Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 14
1.1. Основные факторы, оказывающие влияние на изменение состояния моторного масла, и процессы, приводящие к снижению его качества при работе в ДВС 14
1.1.1. Основные факторы, влияющие на изменение состояния масла и двигателя. 14
1.1.2. Процессы, протекающие в работающих моторных маслах . 14
1.1.3. Физико-химические особенности основных процессов, приводящие к изменению состояния масла и двигателя 21
1.2. Основные факторы, определяющие выбор моторного масла 27
1.2.1. Напряженность работы моторного масла в ДВС 27
1.2.2. Влияние окружающей среды 35
Глава 2. Структурная схема работы 38
2.1. Основная задача, решаемая в области химмотологии моторных масел .38
2.2. Структурная схема построения исследований и проведения работы 39
Глава 3. Объекты исследований, методы и приемы оценки качества моторных масел, используемые в работе 41
3.1. Объекты исследований 41
3.1.1. Принципиальное деление объектов исследований в химмотологии моторных мас ел по категориям сложности 41
3.1.2. Объекты исследований, используемые в работе 43
3.2. Методы и приемы оценки качества моторных масел 43
3.2.1. Существующая отечественная система испытаний моторных масел и ее использование в работе для оценки их качества 43
3.2.2. Основные методические принципы и приемы, применяемые в работе 44
Глава 4. Совершенствование химмотологической оценки моторных масел 48
4.1. Химмотологическая система и химмотологическая оценка 48
4.2. Исследование пусковых свойств и прокачиваемости моторных масел
4.2.1. Влияние моторных масел на холодный пуск двигателя и его последующую устойчивую работу при низких температурах окружающего воздуха 50
4.2.2. Разработка лабораторного метода оценки пусковых свойств моторных масел 55
4.2.3. Разработка лабораторного метода оценки прокачиваемости моторных масел 60
4.2.4. Изучение изменения пусковых свойств и прокачиваемости моторных масел с наработкой .63
4.3. Определение защитных свойств моторных масел 67
4.3.1. Особенности электрохимической коррозии элементов конструкции ДВС 67
4.3.2. Разработка моторного метода оценки защитных свойств моторных мас ел на ОЦУ НАМИ-1м 75
4.3.3. Исследование различных факторов, влияющих на защитные свойства моторных масел 80
4.3.4. Физико-химические особенности защитного действия моторных масел 88
4.4. Изучение экологической безопасности применения моторных масел 93
4.4.1. Требования, предъявляемые к обеспечению экологической безопасности эксплуатации автотранспортных средств (АТ С ) в современных условиях 93
4.4.2. Разработка рекомендаций по обеспечению экологической безопасности применения моторных масел .101
Глава 5. Повышение эффективности химмотологической (оперативной) оценки качества моторных масел 109
5.1. Возможное деление приборов лабораторной оценки качества, используемых в практике химмотологии моторных масел 109
5.2. Определение условий повышения эффективности химмотологической оценки моторных масел 110
5.3. Формирование комплекса методов лабораторной оценки (КМЛО) автомобильных моторных масел, условия его использования и место в общей системе оценки качества моторных масел .119
5.4. Научное обоснование и разработка методических приемов реализации на практике принципа «Read-Across» 124
Глава 6. Описание изменения состояния моторного масла с наработкой и его влияния на состояние ДВС 127
6.1. Определение информативности единичных показателей состояния моторных масел 127
6.2. Описание общего состояния работающих моторных масел 130
6.3. Разработка модели, связывающей состояние масла с состоянием ДВС 136
Глава 7. Представление моторного масла как элемента конструкции ДВС 152
7.1. Интерпретация моторного масла как аналога механической детали ДВС 152
7.2. Установление связи состояния моторного масла с общими показателями надежности ДВС 155
7.3. Выбор наиболее информативного показателя состояния моторного масла для прогнозирования надежности ДВС 157
Глава 8. Разработка высококачественных моторных масел для существующей и перспективной автомобильной техники 164
8.1. Анализ современных тенденций в области разработки и производства современных отечественных моторных масел 164
8.2. Особенности разработки современных моторных масел 168
