Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современных методов определе ния ресурса моторных масел 12
1.1 Факторы, влияющие на ресурс моторных масел 12
1.2 Анализ моторных масел, применяемых при эксплуатации двигателей 18
1.3 Основные виды трения и изнашивания узлов ДВС 21
1.4 Современные методы оценки эксплуатационных свойств моторных масел . 26
1.5 Современные методы оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов 34
1.6 Выводы по главе 40
Глава 2. Разработка метода контроля состояния отработанных и работающих моторных масел по параметрам термоокислительной стабильности и про-тивоизносным свойствам 42
2.1 Выбор отработанных моторных масел для обоснования ресурса 42
2.2 Средства контроля и измерения . 43
2.2.1 Прибор для определения оптических свойств смазочных материалов 44
2.2.2 Характеристика прибора для термостатирования смазочных материалов 45
2.2.3 Малообъёмный вискозиметр . 48
2.2.4 Малообъемная центрифуга 49
2.2.5 Электронные весы 50
2.3.3 Трехшариковая машина трения . 50
2.3 Методика исследования отработанных и работающих моторных масел 51
2.4 Методика исследования противоизносных свойств отработанных и работающих моторных масел 55
2.5 Методика обработки результатов исследования моторных масел 57
2.6 Выводы по главе . 62
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований отработанных моторных масел 63
3.1Результаты исследования отработанных частично синтетических моторных масел 63
3.2 Результаты исследования отработанных синтетических моторных масел 73
3.3 Различия в механизме старения моторных масел различных базовых основ 81
3.4 Результаты исследования противоизносных свойств отработанных масел 84
3.5 Динамика изменения эксплуатационных свойств моторных масел за нормативный срок службы 93
3.6 Выводы по главе 99
Глава 4. Разработка практических рекомендаций по определению состояния моторных масел 102
4.1 Технология определения предельного состояния отработанных моторных масел 102
4.2 Технология определения текущего контроля состояния работающих моторных масел 106
4.3 Технология диагностирования состояния фильтрующих элементов системы смазки двигателя 109
4.4 Технология диагностирования технического состояния цилиндро-поршневой группы 110
4.5 Технология диагностирования противоизносных свойств работающих моторных масел 111
4.6 Выводы по главе 113
Основные научные результаты и выводы . 114
Библиографический список . 116
- Современные методы оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов
- Характеристика прибора для термостатирования смазочных материалов
- Различия в механизме старения моторных масел различных базовых основ
- Технология диагностирования состояния фильтрующих элементов системы смазки двигателя
Введение к работе
Актуальность рассматриваемой проблемы. Обеспечение надёжности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является комплексной задачей, решаемой по различным направлениям. Одним из важных направлений является контроль работоспособности моторных масел в условиях эксплуатации, а также обоснование браковочных показателей для оценки качества работающих масел и определение срока их службы.
В настоящее время ресурс моторных масел регламентируется заводами-изготовителями, а контроль их состояния и сроки замены обеспечиваются системой технического обслуживания, рекомендованной производителями транспортных средств, вследствие чего ресурс моторных масел оценивается по пробегу в километрах пройденного пути или наработкой в моточасах.
Замена масел по фактическому их состоянию в настоящее время, затруднена ввиду отсутствия средств контроля и обоснованного выбора показателей предельного состояния. Поэтому разработка средств и методов контроля, является актуальной задачей, решение которой позволит повысить эффективность использования смазочных масел и снизить эксплуатационные затраты.
Степень разработанности темы. Основными свойствами моторных масел являются: моюще-диспергирующие, антиокислительные, противоизносные, антикоррозионные и вязкостно-температурные. В процессе эксплуатации эти свойства изменяются вследствие механических, окислительных, температурных и химических воздействий, а также из-за влияния продуктов неполного сгорания топлива, поэтому моторные масла имеют предел работоспособности или предельное состояние (ГОСТ 27.002.89).
Вопросами обоснования сроков службы смазочных масел занимались С.В. Венцель, В.А. Зорин, К.К. Папок, В.К. Руднев, В.В. Чанкин, Л.С. Васильева, К.А. Павлов, Л.А. Кондаков и др. Однако до сих пор отсутствует научно обоснованный метод определения ресурса смазочных масел.
