Влияние доливов процесса окисления минеральных масел

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние доливов процесса окисления минеральных масел

Представлены результаты исследования влияния доливов на окислительные процессы минеральных моторных масел. Предложен критерий оценки влияния доливов на окислительные процессы и ресурс.

Ключевые слова: смазочное масло, доливы, термоокислительный процесс, коэффициент термоокислительной стабильности, ресурс, коэффициенты поглощения светового потока и летучести.

Введение. Смазочный материал является элементом трибосистемы и его состояние в процессе эксплуатации машин и агрегатов влияет на их надежность. Применяемая система замены масел по наработке или пробегу не обеспечивает эффективное использование смазочных материалов и требует создания технических средств контроля за их состоянием в процессе эксплуатации.

В процессе эксплуатации двигателей внутреннего сгорания осуществляются доливы масел вследствие угара масла и не герметичности масляных систем, однако влияние объектов доливов на процессы старения недостаточно изучены. Существуют противоречивые мнения о влиянии доливов на ресурс моторных масел [1-2], поэтому исследования в этом направлении имеют важное значение т.к позволяют обосновать критерии влияния доливов на ресурс моторных масел различных классов вязкости, базовых основ и групп по уровню эксплуатационных свойств [3-4].

Цель исследований - обосновать критерий оценки влияния доливов на процессы окисления моторных масел.

Методика исследований. Для исследования выбраны минеральные масла: дизельное, летнее М-10-Г2К (СС) и всесезонное универсальное Лукойл стандарт 10W-40 SF/CC. Исследования поводились на специально разработанных приборе для термоокислительной стабильности [5], фотометре и электронных весах.

Технология испытания заключалась в следующем, проба испытуемого масла массой 100±0,1 г. заливались в стеклянный стакан, для исключения влияния металлов на окислительные процессы и перемешивалась стеклянной мешалкой при термостатировании. Масла испытывались при температурах 160, 170 и 180єС. При наборе заданной температуры регистрировалось время начала испытаний. После каждых 8 часов испытания проба масла взвешивалась для определения массы испарившегося масла и отбиралась часть пробы для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока

, (1)

где П - показания фотометра, мкА; 300 - показания фотометра при настройке и отсутствии масла в кювете, мкЛ.

После измерения оптических свойств проба возвращалась в стакан, который взвешивался и масса пробы доливалась до 100г. и определялась масса долива. В процессе испытания температура и частота вращения мешалки (300 об/мин) задавалась дискретно и поддерживались автоматически. Для оценки влияния доливов на процессы окисления испытания проводились дважды - без доливов и с доливами.

Результаты исследований и их обсуждение. Количество тепловой энергии поглощенной продуктами окисления и испарения при термостатировании масел определялось коэффициентом термоокислительной стабильности

Етос=Кп+КG (2)

где Кп - коэффициент поглощения светового потока; КG - коэффициент летучести.

КG=m/M, (3)

где m - масса испарившегося масла при испытании, г; M - масса оставшейся пробы масла, г.

Зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от времени и температуры испытания представлены на рис.1. Доливы масел при температурах 180 и 160єС уменьшают значения коэффициента Етос за один и тот же период времени, а при температуре 170єС они незначительно увеличивают коэффициент Етос , причем доливы проявляются через определенное время испытания. Однородность состава продуктов окисления, образующихся при различных температурах испытания, исследовалась зависимостью коэффициент термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока (рис.2).

Рис.1. Зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от времени и температуры испытания минерального масла М-10-Г2К: 1-180оС; 2-170оС; 3-160оС; 1, 2, 3 - без доливов; 1', 2', 3' - с доливами.

долив окисление минеральный масло

Показано, что состав продуктов окисления не зависит от температуры испытания и объема доливаемого масла. Для получения определенной концентрации продуктов окисления независимо от температуры испытания и объемов доливов затрачивается определенное количество тепловой энергии.

Рис. 2. Зависимость коэффициент тепловых преобразований от коэффициента поглощения светового потока при испытании минерального моторного масла М-10-Г2к (усл. обозн. см. на рис. 1.)

Регрессионное уравнение зависимости Етос=ѓ(Кп) имеет вид:

Етос= аКп +С = 1,062Кп +0,0026 (4)

где а - скорость поглощения тепловой энергии в продуктами преобразования; С - коэффициент термоокислительной стабильности, при котором начинаются процессы превращения.

С помощью коэффициента Етос можно установить температурные пределы процессов преобразования: температуру начала процесса и предельную температуру, при которой они протекают с большими скоростями (рис. 3 а, б).

Температура начала процесса преобразования определялась регрессионным уравнением зависимости при времени испытания 10 часов

Етос= аТ2 + вТ + С = 3,14Ч10-5Т2 - 0,007Т + 0,37 (5)

Скорость процесса преобразования определялась производной

(6)

Из уравнения 6 при VЕтос = 0 определяем температуру начала процесса преобразования, которая равна 130оС.