8.3. Изучение поведения дисперсантов в моторных маслах
8.3.1. Эффективность действия дисперсантов в моторных маслах 170
8.3.2. Влияние диспергирующей способности на образование отложений 176
8.4. Изучение поведения детергентов в моторных маслах 182
8.4.1. Особенности проявления щелочного запаса моторных масел 182
8.4.2. Влияние детергентов на стабильность системы 186
8.5. Разработка автомобильных моторных масел высших эксплуатационных групп (Б5; Д3Д5) 191
8.5.1. Принципиальная схема замещения импортных компонентов (продуктов дальнего зарубежья) в составе автомобильных моторных масел 191
8.5.2. Корректировка композиции присадок и испытание моторного масла группы Б5 192
8.5.3. Корректировка композиции присадок и испытание моторного масла группы Д3 196
8.5.4. Корректировка композиции присадок и испытание моторных масел групп Д4Д5 199
Глава 9. Разработка практических рекомендаций и предложений 204
Выводы 207
Литература
- Процессы, протекающие в работающих моторных маслах
- Структурная схема построения исследований и проведения работы
- Существующая отечественная система испытаний моторных масел и ее использование в работе для оценки их качества
- Разработка моторного метода оценки защитных свойств моторных мас ел на ОЦУ НАМИ-1м
Процессы, протекающие в работающих моторных маслах
Примеси, попавшие в масло извне (охлаждающая жидкость, вода, твердые частицы), как правило, в разной степени уско ряют развитие тех или иных нежелательных процессов, что в ко нечном итоге приводит к снижению надежности двигателя.
Превращения масла выражаются в окислении, термических превращениях и потери коллоидной стабильности, а также реализуются в процессах, оказывающих непосредственное влияние на на дежность двигателя (образование отложений, изнашивание и кор розия). Они представляют наибольший интерес для химмотологов. На их изучение необходимо обращать особое внимание.
Все процессы могут протекать либо последовательно, либо параллельно. В зависимости от условий применения они имеют разное влияние на конечный результат, а именно, изменение состояния моторного масла и состояния двигателя. Рассматрива емые процессы могут быть связаны между собой и взаимозависимыми.
Принимая во внимание, что все перечисленные выше процессы подробно рассмотрены в специальной литературе, а именно, в трибологии, коллоидной и физической химии, в теории коррозии металлов и сплавов и т.п., остановимся лишь на их самых общих моментах, объясняющих поведение моторных масел при их работе в ДВС.
Окислению, в особенности при высоких температурах, подвергаются, в основном, ингредиенты базового масла (термоокислительные превращения). При этом промоторами процесса окисле ния могут быть продукты термического или термоокислительного превращения функциональных присадок, а также продукты (частицы) износа и коррозии (каталитическое окисление).
В основу окисления положена преимущественно система цепных реакций, в которых участвуют активные частицы, взаимодей ствующие с исходной молекулой и порождающие новые активные частицы и т.п. Цепные реакции, в которых в результате взаимодействия образуется одна новая активная частица, получили название неразветвленных (по Боденштейну). Вместе с тем цепные реакции, в которых в результате взаимодействия образуются две и более активные частицы, относят к разветвленным (по Семенову Н.Н.) [10-14].
Процесс окисления, как правило, описывается сочетанием указанных реакций и в результирующем виде представляет собой зарождение цепей продолжение цепей вырождение цепей их обрыв.
Учитывая сложность состава моторных масел, помимо радикального, возможно окисление (превращение) масла парал лельно по ионному и ион-радикальному механизмам.
Углубленное изучение окисляемости масел в зависимости от их химического состава (Крейн С.Э.) позволило сориентироваться в основах, наиболее стойких к термоокислительным превращениям. Кроме того, полученные закономерности, характерные для объема масла, впоследствии были с успехом использованы для прогнозирования поведения масла в тонком слое на нагретой металлической поверхности, например, на боковой поверхности поршня. К снижению качества моторного масла приводят загрязнения, появляющиеся в процессе его работы в ДВС [15-18].
