Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса эффективного использования масел для автотракторных дизелей 7
1.1. Тенденции развития смазочных систем автотракторных дизелей 7
1.2. Анализ используемых систем смазки и очистки
1.2.1. Смазочная система дизеля КАМАЗ-740 11
1.2.2. Смазочная система дизелей КАМАЗ-ЕВРО-2, 3
1.3. Обзор закономерностей старения масла в процессе эксплуатации 17
1.4. Методы определения периодичности замены масла
1.4.1. Простейшие методы 3 5
1.4.2. Определение периодичности замены масла по допустимому уровню вероятности безотказной работы 35
1.4.3. Определение периодичности замены масла по изменению и допустимому уровню диагностического параметра 39
1.4.4. Определение периодичности замены масла по технико-экономическому методу 42
1.5. Выводы и задачи исследования 43
2. Программа и методика исследования 45
2.1. Программа и общая методика исследования 45
2.2. Методика аналитического исследования 47
2.3. Методика экспериментального исследования 48
2.3.1. Показатели состояния масла и методика их определения 51
3. Аналитическое исследование изменения состояния масла в процессе эксплуатации дизеля 56
3.1. Изменение моющее-диспергирующих свойств 5 6
3.2. Изменение вязкостных свойств 64
3.3. Изменение показателей загрязнённости масла 65
3.4. Выводы 68
4. Анализ результатов экспериментального исследования
4.1. Изменение свойств масла в процессе эксплуатации 69
4.2. Изменение показателей надёжности дизелей в процессе эксплуатации 84
4.3. Выводы 87
5. Практические рекомендации и технико экономическая оценка эффективности исследования 89
5.1. Оптимизация периодичности замены масла и профилактики смазочной системы 89
5.2. Технико-экономическая оценка эффективности исследований 98
5.3. Выводы 99
Основные результаты и выводы 100
Литература
- Обзор закономерностей старения масла в процессе эксплуатации
- Методика аналитического исследования
- Изменение показателей загрязнённости масла
- Изменение показателей надёжности дизелей в процессе эксплуатации
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В себестоимости сельскохозяйственной продукции доля транспортных издержек достигает 12-15%. В настоящее время себестоимость грузовых автомобильных перевозок довольно велика и в процессе эксплуатации возрастает в 2-3 раза, а производительность автомобилей снижается в 3-4 раза к пробегу 500 тыс. км.
Значительная доля затрат и простоев в ремонте приходится на двигатель (до 39%), а основная доля отказов в нём из-за несовершенства смазочных процессов приходится на цилиндропоршневую группу, подшипники коленчатого вала и турбокомпрессор (до 38%). Повышение надёжности автотракторных двигателей является важной задачей для экономики страны. Отказы двигателей, обусловленные изнашиванием, вызывают длительный простой техники, значительный расход запасных частей, удорожают эксплуатацию машин. В нашей стране на выпуск запасных частей расходуется до 50 % средств, отведённых на выпуск новых машин.
За весь срок службы автотракторных двигателей на обеспечение их работоспособности расходуется средств в 5-6 раз больше, чем на изготовление. Основными причинами этого являются высокие затраты труда, времени и средств на обеспечение работоспособности автомобилей вследствие невысокого уровня технического обслуживания и ремонта элементов автомобилей, в том числе и смазочных систем двигателей. Поэтому повышение эффективности автотракторных двигателей совершенствованием процессов смазки является актуальной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с НИР и программой по основным научным направлениям СГТУ 12В.01 «Разработка научных основ технологий обеспечения работоспособности автотранспортных средств».
Степень разработанности темы исследования. Процессы старения моторного масла при работе исследованы в работах таких учёных, как Ф.Н. Авдонькин, С.В. Венцель, М.А. Григорьев, И.Б. Гурвич, А.С. Денисов, Н.С. Ждановский, В.П. Коваленко, Л.А. Кондаков, Н.А. Кузьмин, Г.А. Морозов, В.В. Остриков, К.Г. Попык, К.К. Папок, К.В. Рыбаков, В.В. Сафонов, В.А. Сомов, Г.П. Шаронов, В.И. Цыпцын и других. На основании их трудов были обоснованы основные закономерности старения моторных масел. Однако при этом не учитывалось изменение температуры деталей в процессе работы масла в форсированных турбонаддувом дизельных двигателях. Учёт влияния повышения температуры деталей двигателя на закономерность старения масла и послужил основой для разработки собственной гипотезы и её дальнейшей проверки.