Существующие методы определения предельного состояния в значительной степени условны и зависят от многих факторов, а более объективные трудоёмки и непригодны для применения в условиях эксплуатации техники. Анализ литературных данных показал, что метод определения предельного состояния смазочных масел должен быть комплексным.
В диссертационной работе для определения предельного состояния работающих моторных масел применён комплексный подход с применением следующих методов контроля: фотометрии, центрифугирования, термостатирования, испытания на противоизносные свойства, измерения вязкости и методы математической обработки статистических данных, что позволило получить данные о процессах старения, концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения, вязкости, испаряемости, сопротивлении окислению, противоизносных свойствах при эксплуатации двигателя от залива товарного масла до его замены. Полученные данные позволили обосновать предельное состояние, по достижению
которого необходима замена масла.
Объект исследования - отработанные и работающие частично синтетические и синтетические моторные масла различных классов вязкости и групп эксплуатационных свойств.
Предмет исследований - методы контроля процессов старения моторных масел по оптическим свойствам, составу продуктов и триботехническим характеристикам.
Цель диссертационной работы - повысить эффективность использования моторных масел за счёт периодического контроля их состояния на основе показателей старения и противоизносных свойств.
Задачи исследования:
-
Разработать метод контроля предельного состояния моторных масел с применением фотометрии, центрифугирования, термостатирования и триботех-нических испытаний.
-
Обосновать предельное состояние моторных масел на основе статистической обработки результатов прямого фотометрирования, термостатирования и три-ботехнических испытаний.
-
Исследовать механизм старения моторных масел в двигателях внутреннего сгорания и влияние его продуктов на параметры термоокислительной стабильности и противоизносные свойства.
-
Разработать практические рекомендации применения метода и средств контроля предельного состояния моторных масел в условиях эксплуатации транспортных средств.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математической статистики, планирования экспериментов, теории трения, изнашивания и смазки, оптические и физико-химические методы исследования процессов старения моторных масел различных базовых основ. Для обработки результатов экспериментальных данных исследования использовался пакет прикладной программы Advanced Grapher.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных автором, обеспечивается необходимым объемом экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментально полученных результатов исследований, непротиворечивостью исследованиям других авторов, а также использованием поверенного экспериментального оборудования, позволяющего с достаточной точностью осуществлять измерения требуемых параметров, обработкой полученных результатов с применением средств вычислительной техники, программного обеспечения и методов математической статистики.
На защиту выносятся:
1. Метод контроля состояния отработанных и работающих моторных масел
различной базовой основы, включающий фотометрирование, центрифугирование,
термостатирование и триботехнические испытания.
2. Метод определения предельного состояния отработанных моторных масел
на основе статистической обработки экспериментальных данных парка машин.
-
Результаты исследования механизма старения моторных масел в двигателях внутреннего сгорания и влияние его продуктов на противоизносные свойства.
-
Критерий оценки противоизносных свойств работающих моторных масел.
-
Практические рекомендации по технологиям применения метода и средств контроля предельного состояния моторных масел в условиях эксплуатации транспортных средств.
Научная новизна работы:
-
Разработан метод контроля состояния отработанных и работающих моторных масел, включающий: фотометрирование; определение концентраций общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения; оценку противоизносных свойств и термостатирование, позволяющий обосновать предельное состояние и сопротивляемость окислению; оценить техническое состояние цилиндропоршне-вой группы и системы фильтрации.
-
Разработана методика определения предельного состояния смазочных масел, определено его значение, по величине которого определяют работоспособность смазочного масла. Новизна данного метода подтверждена патентом №2451293 РФ МПК7 G01N №33/30 от 20.05 2012 г.
-
Получены функциональные зависимости и регрессионные уравнения процесса старения работающих моторных масел, позволяющие оценить их сопротивляемость температурным воздействиям по изменению коэффициента поглощения светового потока, вязкости, испаряемости и противоизносным свойствам.
-
Предложен критерий оценки противоизносных свойств работающих моторных масел в двигателе внутреннего сгорания, определяемый отношением коэффициента поглощения светового потока к диаметру пятна износа и характеризующий условную концентрацию продуктов старения на номинальной площади фрикционного контакта, позволяющий осуществлять текущий контроль работающих масел по концентрации общих продуктов старения без испытания на износ.