Существует два основных источника загрязнений моторного масла: продукты неполного сгорания, попадающие в масло из камеры сгорания, а также газы и летучие соединения, которые из картера нагнетаются во впускную магистраль в качестве меры, препятствующей загрязнению окружающей среды. Эти газы взаимодействуют друг с другом и маслом с образованием сажи, коксовых отложений, лака и шламов.
Частицы сажи представляют из себя углеводородные фрагменты, частично «лишившиеся» атомов водорода и содержащие достаточно большое количество кислорода и серы. Частички сажи прочно соединяются друг с другом и полярными соединениями, содержащимися в масле. Сажа имеет тенденцию к образованию скоплений (обычно в камере сгорания), имеющих рыхлую хлопьеобразную текстуру. Твердые коксовые отложения (нагары) образуются в результате карбонизации жидкого моторного масла и топлива при контакте с горячими поверхностями. Содержание углерода в таких отложениях обычно меньше, чем в саже; в их состав также входят маслянистые соединения и зола. Местами скопления коксовых отложений являются головка поршня, верхние перемычки, поршневые канавки и штоки клапанов.
Лак образуется, когда насыщенные кислородом масляные соединения подвергаются воздействию высоких температур. Источником образования лака в дизельных двигателях обычно является масло. Места образования: камера сгорания, поршень и стенки цилиндра.
В отличие от дизельных двигателей, источником лака в бензиновых двигателях является топливо. Этот вид лака растворяется в ацетоне. Обычно появляется на клапанном механизме, поршневых кольцах и сапунах картера. Лаки и нагары, в общем случае, относятся к ВТО (отложениям при высокой температуре или высокотемпературные отложения).
Образование шлама (НТО – низкотемпературные отложения или отложения при низкой температуре), вызвано окислением масла, кислыми продуктами сгорания, присутствующими в прорывающихся в кар тер газах, а также аккумуляцией воды и грязи, сопутствующих сго ранию топлива. По консистенции шлам может варьироваться от мазеобразного до коксового. В бензиновых двигателях шлам по виду напоминает воду и образуется при температуре ниже 95С. Высокотемпературные шламовые отложения образуются при температуре выше 120С и более типичны для дизелей.
Одновременно с образованием отложений в двигателе в процессе работы возможно также загустевание масел.
Причинами загустевания масла являются его окисление, аккумуляция нерастворимых соединений и сажа. Увеличению вязкости способствуют следующие факторы: полимеризация насыщенных кислородом продуктов; наличие в масле взвешенных нерастворимых продуктов неполного сгорания топлива. Результатом указанных процессов является, в частности, пригорание поршневых колец.
Пригорание колец вызывается образованием отложений в зоне канавок поршня, в результате чего снижается уплотняющая способность компрессионного кольца. Это не только способствует прорыву в картер большего количества газов, но и ухудшает охлаждение поршня и стенок цилиндра. В результате увеличения температуры поршней может исчезнуть зазор и, в конечном счете, заклинить двигатель.
Структурная схема построения исследований и проведения работы
На выбор моторного масла, помимо всего прочего, оказывает влияние характер окружающей среды, в которой эксплуатируется или будет эксплуатироваться техника, включая ДВС. При разработке или подборе масла следует, прежде всего, учитывать температуру окружающей среды, а также ее состав, в первую очередь, характеризуемый влажностью и запыленностью (рис. 8).
В условиях эксплуатации моторное масло должно сохранять достаточную подвижность при низкой температуре и высокую коллоидную стабильность. Высокая подвижность при низкой температуре позволяет обеспечить хорошее подтекание (поступление) масла к узлам трения, уплотнение зазоров, формирование пленки, разделяющей трущиеся поверхности, и снижение, тем самым, трения и износа.