Цель и задачи исследования.
Цель исследования - снижение затрат на обеспечение работоспособности автотракторных двигателей совершенствованием профилактики смазочной системы.
Предмет исследования: изменение показателей моторного масла в процессе эксплуатации.
Объект исследования: форсированные автотракторные двигатели КАМАЗ (ЕВРО-2 и ЕВРО-3).
Задачи исследования:
1. Обосновать аналитические зависимости основных показателей моторного масла от наработки форсированных дизельных двигателей.
2. Определить параметры зависимостей основных показателей моторного масла от наработки форсированных двигателей КАМАЗ-ЕВРО в конкретных условиях эксплуатации по разработанной программе и методике экспериментального исследования.
3. Обосновать оптимальную периодичность замены и долива моторного масла в форсированных двигателях КАМАЗ-ЕВРО.
4. Дать практические рекомендации по совершенствованию профилактики смазочной системы форсированных двигателей КАМАЗ-ЕВРО и технико-экономическую оценку результатов исследования.
Научная новизна:
- установлены аналитические зависимости показателей состояния моторного масла от наработки форсированных дизельных двигателей;
- определена оптимальная периодичность замены моторного масла форсированных дизельных двигателей;
- уточнены нормативные величины параметров состояния масла по экономическому критерию;
- установлены оптимальные величины объёма и периодичности долива масла при эксплуатации для компенсации угара.
Положения, выносимые на защиту:
- зависимости показателей состояния моторного масла от наработки форсированных дизельных двигателей;
- обоснование оптимальной периодичности замены моторного масла форсированных дизельных двигателей по экономическому критерию;
- уточнение нормативных (предельных) значений показателей моторного масла форсированных дизельных двигателей;
- оптимальные величины объёма и периодичности долива масла для компенсации его угара.
Теоретическая и практическая значимость работы. Обоснована закономерность изменения показателей моторного масла форсированных автотракторных дизелей в процессе работы. На их основе разработаны рекомендации по совершенствованию профилактики смазочной системы форсированных двигателей КАМАЗ – ЕВРО, позволившие снизить затраты на обеспечение их работоспособности на 26%.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе законов химической кинетики (закон действующих масс, правило Вант Гоффа, уравнение Аррениуса), основных положений гидродинамической теории смазки. Эксплуатационные исследования выполнены с использованием современных методик и соответствующего оборудования.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается методологической базой исследования и проведением измерений достаточной выборки с использованием измерительного лабораторного комплекса оборудования и подтверждается сходимостью теоретических результатов с экспериментальными данными. Основные материалы диссертационной работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:
- 24-м и 25-м Межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники» (г. Саратов, СГАУ, 2012, 2013 гг.);
- Научно-технических конференциях СГТУ в 2010-2013 гг.;
- Международной научно-технической конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения д.т.н., профессора Г.П. Шаронова (Саратов, СГАУ, 2012 г.);
- 71-й научно-методической и научно-исследовательской конференции «Проблемы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта» (Москва, МАДИ, 2013 г.);
- Международной научно-технической конференции «6-е Луканинские чтения. Решение энерго-экологических проблем в автотранспортном комплексе» (Москва, МАДИ, 2013 г.);
- Международной научно-практической конференции «Прогрессивные методы обеспечения работоспособности транспортно-технологических средств, организации автотранспортных услуг и дизайна современных автомобилей», посвящённой 90-летию д.т.н., профессора Ф.Н. Авдонькина (Саратов, СГТУ, 2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе три статьи в изданиях, указанных в перечне ВАК. Общий объем публикаций составляет 8,62 п.л., из которых 3,62 п.л. принадлежат лично соискателю.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 118 страницах и состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы, включающего 197 наименований, содержит 63 рисунка, 11 таблиц и 5 приложений.