Практическая значимость работы. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены практические рекомендации, включающие технологии определения: предельного состояния отработанных масел; текущего контроля состояния работающих моторных масел; технического состояния цилиндропоршневой группы и фильтрующих элементов системы смазки; противоизостных свойств.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на автотранспортном предприятии «Терминалнефтегаз», автотранспортном предприятии ИП Сидорова В.М., филиале Красноярского государственного предприятия «Краевая дорожно-эксплуатационная организация», а также в учебный процесс кафедры «Топливообеспечение и горюче-смазочных материалов» Института нефти и газа Сибирского федерального университета, что подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: 1) на II Всероссийской научной конференции с международным участием «Проблемы развития и интеграции науки, профессионального образования и права
в глобальном мире» (Красноярск, 2007);
-
VII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики XXI веку» (Братск, 2008).
-
Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2009» (Бишкек, 2009).
-
Всероссийской научной конференции с международным участием «Современные проблемы развития науки, техники и образования» (Красноярск, 2009);
-
на первом международном научно-техническом конгрессе «Энергетика в глобальном мире» (Красноярск, 2010);
-
на научно-технических семинарах кафедры «Топливообеспечение и горючесмазочные материалы» (Красноярск, СФУ ИНиГ, 2006 - 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, включая семь работ в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, получен патент № 2451293 РФ МПК7 G01N №33/30 от 22.05.2012 г.
Личный вклад автора. Автором лично разработан метод контроля, проведены научные эксперименты, обработаны экспериментальные данные, подготовлены основные публикации и оформлен патент, результаты исследований представлены на всероссийских и международных научных конференциях и внедрены на автотранспортных предприятиях и учебном процессе кафедры «Топливообеспечение и ГСМ» института нефти и газа «Сибирского федерального университета».
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 135 страницах машинописного текста, иллюстрируется 47 рисунками, 15 таблицами. Работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, библиографического списка из 104 наименований, актов внедрения и двух приложений.
Современные методы оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов
Способность масел противостоять действию кислорода при высоких температурах называют термоокислительной стабильностью [48, 49, 50].
Окисление смазочных материалов наиболее интенсивно происходит на поверхностях трения под воздействием высоких температур. Механизм окисления масел различных базовых основ изучен недостаточно, особенно влияние продуктов окисления на противоизносные свойства и процессы, происходящие на фрикционном контакте. Исследование связи между процессами окисления и противо-износными свойствами смазочных материалов является важным элементом в разработке методик расчёта их предельного состояния. Производство смазочных материалов связано с повышением их качества, так, стойкость к окислению повышают применением антиокислительных присадок. Однако при длительной эксплуатации активность присадок из-за уменьшения их концентрации падает, поэтому важно иметь разработанные методики и приборное обеспечение для оценки термоокислительной стабильности, как одного из показателей ресурса масел.
Рассмотрим современные методы оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов.
Способ определения свойств моторного масла [51] заключается в отборе пробы масла, прошедшего испытания в двигателе, выдерживании его в присутствии 1-5, вес % воды или водном растворе электролита при 70-150оС. Показателем стойкости масла к шлакообразованию является количество выпавшего сухого осадка. По приросту вязкости отобранной пробы масла из двигателя оценивают его термоокислительную стабильность. Результаты термоокислительной стабильности и стойкости к шлакообразованию хорошо согласуются с данными, полученными при длительных стендовых и эксплуатационных испытаниях.
Метод [52] позволяет производить оценку лакообразующих свойств масел и действие на них присадок. По результатам исследования строят графические зависимости рабочей фракции (РФ) и лака (Л) от времени. По оси ординат в одинаковом масштабе откладываются величины РФ и Л в процентах, по оси абсцисс – время исследования в минутах. Точка пересечения РФ и Л соответствует образованию лакового остатка. Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения кривых на ось абсцисс, определяет значение термоокислительной стабильности в минутах (Тt) (рисунок 1.2).