Предельная температура определялась зависимостью времени достижения значения коэффициента Етос=0,1 от температуры испытания (рис.3б)

Рис. 3. Зависимость коэффициент термоокислительной стабильности при t=10ч (а) и времени испытания при Етос=0,1(б) от температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к.

t = aT2 - вТ + С = 0,01T2 - 4,21Т + 423,85 (7)

При t=0 определяем предельную температуру, которая составила для моторного масла М-10-2к - 200оС.

На рис.4 представлены зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени испытания минерального масла Лукойл стандарт 10W-40 SF/CC. Доливы повышают термоокислительную стабильность масла при температурах испытания 180 и 170єС и понижают ее при температуре 160єС.

Рис. 4. Зависимость коэффициент термоокислительной стабильности от времени и температуры испытания минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC: 1-180оС; 2-170оС; 3-160оС; 1, 2, 3 - без доливов; 1', 2', 3' - с доливами.

Сравнивая результаты испытания минеральных масел М-10-Г2к и Лукойл Стандарт, принадлежащие к одной группе эксплуатационных свойств СС (по API) для дизельных двигателей можно констатировать, что для минерального масла М-10-Г2к при температуре 170оС доливы ускоряют процессы окисления, а для масла Лукойл Стандарт они практически не оказывают влияния при температуре 160оС.

Связь между коэффициентом термоокислительной стабильности и концентрацией продуктов окисления исследовалась зависимостью (рис. 5.). Показано, что для масел без доливов (кривые 1, 2, 3) состав продуктов одинаково изменяется и не зависит от температуры испытания, а от времени испытания. Доливы при температурах испытания 180 и 170єС (кривая 1', 3') увеличивают значение коэффициента термоокислительной стабильности, т.е тепловой энергии поглощается больше.

Рис. 5. Зависимость коэффициент термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока при испытании минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC: (усл. обозн. см. на рис. 4).

Регрессионное уравнение связи между коэффициентами Етос и Кп имеет вид

Етос = аКп + в; (8)

Етос = 1,2Кп + 0,02 (для кривых 1', 3') (9)

Етос = 1,18Кп + 0,02 (для кривых 1, 2, 2', 3) (10)

Температура начала процесса преобразования определяется зависимостью после 10 часов испытания (рис.6 а), а предельная температура по времени достижения Етос=0,1 (рис. 6 б) в зависимости от температуры испытания. Температура начала преобразования тепловой энергии в продукты превращения для масла Лукойл Стандарт установлена равной 154оС, а предельная температура 198оС. Доливы не оказывают влияния на температурную область работоспособности масла.

В качестве показателя влияния доливов на ресурс минеральных моторных масел предложен коэффициент увеличения ресурса Кур, определяемый отношением

Кур=tg/t, (11)

Рис 6. Зависимость коэффициент термоокислительной стабильности (а) при t=10 ч и времени испытания до Етос=0,1(б) от температуры испытания минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC: 1- без доливов; 2 - с доливами.

где tg и t - время достижения принятых значений коэффициента термоокислительной стабильности соответственно без доливов и с доливами.

Согласно данных рис.7 для температуры испытания 180єС доливы увеличивают ресурс минеральных масел, однако этот показатель подвержен большим колебаниям, что указывает на сложность процесса окисления при доливах.

Рис. 6 Зависимость коэффициента увеличения ресурса от коэффициента термоокислительной стабильности при испытании минеральных масел при температуре 180єС.

Согласно данных рис. 7 доливы неоднозначно влияют на ресурс минеральных масел, так, для масла М-10-Г2К (кривая 1) до значения коэффициента Етос=0,2 доливы не оказывают влияния на ресурс, а при значении коэффициента Етос=0,3 ресурс увеличивается на 20%. Дальнейшее увеличение коэффициента Етос вызывает стабилизацию ресурса на уровне 15%.

Для масла Лукойл стандарт (кривая 2) ресурс в начале испытания масла с доливами увеличивается на 40% и в дальнейшем с увеличением коэффициента Етос снижается до 15%. Поэтому коэффициент увеличения ресурса может служить важной дополнительной информацией для уточнения ресурса моторных масел при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

Выводы

Предложенная методика исследования влияния доливов на процессы окисления минеральных масел позволяет определить кинетику изменения коэффициента термоокислительной стабильности, температуру начала тепловых преобразований и критическую температуру работоспособности, а также установить параметры влияния доливов на ресурс моторных масел.

Библиографический список

1.Венцель С.В. Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания. - М.: «Химия», 1979. - 233 с.

2.Костецкий Б.И. О роли вторичных структур в формировании механизмов трения, смазочного действия и изнашивания. - Трение и износ. 1980. Т. 1, №4, с. 622-637.

3. Непогодьев а.В. Механизм окисления масла в поршневых двигателяхъ. - Химия и технология топлив и масел, 1997, №4, с. 34-39.

4.Зуидема Г.Г. Эксплуатационные свойства смазочных масел. - М.: Гостолтехиздат. 1957.-171 с.

5.Ковальский Б.И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных материалов / Б.И. Ковальский - Новосибирск: наука, 2005.-341 с.

Размещено на Allbest.ru