Обзор закономерностей старения масла в процессе эксплуатации
Смазочная система (рис. 1.2.) двигателя - комбинированная, с «мокрым» картером [6]. В нее входит масляный насос, два фильтра (центробежный и полнопоточный), масляный поддон (основная емкость), масляный радиатор, масляные магистрали, в которых предусмотрены перепускные и предохранительные клапаны и манометр.
Масло под давлением подается к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, к втулкам коромысел, к подшипникам ТНВД и компрессора. К верхним сферическим опорам штанг механизма газораспределения масло подается пульсирующей струей, а к остальным деталям — разбрызгиванием или самотеком. Из поддона масло через маслоприемник засасывается в секции масляного насоса. Через канал в правой стенке блока масло из секции подается в корпус полнопоточного фильтра, где оно очищается, проходя через два фильтрующих элемента, и поступает в главную масляную магистраль. Из главной масляной магистрали масло по каналам в перегородках блока подводится к коренным
К шатунным подшипникам коленчатого вала масло подается по каналам в коленчатом валу от ближайшей коренной шейки. Масло, снимаемое со стенок цилиндра маслосъемным кольцом, через отверстия в канавке кольца и поршня отводится внутрь поршня и смазывает опоры поршневого пальца и верхней головки шатуна.
По каналу в задней стенке блока и по трубке масло под давлением поступает к подшипникам компрессора. Из канала в передней стенке блока предусмотрен отбор масла для смазки подшипников топливного насоса высокого давления. Из главной масляной магистрали масло под давлением подается к расположенному в переднем торце блока термосиловому датчику и далее, когда включен кран, в гидромуфту. Масло из радиаторной секции насоса поступает к фильтру центробежной очистки, затем в радиатор, а из него в поддон. Когда кран закрыт, масло из центробежного фильтра сливается в поддон двигателя через сливной клапан.
Масляный насос двухсекционный, шестеренчатый, производительность основной секции 85 л/мин, радиаторной - 16 л/мин. Передняя нагнетающая секция масляного насоса подает масло в систему смазки двигателя, а задняя (радиаторная) - в фильтр центробежной очистки и радиатор.
Предохранительный клапан, нагнетающей секции отрегулирован на давление 0,8-0,85 МПа и перепускает масло из нагнетающей полости во всасывающую. Предохранительный клапан радиаторной секции, отрегулирован на давление 0,8-0,85 МПа.
Клапан смазочной системы (дифференциальный) размещенный в корпусе нагнетающей секции, предназначен для ограничения давления в главной магистрали и отрегулирован на давление начала открытия 0,4-0,45 МПа. Масляный поддон стальной, штампованный, прикреплен к блоку цилиндров болтами с пружинными шайбами. Между поддоном и блоком установлена герметизирующая резино-пробковая прокладка толщиной 3,0 мм.
Полнопоточный фильтр очистки масла прикреплен тремя болтами к правой стенке блока цилиндров. При увеличении сопротивления фильтра (при низкой температуре масла или засорения фильтрующих элементов) масло, минуя фильтрующие элементы, поступает через перепускной клапан в главную магистраль. Клапан открывается, когда разность давлений до и после фильтрующих элементов достигает 0,25-0,3 МПа.
Фильтр центробежной очистки масла с активно-реактивным приводом ротора, установлен на передней крышке блока цилиндров с правой стороны двигателя. Ротор в сборе с колпаком приводится во вращение под действием струи масла, вытекающей из щели-сопла в оси ротора, а также реактивных сил, возникающих на выходе масла из ротора в канал оси через тангенциальные сопла в роторе.
При работе двигателя масло из радиаторной секции насоса под давлением подается в фильтр, обеспечивая вращение ротора. Под действием центробежных сил механические частицы отбрасываются к стенкам колпака ротора и задерживаются, а очищенное масло через отверстие в оси ротора в трубку поступает в воздушно-масляный радиатор или через сливной клапан в корпусе фильтра, отрегулированный на давление 0,05-0,07 МПа и ограничивает максимальное давление перед центрифугой.