Прибор для оценки термоокислительной стабильности масел [53] предусматривает предварительное окисление масла в объеме и окисление в тонком слое масла. Стабильность масла оценивается по изменению его физико-химических и эксплуатационных свойств, а также по количеству отложений и летучести.
Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов [54] включает нагревание смазочного материала в присутствии кислорода воздуха, перемешивание, отбор проб окисленного смазочного материала, фотометрирование. Определение параметров процесса окисления проводят по графической зависимости, причём испытывают порознь две пробы смазочного материала постоянной массы, первую без катализатора, вторую с катализатором при одинаковой температуре в течение установленного времени. Через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент пропускания светового потока без катализатора и с ним, строят графические зависимости изменения коэффициента пропускания светового потока окисленного смазочного материала от времени испытания и по его значению определяют начало каталитического действия катализатора. Термоокислительную стабильность смазочных материалов определяют коэффициентом каталитического действия металлов Кк.д по выражению где S – площадь под кривой зависимости коэффициента пропускания светового потока от времени испытания смазочного материала без катализатора, мм2; Sк, – площадь под кривой зависимости коэффициента пропускания светового потока от времени испытания смазочного материала с катализатором, мм2.
Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов [55], включает нагревание пробы испытуемого смазочного материала постоянной массы в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование, определение коэффициента поглощения светового потока окисленного масла и испаряемости. По полученным графическим зависимостям определяют параметры процесса окисления. Графические зависимости приращений скорости окисления и испаряемости строят от температуры испытания и скорости окисления смазочного материала от коэффициента поглощения светового потока. Термоокислительную стабильность испытуемого смазочного материала определяют по количеству циклов колебаний приращения скорости окисления до установленного значения коэффициента поглощения светового потока и по предельной температуре работоспособности, при которой приращение скорости окисления и испаряемости равны нулю. По способу определения термоокислительной стабильности смазочных материалов [56, 57] испытывают, пробу смазочного материала окисляя её в присутствии кислорода воздуха, при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления. Через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока, вязкость исходного и окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления. Испытания смазочного материала проводят как минимум при трех температурах ниже критической, определяя относительную вязкость как отношение вязкости окисленного смазочного материала к вязкости исходного. Термоокислительную стабильность определяют по показателю отношения коэффициента поглощения светового потока к относительной вязкости. Строят графическую зависимость показателя термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока, по которой находят однородность состава продуктов окисления и температурную область работоспособности исследуемого смазочного материала.
Характеристика прибора для термостатирования смазочных материалов
Прибор предназначен для определения термоокислительной стабильности товарных и работавших масел. Термоокислительная стабильность характеризует склонность масел к окислению и образованию продуктов окисления. При термостатировании смазочных материалов изменяются их оптические свойства, вязкость и испаряемость.
Прибор (рисунок 2.2) состоит из механического блока 1, обеспечивающего нагрев и перемешивание пробы масла и измерительного блока 2 с органами управления, установленными на передней панели [76, 77].
Механический блок (рисунок 2.3) включает стеклянный стакан 1, на наружной поверхности которого установлен нагревательный элемент 2, изолированный термоизоляцией 3 и установленный в корпус 4. Стакан 1 устанавливается на шарнирной платформе 5, выполненной поворотной и фиксируемой в горизонтальном положении фиксатором 6. В стакан 1 погружается стеклянная мешалка 7, закрепленная на валу 8, установленном на подшипниках 9 в подшипниковом узле 10, закрытым крышкой 11. Вал 8 с помощью упругой муфты 12 соединен с микроэлектродвигателем 13, установленным в кронштейне 14. Для обеспечения соосности валов мешалки и электродвигателя подшипниковый узел установлен в кронштейне 16. Оба кронштейна 14 и 16 крепятся к передней панели с помощью винтов 15 и 17. Температура исследуемого масла измеряется с помощью термопары 18 (хромель-копель). Измерительный блок включает схемы питания, задания и сравнения температуры, настройки частоты вращения мешалки и автоматического поддержания температуры.