Конденсация воды в масле приводит к дестабилизации раствора масла и потере его качества. Высокая коллоидная стабильность масла, в особенности в присутствии воды, обеспечивает достаточную работоспособность масла, в т.ч. минимизируя ржавление, коррозию (включая коррозионно-механический износ), а также окисление и образование различного рода отложений.
Отрицательное действие абразива в масле частично локализуется повышением вязкости, препятствующей активному его выделению на трущихся поверхностях и интенсификации абразивного износа.
Таким образом на состояние моторного масла при его работе в ДВС оказывают влияние различные факторы, которые определяются условием его работы в двигателе. Поэтому обеспечение рационального и эффективного применения масел является крайне сложной задачей, сопряженной с всесторонним серьезным предварительным анализом и глубокой проработкой вопроса. Вместе с тем, исходя из изложенного выше, следует констатировать, что приведенные зависимости, сформированные «от двигателя», слабо спроецированы на масло и наоборот. В связи с этим представлялось необходимым развить химмотологическую оценку, реализуемую в необходимости установления прямой связи между качеством масла и надежностью двигателя в заданных условиях эксплуатации. Иными словами иметь возможность по состоянию масла прогнозировать не только износ, но и главным образом, другие эксплуатационные характеристики ДВС, отражающиеся на его надежности в конкретных условиях применения. Это выражается в необходимости совершенствования методологии и разработке соответствующих теоретических положений, направленных на обеспечение поиска оптимальных решений. Глава 2. Структурная схема работы
Конкретные задачи, решаемые в данной работе, выполняются в рамках основной задачи, стоящей в области химмотологии моторных масел. Вне зависимости от направления и способа решаемых проблем основной задачей химмотологии моторных масел является установление устойчивых количественных связей между качеством масел и надежностью ДВС, в которых они используются. Указанная связь должна реализовываться в форме оценки степени достаточности качества для обеспечения требуемой надежности и заданных технических характеристик двигателя путем регламентирования необходимого уровня эксплуатационных свойств масел, исключающего какие-либо сбои в работе техники. Химмотология одновременно должна давать прогноз возможных негативных последствий на практике при снижении уровня качества масел ниже допустимого.
Основная задача является базой для решения частных химмотологических задач, идущих от практики и представляющих собой в той или иной мере производные основной задачи.
Не предпринимая каких-либо систематических научно-обоснованных попыток решения главной задачи, невозможно продуктивно прорабатывать ни одну частную проблему.
Для успешного решения основной задачи химмотологии моторных масел результаты оценки качества масел должны носить не отвлеченный характер, а в конечном итоге, в том или ином виде, иметь возможность сопоставляться с показателями надежности техники или ее отдельными составляющими. Иными словами качество масел всякий раз должно проецироваться на изменение состояния ДВС.
При такой постановке масло следует не в декларативной форме, а по сути, рассматривать как элемент конструкции техники. Для объективного сопоставления показателей надежности техники с показателями качества масел, последние должны рассчитываться по аналогии с долговечностью или прочностью любой механической детали машины.
Решение основной задачи химмотологии возможно путем постоянного накопления соответствующих знаний. По постановке и проведению исследования в химмотологии должны существенно отличаться от исследований химической, физической и физико-химической направленности.
Выделение основной задачи химмотологии не является искусственной самоцелью, а служит в определенной степени руководством к действию, позволяя сконцентрировать усилия на главном направлении исследования.
Проведенная работа разбита на ряд составляющих. Для наглядности структурная схема ее построения и проведения представлена на рис. 9.
В указанной схеме выделены три направления, которые являлись актуальными на момент постановки и проведения работы или сохранили актуальность по настоящее время.
В работе особо выделена химмотологическая оценка моторных масел как оперативный и объективный элемент контроля их качества. По сути химмотологический приём при изучении состояния моторных масел позволяет либо сократить время, затрачиваемое на оптимизацию вариантов на этапе предварительного поиска, либо даёт возможность разрабатывать конкретные рекомендации и предложения в крайне ограниченные сроки.