Во избежание нарушения балансировки ротора при обслуживании фильтра на роторе и колпаке ротора выполнены метки, которые необходимо совмещать при его сборке.
Масляный радиатор трубчато-пластинчатый, двухрядный, воздушного охлаждения. При температуре выше 00С, а также при работе автомобиля в тяжелых дорожных условиях необходимо включать масляный радиатор, открывая кран, находящийся на корпусе фильтра центробежной очистки масла. При температуре ниже 00С рекомендуется выключать масляный радиатор. Система вентиляции картера открытая, без отсоса газов. Картерные газы проходят через сапун-уловитель отделяющий частицы масла от вытесняемых газов.
Методика аналитического исследования
При коэффициенте фильтрования f = 0,25 -0,30, что является вполне возможным при полнопоточных фильтрах тонкой очистки масла, можно его не заменять. Эти аналитические расчёты были проверены экспериментально [1-3].
Таким образом, в процессе эксплуатации экспоненциально возрастает по мере пробега автомобиля загрязнённость масла, а соответственно и интенсивность изнашивания, поскольку а = сшХ. Интенсивность экспоненциального снижения щелочного числа в процессе эксплуатации зависит от теплового режима сопряжений двигателя, загрязнённости масла, качества топлива. Поэтому по мере форсирования дизелей повышаются требования к композиции присадок и к периодичности замены масла.
В настоящее время в науке химмотологии отсутствует единый подход или единичный показатель характеризующий качество работающего моторного масла для восстановления его свойств или замены по фактическому состоянию. Для оценки качества работающего моторного масла есть много методов которые предполагают использование того или иного физико-химического показателя, различные комбинации показатели как критерии оценки его работоспособности [130]. Однако все данные исследования и разработанные методы направлены в основном на решение задач своевременной замены масел, отработавших свой ресурс.
В процессе старения в масле накапливаются продукты сгорания топлива, сгорания и разложения присадок образующие продукты окисления, которые при физико-химическом анализе могут характеризоваться изменением содержания нерастворимого осадка, щелочного числа, кислотного числа работающего масла.
Щелочное и кислотное число, как свежего, так и работающего масла являются важнейшими показателями, свидетельствующими о содержании и срабатываемости присадок в масле. Так в ряде известных технологий продления сроков службы моторных масел и их замены по фактическому состоянию, щелочное число рассматривается как основной браковочный показатель [131].
Для экспресс оценки эксплуатационных свойств работающих моторных масел предлагается использовать совокупный показатель качества отражающий и состояние свойств масел в динамике, и качество очистки от продуктов старения [130]. Применение такой методики позволяет и отказаться от регламентной неэффективной замены масла и продлить срок его службы. В качестве совокупного показателя качества в работе [130] принят показатель СКрмм и характеризующий взаимозависимость и взаимосвязь состояния масла и параметров технологического процесса очистки работающих моторных масел от продуктов старения. Он выражается суммой единичных оценочных показателей. Применение этого показателя повышает адекватность оценки свойств масел в условиях реальной эксплуатации сельскохозяйственной техники.
Таким образом, разработанный совокупный показатель характеризует качество очистки работающего моторного масла по содержанию нерастворимых загрязнений (смол, асфальтенов, карбенов, карбоидов) продуктов старения масла и щелочному числу как показателю запаса эксплуатационных свойств, что в целом позволяет оптимизировать технологический процесс очистки работающих моторных масел от продуктов старения путем определения оптимальных параметров средств очистки масел без их слива из картеров двигателей внутреннего сгорания [130].
В связи с форсированием двигателей всё актуальнее становится проблема отложений на деталях, которые делятся на три основных вида — нагары, лаки и осадки [26-28, 84, 104, 105]. Нагары - твёрдые углеродистые вещества на поверхностях камеры сгорания, отложения которых зависят от температуры. Нагар обусловливает все виды ненормального сгорания смеси.