Органы управления, регистрации и установки температуры вынесены на лицевую панель. Защита элементов измерительного блока от перепадов напряжения сети обеспечивается предохранительным устройством. Температура испытуемого масла регистрируется цифровым индикатором, а необходимая температура задается дискретно и в процессе испытания поддерживается автоматически с точностью ± 1 С. Напряжение питания на нагревательный элемент подается через штепсельный разъем от измерительного блока. Частота вращения мешалки устанавливается дискретно, регистрируется цифровым индикатором и в процессе испытания поддерживается автоматически с точностью ± 5 об/мин. После каждого испытания отбирается проба масла для оценки текущих параметров. Проба масла взвешивается для определения летучести, измеряется вязкость масла, а также оцениваются изменения оптических свойств масла.
В таблице 2.4 представлена техническая характеристика прибора для термо-статирования. Вискозиметр [73] предназначен для измерения вязкости малых объемов нефтепродуктов при 100 и 50С. Общий вид прибора представлен на рисунке 2.4., Рисунок 2.4 – Общий вид малообъемного вискозиметра а техническая характеристика - в таблице 2.5. Прибор состоит из механического и электронного блоков, расположенных, соответственно, в верхней и нижней частях модуля. Работа прибора заключается в измерении времени погружения плоского диска под собственным весом в нефтепродукт при заданной его температуре на заданную глубину. Измерительная схема прибора предусматривает за 1оС до заданной температуры (50 или 100оС) отключение нагревателя и включение с помощью электромагнитной системы коромысла с диском для перемешивания жидкости в стакане. Перемешивание осуществляется до тех пор, пока температура жидкости максимально не приблизится к заданной, после чего коромысло фиксируется в верхнем положении, а при достижении заданной температуры электромагнитная система обесточивается, и диск под собственным весом опускается. Время его опускания зависит от вязкости жидкости [73, 74]. Кинематическая вязкость определяется по формуле: где - коэффициент кинематической вязкости, сСт, П - показания прибора, имп; К и tg - коэффициенты, определяемые при тарировке прибора и зависящие от его конструктивных особенностей (диаметр диска, высота его опускания).
Малообъёмная центрифуга [73] предназначена для отделения эксплуатационных примесей при центрифугировании исследуемого масла и определения его диспергирующих свойств по количеству и плотности осадка. Частота вращения ротора 8000 об/мин. Используется совместно с фотометром.
Различия в механизме старения моторных масел различных базовых основ
В процессе эксплуатации двигателя в моторном масле происходят изменения структуры и свойств. С этим важнейшее значение имеет контроль за состоянием масла в процессе эксплуатации двигателя. Испытания моторных масел различных базовых основ позволили установить различия в механизме старения и уточнить эффективный интервал замены, для этого отбирают пробы работавших масел, делят на две части, первую часть подвергают фотометрированию, определяют коэффициент поглощения светового потока, вторую часть пробы постоянной массы подвергают термостатированию с перемешиванием при температуре 180оС, в течение 3 ч, фотометрируют, определяют коэффициент поглощения светового потока.
Выбранные параметры испытания позволили сопоставлять результаты испытания исследуемых масел, работавших в двигателях различного технического состояния.
Анализ проб масел показал, что их оптические свойства, оцениваемые коэффициентом поглощения светового потока, находятся в интервалах для частично синтетических масел от 0,17 до 0,51 ед., а синтетических - от 0,06 до 0,61 ед. Концентрация нерастворимых продуктов старения находится в интервалах для частично синтетических масел от 0,04 до 0,22 ед., а синтетических - от 0,02 до 0,28 ед. Концентрация растворимых примесей, определяемая фотометрированием работавших масел после их центрифугирования, находится в интервалах: для частично синтетических масел от 0,08 до 0,37 ед., а синтетических - от 0,01 до 0,59 ед.
Вязкость работавших частично синтетических масел изменяется в интервалах от 8,11 до 15,17 сСт, а синтетических - от 9 до 17,6 сСт, тогда как вязкость для частично синтетических товарных масел составляет 14 сСт, а синтетических - от 11,8 до 24,4 сСт. Эти данные подтверждают несовершенство существующей системы замены масел по пробегу, так как не учитываются индивидуальные условия эксплуатации и техническое состояние двигателей, частота доливов из-за угара масла и состояние цилиндропоршневой группы, влияющей на скорость его старения, что подтверждает актуальность решаемой в работе задачи.