В основу приведенной схемы положена разработка теоретических начал, позволяющих сформировать физико-химические модели состояния масел и его изменения во времени по мере наработки. Указанные модели в конечном счёте позволяют наиболее успешно решать основную задачу химмотологии путём сопоставления качества масел с надёжностью ДВС.
Существующая отечественная система испытаний моторных масел и ее использование в работе для оценки их качества
В качестве объектов исследования в работе выступали перспективные присадки к моторным маслам, преимущественно, детергенты и дисперсанты, а также пакеты присадок, полученные с их использованием. Их характеристика приведена в соответствующих разделах работы.
Кроме присадок исследования также были ориентированы на моторные масла различного уровня качества, в т.ч. произведенных с вовлечением опытных пакетов. Характеристики изучаемых масел, как и присадок, также приведены по тексту.
Существующая отечественная система испытаний моторных масел и ее использование в работе для оценки их качества
Принимая во внимание сложность стоящих перед химмотологией задач и трудность их решения оперативным способом, в отечественной практике и, в частности, в химмотологии, предусмотрена 4-х этапная система определения качества вновь создаваемых (опытных) нефтепродуктов [72].
На первом этапе определяется принципиальная возможность использования ГСМ в технике с учетом общих конструктивных особенностей последней; на втором – влияние ГСМ собственно на надежность техники; на третьем – влияние ГСМ на хо довые характеристики машин и механизмов, а на четвертом – периодичность обслуживания техники при ее работе на заданных ГСМ.
Четырехэтапная система испытаний адекватно вписывается в химмотологи-ческую схему, полностью отражая последнюю. Учитывая продолжительность и высокую стоимость испытаний на II-IV этапах, в современных условиях, по возможности, стремятся объем проверки ограничить в основном I этапом без снижения объективности получаемых конечных результатов.
В общем случае 4-х этапная система испытаний ГСМ на практике реализует принцип постепенного усложнения объектов исследования, объективно расширяя круг контролируемых показателей.
Моторные масла, рассматриваемые в работе (как опытные, так и товарные), детально изучались в объеме 1 этапа, а также подвергались стендовой проверке (2 этап) для получения наиболее полной информации об их поведении. Отдельные функциональные присадки детально изучались в лабораторных условиях.
В целом, в соответствии с химмотологическими принципами, основной акцент в работе сделан на активном привлечении первого этапа и одновременно на совершенствовании приемов, используемых на данном этапе проверки.
В данной работе, как и в методологии химмотологии моторных масел, основной акцент сделан, как уже отмечалось выше, на первом этапе испытаний и, в частности, на использовании лабораторных приборов и установок, не входящих в НД (нормативную документацию) на моторные масла. Указанное испытательное оборудование сформировано по принципу физического моделирования либо поведения конструкционного элемента ДВС, либо процессов, протекающих в работавших моторных маслах (рис.10) [71]. Некоторые использованные в работе испытательные приборы и установки специально разработаны в процессе ее проведения, применительно к другим внесены конструктивные уточнения и методические доработки в направлении повышения надежности оценки.
Принимая во внимание рассмотренные выше принципы подачи материала, в данном разделе наиболее подробно приводится описание лабораторной установки и метода ВКО (высокотемпературного каталитического окисления), базирующегося на ее использовании (Приложение). Указанный метод широко применялся на всех этапах исследования и положен в основу построения соответствующих моделей пове 45
дения масла. Все остальные оперативные методы оценки, используемые как вспомогательные и призванные создать соответствующий фон, описаны в самом общем виде. Подробнее с ними можно ознакомиться в специально систематизированном материале (Методы анализа, исследований и испытаний нефтей и нефтепродуктов (нестандартные методики), часть 3. ВНИИНП. М – 1986.
Целесообразность активного привлечения для проверки испытательного лабораторного оборудования определяется необходимостью повышения объективности оценки.