Лак - продукт окисления тонких масляных плёнок на поверхности деталей цилиндропоршневой группы под действием высокой температуры. Наиболее опасно лакообразование в сопряжениях колец и поршня, а также в зоне уплотнительных колец турбокомпрессора, что вызывает их закоксовывание (потерю подвижности). Это также ухудшает теплопередачу к поршню и теплоотвод от него.
Осадки (шламы) образуются на деталях двигателя чаще всего в условиях зимней эксплуатации, при частых пусках и остановках. Их количество во многом зависит от качества моторного масла. В основе старения масла лежат процессы окисления, полимеризации и разложения углеводородов, которые сопровождаются загрязнением. Различают следующие виды окисления масла в двигателях [104, 105]: в толстом слое - в поддоне картера; в тонком слое - на поверхности горячих деталей; в туманообразном (капельном) состоянии - в цилиндропоршневой и клапанной группах. Окисление в толстом слое образует осадки в виде шламов, а в тонком слое - в виде лаков.
Окисление углеводородов моторных масел может идти по двум основным направлениям [104, 105], продукты окисления по которым различны (рис. 1.6). Продукты окисления по первому пути являются кислотными, образующими осадки при пониженных температурах. Продукты окисления по второму направлению - нейтральные, из которых образуются лаки и нагары.
Изменение показателей загрязнённости масла
При работе форсированных двигателей с турбонаддувом турбокомпрессор подвергается воздействию потока тепла от выхлопных газов, имеющих температуру от 300 до 700 С. Далее этот температурный поток разделяется на две части. Основное количество тепла передается в чугунную улитку турбины, как имеющую большие теплопроводность и теплоемкость. Меньшая часть потока тепла от выхлопных газов воспринимается колесом турбины. Значительная часть этого тепла путем теплообмена нагревает корпус подшипников и, далее, сам подшипниковый узел. Со стороны компрессора поток тепла значительно меньший, так как температура воздуха на впуске после охлаждения в интеркулере редко превышает величину в 80 С. В зависимости от величины температуры деталей компрессорной ступени наддувочный воздух может как нагревать так и охлаждать эти детали. В любом случае, этот поток незначителен по величине, вследствие небольшой разности температур.
Охлаждается турбокомпрессор путем теплопередачи в окружающую среду. Основным источником теплопередачи в этом случае является корпус турбины, так как он имеет наибольшие площадь и разность температур с окружающей средой.
Основным источником теплоотвода от корпуса подшипников является циркулирующее масло, которое компенсирует нагрев корпуса подшипников со стороны турбинной ступени и отводит тепло, выделяющееся от работы трения в подшипнике. Определяющим фактором, влияющим на надежность турбокомпрессора, если рассматривать температуру деталей, является температура узла подшипников. На работоспособность остальных деталей турбокомпрессора температурная напряженность оказывает гораздо меньшее влияние. На режиме остановки двигателя, который является частным случаем переходных режимов, направления, и величины указанных потоков значительно изменяются. Нагрев со стороны потока выхлопных газов прекращается. Также прекращается и охлаждение корпуса подшипников циркулирующим маслом. Вследствие этого, возникает значительный по величине, тепловой поток от корпуса турбины в корпус подшипников, вследствие большой разницы температур и теплоемкости корпуса турбины. Этот факт приводит к так называемому тепловому удару корпуса подшипников, так как теплоотдача в окружающую среду незначительна. Учитывая это для аналитического описания изменения показателей состояния масла в процессе эксплуатации необходимо учитывать тепловую напряжённость деталей, повышающуюся при образовании и росте отложений.
Для экспериментальной оценки изменения показателей состояния моторного масла в процессе эксплуатации в опорном предприятии было организовано наблюдение за 20 автомобилями КАМАЗ-ЕВРО в течение двух лет. Анализ проб масла проводили на 20 автомобилях через 2 тыс. км пробега масла. Всего было проанализировано более 150 проб масла объёмом 1,5 л каждая.
Использовали масло X SAE 15W40, которое является аналогом масла Ml ОД (м) по ГОСТ 8581. При анализе проб масла определяли: кинематическую вязкость, сСт, температуру вспышки в открытом тигле, оС, загрязнённость, см-1, щелочное число, мг КОН/г масла, плотность при 20 оС, г/дмЗ, массовая доля воды, %. Параметры определяли по общепринятой в лаборатории методике [199-204], которая подробнее изложена ниже.