Основной целью данных исследований является обоснование показателя предельного состояния для частично синтетических и синтетических масел. Такая возможность объясняется тем, что значения концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения находится в близких пределах. Это предположение подтверждается анализом результатов обоснования предельного значения по коэффициенту поглощения светового потока работавших частично синтетических и синтетических моторных масел (рисунок 3.13). Как видно на рисунке 3.13, значения концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения совпадают для большинства проб частично синтетических и синтетических масел. Поэтому предельное значение концентрации общих продуктов старения работавших масел (рисунок 3.13, а) принимается равным 0,3 ед., а с учётом допуска на 10 % составит от 0,3 до 0,325 ед.
Анализ представленных в таблицах 3.1 и 3.2 результатов показывает, что из числа частично синтетических отработанных масел вышли за пределы установленного предельного значения - 8 проб, а из синтетических масел - 9 проб.
Для обоснования предельного состояния и решения задачи по замене масел необхо 83
димо учитывать концентрацию нерастворимых продуктов старения, так как она косвенно характеризует состояние фильтрующих элементов системы смазки двигателя. Согласно полученным данным (рисунок 3.13, б) предельное значение исследуемых масел по концентрации нерастворимых продуктов находится в интервале от 0,2 - 0,22 ед., (с учётом допуска 10 %).
Анализ представленных в таблицах 3.1 и 3.2 результатов показывает, что принятое значение предельного состояния по концентрации нерастворимых продуктов превысили 3 пробы частично синтетических масел и 4 пробы - синтетических масел. Из представленных данных видно, что установленное предельное состояние масел по концентрации общих продуктов старения занижено. Для уточнения предельного состояния масел необходимо определить их сопротивляемость температурным воздействиям.
На рисунке 3. 14 представлена графическая модель определения предельного состояния отработанных частично синтетических (а) и синтетических (б) моторных масел, с учётом результатов термостатирования при температуре 180оС (кривая 2) в течение 3 ч по значению коэффициента поглощения светового потока, соответствующему точке пересечения кривых распределения до и после термостатирования.
Рисунок 3.14 - Графическая модель определения предельного состояния отработанных частично синтетических (а) и синтетических (б) моторных масел: 1 - распределение исходных проб масел; 2 - распределение термостатированых проб масел в течение 3 ч Согласно полученным данным (рисунок 3.14) после термостатирования при температуре 180оС, предельным состоянием по коэффициенту поглощения светового потока для отработанных частично синтетических и синтетических масел является значение коэффициента поглощения светового потока равное 0,38 ед., а с учётом его изменения на ± 10 %, установлен предел от 0,36 до 0,4 ед.
По результатам испытаний (таблица 3. 1 и 3. 2) установлено, что из 40 проб масел 5 проб переработали, 5 проб были заменены вовремя, а 30 проб недоработали до предельного состояния.
Для обоснования принятого предельного состояния моторных масел различных базовых основ необходимо исследовать их противоизносные свойства.
Технология диагностирования состояния фильтрующих элементов системы смазки двигателя
Одной из существенных предпосылок нормальной работы двигателя внутреннего сгорания является непрерывная смазка движущихся частей, причём моторное масло, для избежания преждевременного износа деталей, должно оставаться на требуемом уровне чистоты. В этом процессе важную роль играет фильтрующий элемент, который обеспечивает непрерывную очистку моторного масла, удерживая твёрдые частицы, образующиеся при нормальном износе двигателя, а также продукты окисления и частицы сажи. Преждевременное снижение производительности фильтрующих элементов системы смазки двигателя приводит к более интенсивному загрязнению масел. Эффективность использования фильтра характеризуется затратами на очистку определённого количества масла при необходимой степени надёжности фильтра. Однако в настоящее время отсутствует научно обоснованная система критериев, позволяющая оценивать надёжность фильтров.
Основные понятия и определения теории надёжности, сформулированные применительно к фильтрам, имеют специфические особенности и связаны с необходимостью промывки или замены фильтрующих элементов после накопления определённого количества загрязнений [103, 104].
