оценка качества отложений, проведенная по методике 344Т, после 18000 км пробега составила для масла М-43/8ГРК 9,3 балла, а для масла М-63/10В -15,3 балла. На основании полученных результатов указанная зависимость имела вид: , Полученное соотношение позволяет прогнозировать склонность масел к образованию отложений в условиях эксплуатации по результатам их лабораторной проверки. Так, при использовании спиртовых топлив склонность к образованию отложений на маслах М-63/10В и М-43/8ГРК возрастала в два раза. При использовании бензометанольных топлив склонность к образованию отложений практически не изменялась. Аналогичные результаты были получены при прогнозировании уровня моющего действия с использованием обобщенной функции желательности Харрингтона (S ~ ?АМD) с учетом предварительной ранжировки показателей. Таким образом, при работе двигателей на спиртовых топливах моющие свойства моторных масел несколько ухудшаются (величина характеризующая обобщенную функцию, переходит из области "очень хорошо" в область "хорошо"). При использовании смесевых топлив уровень моющих свойств моторных масел практически не меняется. Поскольку один из возможных путей расширения ресурсов топлива - использование бензометанольных смесей, можно суверенностью предположить, что их применение не приведет к образованию повышенного количества отложений в двигателе по сравнению с бензином. Результаты сравнительной эксплуатационной проверки автомобилей с двигателями ЗИЛ-130 на бензине А-76 и на смеси, представляющей сочетание бензина с 15 % метанола и 7 % изобутанола представлены в таблице 11. Октановое число смесевого топлива было равно 76. Смазывание двигателей, работающих на штатном и опытном топливах, осуществлялась маслом М-8В1. Из приведенных данных следует, что общее количество отложений на обычном и бензометанольном топливе отличается несущественно. При работе на опытном топливе отмечены меньшее количество отложений в канавках поршневых колец и меньшая склонность к лакообразованию на боковой поверхности поршня. Некоторое уменьшение количества образовавшихся отложений на деталях двигателя при использовании смесей топлива, очевидно, связано с меньшей теплонапряженностью граничной масляной пленки вследствие испарения спиртовой части топлива. Таблица 11 Среднее количество лаковых отложений на деталях двигателей ЗИЛ-130 после пробега 18000 км при использовании бензинов марки А-76 и БМ-15 Следует отметить, что в данном случае рассматривался лишь один из нескольких возможных и наиболее благоприятных факторов, влияющих на склонность моторных масел к образованию отложений в двигателях, работающих на спиртах, или на смесях спиртов с бензином. Он связан с присутствием в масле специфических низкомолекулярных органических кислот и возможным снижением, вследствие этого, эффективности действия моющих присадок. Глава 4. Выводы по анализу наиболее эффективных методов оценки качества масла. На основании обзора показаны особенности применения спиртовых топлив в двигателях внутреннего сгорания, а также проанализированы изменения параметров моторного масла двигателей вследствие использования в качестве топлива метилового или этилового спиртов. По литературным данным применение спиртовых топлив в чистом виде или в виде смесей с бензином приведет на фоне улучшения экологических параметров двигателей внутреннего сгорания (снижение выбросов СО для бензиновых двигателей, дымности для дизелей) к уменьшению срока их работы до капитального ремонта. Причиной этого является химический механизм окисления спиртов в результате которого неизбежно проникание образующихся сильных органических кислот в моторное масло. В некоторых статьях предлагаются пути решения данной проблемы. Практически во всех статьях подчеркивается значительная экономия нефтепродуктов в результате применения спиртовых топлив, а также не уступающие традиционным двигателям индикаторные показатели рабочих процессов спиртовых двигателей различных конструкций. 1. При работе двигателей на спиртовых топливах моющие свойства моторных масел улучшаются. Для масел с низким щелочным числом (3-6) присутствие в масле специфических низкомолекулярных органических кислот приводит к значительному снижению эффективности действия моющих присадок. 