Наиболее просто определяется наличие воды в масле при нагреве его в пробирке, помещенной в масляную баню, до температуры 150 С (ГОСТ 2477-65). При этом отсутствию воды соответствует случай, когда не слышен характерный треск. Особенно опасно содержание воды в масле, превышающее 0,5% по объему.
О наличии топлива в масле можно судить по изменению его вязкости. Сравнивая зависимости изменения вязкости для нормальной работы двигателя и полученные для данной наработки при контроле работавшего масла, можно судить о его состоянии. Существует правило, что масло нужно менять, если вязкость снизилась более чем на 25% [145].
Также нежелательно и увеличение вязкости масла в процессе эксплуатации. Загустевание масла, как правило, связано с попаданием в него большого количества загрязнений. Считают, что масло подлежит замене, если его вязкость возросла больше, чем на 35% [145].
Наличие топлива в масле можно также обнаружить по изменению температуры вспышки в открытом тигле. Определяя температуру вспышки работавшего масла и сравнивая ее со значениями, полученными для свежего масла, разбавляемого известным количеством топлива, можно ориентировочно оценить количество топлива в масле. Точность такого метода, особенно для дизелей, невысока, что связано с тем, что дизельное топливо и масло могут содержать одинаковые или сходные углеводороды. Более точные результаты для дизелей можно получить, используя метод ASTM D3 524-86. Этот метод заключается в газохроматографическом разделении углеводородов смеси масла с н-деканом с последующей их идентификацией. Калибровка хроматографа осуществляется с помощью, как минимум, трех смесей, содержащих от 0 до 12% дизельного топлива, того же, на котором работает дизель, с таким же, как в двигателе свежим маслом.
Изменение показателей надёжности дизелей в процессе эксплуатации
Полученные в предыдущей главе зависимости показателей состояния моторного масла от наработки автомобилей являются основой для совершенствования профилактики смазочной системы форсированных дизелей КАМАЗ-ЕВРО. Для этого необходимо исследовать влияние периодичности профилактики смазочной системы на надёжность двигателей.
Для предварительной оценки сроков замены моторного масла можно воспользоваться рекомендациями технической литературы. Основным параметром состояния моторного масла считается щелочное число [1-4, 13, 26-28, 38, 39, 84, 92, 94, 104, 105, 121, 130, 134, 145, 152]. Считается, что оно не должна снижаться более чем в два раза (период полураспада). Снижение вязкости допускается на 3-4 сСт, температуры вспышки - до 204 С.
В соответствии с этими значениями и полученными данными наработка до замены масла по всей совокупности автомобилей находится в пределах от 15 до 22 тыс. км. По другим группам автомобилей эти пределы будут ещё шире, то есть менее конкретными. Для конкретизации этих значений используем технико-экономическую методику.
Согласно собранным в опорных предприятиях отчётным данным по затратам на профилактику и текущий ремонт двигателей КАМАЗ-ЕВРО средняя стоимость масла составляет 200 руб./л (на объём смазочной системы и фильтров 35 л - 7000 руб.). Сопутствующие затраты (фильтрирующие элементы, прокладки, очистка, регулировка, подтяжка) составляют 2000 руб., затраты на устранение одного отказа двигателя, связанного с состоянием масла и смазочной системы, составляют в среднем 3500 руб. С учётом этого и полученных ранее данных по влиянию периодичности ТО на параметр потока отказов, связанных с состоянием смазочной системы (табл. приложений) получим изменение удельных затрат на ТО и ТР в процессе работы масла (рис. 5.1). С руб./км 15 17 19 21 23 25 /, тыс.км
Рисунок 5.1. Зависимость удельных затрат на замену масла (1), на текущий ремонт (2) и суммарных (3) от периодичности замены масла по автомобилям КАМАЗ-ЕВРО подконтрольной партии
С учётом различия в интенсивности изменения щёлочности масла в процессе работы (табл. 4.2) были определены параметры зависимости (5.1) по различным группам автомобилей, которые приведены в табл. 5.1. Здесь также приведены оптимальные значения наработки до замены масла по этим группам автомобилей.