Для оценки степени загрязнения фильтрующих элементов системы смазки двигателя в рекомендациях было предложено применение прибора для определения оптических свойств смазочных масел и центрифугирование. Показателем степени старения масла принят коэффициент поглощения светового потока Кп, характеризующий концентрацию общих продуктов старения, образовавшихся за время эксплуатации механизма. Центрифуга с частотой вращения ротора не менее 8000 об./мин, позволяет определить концентрации нерастворимых примесей, которые выпадают в осадок при центрифугировании масла. Время центрифугирования- не менее 60 мин. По концентрации нерастворимых продуктов старения делается заключение о производительности системы фильтрации и принимается решение о замене фильтров.
Концентрация нерастворимых примесей Кпн определяется путём фотомет-рирования работающих масел после их центрифугирования по формуле Кпн = Кп- Кпц , (4.1) где Кп и Кпц - соответственно коэффициенты поглощения светового потока исходных и центрифугированных проб масел.
Технология установления предельного состояния фильтрующих элементов системы смазки двигателя по коэффициенту Кпн приведена в параграфе 4.1. Контроль фильтрующих элементов системы смазки рекомендуется проводить перед отработкой двигателем инструктивного срока.
Применение центрифугирования работающих масел позволяет контролировать наличие в них моющих присадок по плотности осадков в кювете центрифуги. Гелеобразный или мягкий осадок свидетельствует о наличии моющих присадок, при срабатывании моющих присадок в основном, осадок тёмного цвета, плотный и тяжело смываемый бензином. Наличие твёрдого осадка в кювете центрифуги свидетельствует о необходимости смены масла, так как отсутствие моющих присадок способствует коагуляции продуктов старения и загрязнению фильтрующих элементов.
Разработанная технология позволяет оценить отработанный моторными маслами ресурс, определить состав эксплуатационных примесей и по количественному их составу определить состояние фильтрующих элементов системы смазки двигателя. Технология диагностирования состояния цилиндропоршневой группы
Моторесурс двигателя, определяющий долговечность его работы, зависит в первую очередь от износа деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма (поршневые кольца, коренные и шатунные подшипники) [42].
Предлагаемая технология предусматривает техническое состояние цилиндро-поршневой группы определять по испаряемости работающего моторного масла.
Испаряемость масел характеризует моторные свойства и определяет температурную область их применения, она изменяется и зависит от степени износа цилинд-ропоршневой группы. Прорыв газов в картер разжижает масло, что вызывает понижение вязкости и температуры вспышки. На испаряемость масел оказывает влияние вода, попадающая в картер из камеры сгорания и из-за конденсации паров влаги в зимний период эксплуатации двигателей в период их пуска. Чем больше продуктов неполного сгорания топлива и влаги попадает в моторное масло, тем больше его испаряемость.
Текущие значения испаряемости работающих масел определяются с помощью прибора для термостатирования и весов. Для этого проба масла постоянной массы (100 г.) заливается в стакан прибора и термостатируется при температуре 180оС (для моторных масел) в течение 3-х ч. После испытания проба термостатированного масла взвешивается и по разности масс до и после термостатирования определяется масса испарившегося масла. Испаряемость моторного масла определяет состояние цилинд-ропоршневой группы; чем она больше, тем больше изношена цилиндропоршневая группа.
При больших значениях необходимо провести диагностику технического состояния цилиндропоршневой группы, мощностных характеристик двигателя и расхода топлива, что позволит определить необходимость проведения текущего или капитального ремонтов. Масла с повышенной испаряемостью при эксплуатации техники более интенсивно загрязняются продуктами неполного сгорания топлива.
Технология диагностирования противоизносных свойств работающих моторных масел
Данная технология предназначена для текущего контроля противоизносных свойств работающих масел и применяется совместно с другими описанными в данной главе технологиями. Для реализации технологии применяются фотометрическое устройство, малообъёмный вискозиметр и трёхшариковая машина трения со схемой шар-цилиндр.
Способ текущего контроля противоизносных свойств работающих моторных масел осуществляется следующим образом. Отбирается проба масла из хорошо прогретого двигателя массой 25 г, которая фотометрируется при толщине фотометрируемого слоя 0,15 мм. Вторая часть пробы подвергается измерению вязкости при температуре 100оС. Если вязкость работающего масла ниже 20 % или выше на 30–35 % товарного масла, то принимается решение о замене данного масла.