2. Использование смесевых топлив с добавкой спиртов не приводит к образованию повышенного количества отложений в двигателе, так как уровень моющих свойств моторных масел практически не меняется. 3. При работе двигателей внутреннего сгорания на чистых спиртах возможны негативные явления, которые в случае необходимости устраняются путем повышения уровня качества моторных масел, связанного с применением беззольных моющих присадок, улучшением антиокислительных свойств масел и повышением щелочного числа. Список используемой литературы Анализ результатов испытаний масел в двигателе с учетом оценки их качества в лабораторных условиях / А, Б. Виппер, В. Л. Лахши // Двигателестроение. -1979. - № 9. - Стр. 58-59. Антифрикционное действие присадок к моторным маслам./ Виппер А.Б., Караулов А.К. и др.// Нефтепереработка и нефтехимия (Москва), - 1994, № 9. Стр. 23-27. Взаимное влияние качества топлива и моторного масла на работу двигателя внутреннего сгорания / А. Б. Виппер, С. А. Абрамов, В. И. Балакин // Двигателестроение. - 1983. - № 10. - Стр. 30-31. Влияние моторного масла на надежность и долговечность двигателей./ Подорожная Л.П. // Волгоградский политехнический институт. - Волгоград. - 1996.- Стр. 9. Выбор и исследование смазочного материала с улучшенными триботехническими параметрами / С. В. Путинцев, И. А. Холомонов, Л.Ф. Малый // Трение и износ. - 1990. - т. 11 - № 2. - Стр. 317-322. Износ дизелей в зависимости от качества топлива и смазочных материалов.// Наука и техника на речном транспорте. - 1995, № 5.- Стр. 44-58. Исследование процессов смазывания и трения поршневых колец двигателей внутреннего сгорания / Л. М. Бурштейн. С. В. Кобяков // Двигателестроение. - 1991. - № 1. - Стр. 52-57. Лабораторная оценка окисления моторных масел с присадками на приборе РСЛ. / Соболев Е. П. Виппер А. Б. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1976. №9.- Стр. 21-23. Масла смазочные с присадками. Метод определения моющего потенциала. ГОСТ 10734-64 / Государственный комитет по стандартам. Москва 1978. Механизм моющего действия масел с присадками. / Лахши В. Л., Виппер А.Б. // Химия и технология топлива и масел. - 1977. №12. - Стр. 39-41. О корреляции между результатами испытаний моторных масел в лабораторных условиях и на ОЦУ. / Лахши В. Л., Виппер А. Б. // Химия и технология топлива и масел. - 1979. №1.- Стр.47-49. Оперативная оценка возможности применения моторных масел в высокотемпературных условиях эксплуатации./ Боренко Л.В., Сайдахмедов Ш.М., Фукс И.Г. // Химия и технология топлив и масел. - 1996, № 1.- Стр. 29-30. Расчетная модель и анализ условий смазки и трения поршневого кольца быстроходного тракторного дизеля / С. В. Путинцев, С. А. Аникин // Трение и износ. - 1988. - т. 9. - № 4. - Стр. 617-626. Режимы работы, параметры рабочего цикла и расход масла в ДВС./ Григорьев М.А., Большаков В.В., Федоров С.Н.// Автомобильная промышленность. - 1995, № 8.- Стр. 8-11. Состояние, проблемы и перспективы развития трибологического аспекта энергосбережения в двигателестроении / С. В. Путинцев // Известия вузов. Машиностроение. -1995, № 10-12.- Стр. 71-79. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочное издание./ Будыштова К.Н., Берштандт Л.А., Богданов Ш.К. и др. Под редакцией Школьникова В.М. / Химия. - 1989.- Стр. 108-139. Требования к моторным маслам для малотоксичных дизелей европейского производства./ Mineraloltechnik - 1994. № 5-6.- Стр. 1-47. Требования к современным системам смазывания и маслам. Steiner Lutz. Neues Schmierstoff / Bus - Fahrt / - 1995, № 11. - Стр. 13-30. 19. Трение и теплопередача в поршневых кольцах двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие / Р. М. Петриченко, М. Р. Петриченко, А. Б. Канищев и др. Под ред. Р. М. Петриченко/Л., Изд-во ЛГУ, 1990. Управление толщиной масляной пленки между маслосъемным кольцом и цилиндром / Г. К. Кузнецов // Известия вузов. Машиностроение. - 1979. - № 6. - Стр. 67-71. Химмотология топлив и смазочных масел. / Папок К.К. // Воениздат, 1987, 192с. 2 Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками, графиками, приложениями и т.д., достаточно просто её СКАЧАТЬ.  |
|
Банк готовых работ
Форма заказа
Скачать работу
экономические  Copyright © refbank.ru 2005-2024
Все права на представленные на сайте материалы принадлежат refbank.ru. Перепечатка, копирование материалов без разрешения администрации сайта запрещено. |
|