Значения lopt соответствуют среднему значению показателей состояния масла, при котором вероятность отказа составляет 0,5. Однако коэффициент опасности отказа по смазочной системе двигателя составляет в среднем 12. То есть, устранить пропущенный отказ в среднем в 12 раз дороже, чем выполнить профилактику смазочной системы. Поэтому для гарантии 80 % безотказности смазочной системы целесообразно определять гарантированную (с вероятностью 80 %) периодичность замены масла loptg (рис. 5.2). Границы доверительной области определяются по формуле для погрешности среднего значения функции у при выбранной доверительной вероятности q и заданном числе измерений
Для всех автомобилей КАМАЗ-ЕВРО получим погрешность щелочного числа при доверительной вероятности 80 % 0,48. С учётом этого в табл. 5.2 приведены значения гарантированной оптимальной периодичности замены масла. Этой периодичности соответствует и нормативное гарантированное значение показателя состояния масла Cng (рис. 5.2). Используя эту методику, определены нормативные значения и других показателей масла, которые приведены в табл. 5.2.
Кроме оптимальной периодичности замены моторного масла на эффективность профилактики смазочной системы существенно влияет режим доливки масла для компенсации его угара. На рис. 5.3 приведены варианты долива масла.
Из рис. 5.3.видно, что долив масла, повышает общий уровень щелочного числа (добавленная площадь противоположной штриховки). Трёхкратный долив масла ещё значительнее повышает щелочное число. Однако, повышение количества доливов вызывает дополнительные трудности эксплуатационного характера; повышаются потери линейного времени, повышается вероятность внесения дополнительных загрязнений, пересортицы масла. Кроме того, при редких, но больших по объёму доливах увеличивается относительное время работы двигателя с уровнем масла ниже и выше соответствующих меток на маслоизмерительном щупе. При работе с низким уровнем масла в картере ухудшается сплошность подачи масла, что особенно сказывается на надёжности шатунных подшипников. При работе с повышенным уровнем масла появляется вспениваемость, что также ухудшает условия смазки деталей и повышает утечки через сальники.
Рисунок 5.3. Изменение щелочного числа масла в процессе эксплуатации при различных вариантах долива масла за его ресурс 1М: а - без долива; 6-е одним доливом: в - с тремя доливами Поэтому технически целесообразно долив выполнять при достижении уровня масла нижней метки и доводить его до уровня верхней метки. С учётом среднего возраста автомобилей примем средний расход масла на угар, равный 1 % расхода топлива [59] (рис. 5.4). Средний расход топлива автомобиля КАМАЗ-6520 составляет 40 л/100 км [148]. Средний пробег автомобилей за месяц составляет 4000 км, а расход топлива за месяц составляет 1600 л. При этом расход масла за месяц составляет 16 л (1 %). Долив масла, обычно производят по меткам на маслоизмерительном щупе. Разница в объёме масла в картере между верхней и нижней метками составляет 4 л [148]. С учётом приведённых значений наработки долив масла объёмом 4 л выполняется в среднем через 1000 км. Это примерно раз в две недели.
При указанных значениях расхода масла на угар весь объём картера двигателя 32 л будет израсходован через 8000 км. Долив масла через 1000 км, позволяет продлить пробег до замены масла до 16-20 тыс. км. При этом концентрация присадок и щелочное число, будет снижаться. Концентрация присадки р0 будет изменяться при очередном доливе по соотношению йа+йа (5.5) где р0 - концентрация присадки после долива; pi - концентрация присадки в остатке объёма масла; р2 - концентрация присадки в доливаемом масле; Vj -остаточный объём; V2 — объём доливаемого масла. Например, при первом доливе в объёме = 4 л с концентрацией присадки р2 — 10 к объёму Vj = 30 л с концентрацией присадки Pi — 9 концентрация присадки ро в общем объёме 32 л составит по формуле (5.5) 9,118.