Так анализ показателей, входящих в НД показывает, что они имеют, преимущественно, технологическую, а не химмотологическую направленность, т.е. указанные показатели в большей степени характеризуют особенности технологии производства, а не влияние качества (эксплуатационных свойств моторных масел) на надежность техники. В соответствии с теорией квалиметрии показатели, входящие в НД, преимущественно относятся к показателям технологичности и назначения, а не к показателям надежности, которые в наибольшей степени отражают значимость химмотологической составляющей качества, т.е. характеризуют влияние последней на надежность машин и механизмов и на их технические характеристики.
Кроме того, методы, входящие в НД на моторные масла, сформированы, в основном, не по принципу физического моделирования поведения реальных объектов или протекающих процессов, а по принципу простоты аппаратурного оформления и доступности приборов на любом из этапов жизненного цикла масла (производитель-потребитель, включая транспортирование к местам потребления, длительное хранение у эксплуатанта и т.д.).
Учитывая изложенное, оценку качества моторных масел, особенно с химмо-тологической точки зрения, невозможно ограничить только объемом НД.
При такой постановке повышаются эффективность и полнота определения хим-мотологической составляющей качества масел, которая в отличие от технологиче ской в большей степени спроецирована на надежность техники, т.е. нацелена на обеспечение требуемой ее долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Для объективного определения влияния эксплуатационных свойств масел на со стояние машин и механизмов необходимо перенести центр тяжести в оценке их ка чества из технологической области в химмотологическую. Использование химмо-тологически значимых показателей позволит установить более тесную связь между качеством масел и надежностью техники, в которой они применяются.
Развитие химмотологии моторных масел реализуется, прежде всего, через совершенствование их химмотологической оценки.
В методическом плане химмотологическая оценка иллюстрируется соответствующей цепочкой, характеризующей не только общую последовательность и порядок проведения испытаний моторных масел, но и возможность прогнозирования по лабораторным данным результатов поведения масел на одноцилиндровых установках и даже в двигателях (рис.11). ЛП (ЛУ) ОЦУ
Идеологом химмотологической проверки является Папок К.К. Ее эффективное использование при значительном усложнении объектов исследования требует постоянного совершенствования, в т.ч. путем развития соответствующих теоретических положений. Исходя из приведенной методической цепочки, совершенствование химмотологической оценки реализуется в необходимости активного смещения эксперимента влево при обязательном сохранении целостности (отсутствии каких-либо разрывов) в указанной цепочке.
При решении стоящих задач в работе внимание обращалось не только на определение характеристик, исторически относящихся к наиболее типичным, но и на показатели, являющиеся следствием вновь разработанных подходов и приемов.
Разработка моторного метода оценки защитных свойств моторных мас ел на ОЦУ НАМИ-1м
При пониженных температурах окружающего воздуха быстрота и надежность пуска холодного двигателя зависят от целого ряда факторов: конструктивных особенностей и технического состояния двигателя, емкости аккумуляторных батарей, мощности стартера и т.д. [75]. Большое значение имеет также качество используемых топлив и масел. Поэтому высокие требования предъявляют, в первую очередь, к подвижности мотор ных масел при низких отрицательных температурах [76].
Холодный пуск двигателя связан с увеличением сопротивления проворачиванию коленчатого вала вследствие повышения вязкости масла, снижения давления насыщенных паров топлива, уменьшения мощности аккумуляторных батарей и повышения термодинамических потерь в цилиндропоршневой группе [77]. С учетом этого оценка пусковых качеств двига телей внутреннего сгорания представляет собой сложную задачу как в теоретическом, так и в экспериментальном отношении. Решение данной задачи, в первом приближении, состоит в определении пусковой мощности, зависящей от пусковой частоты вращения коленчатого вала и соответствующего ей момента сопротивления.
Наиболее надежно пусковые качества определяются непосредственно в двигателе, так как при этом, в той или иной степени, в обобщенном виде учитывается влияние на них перечисленных выше факторов. Получаемая результирующая оценка позволяет также определить влияние моторного масла на пуск двигателя.
Применительно к моторным маслам различают два самостоятельных показателя: пусковые свойства и прокачиваемость. Пусковые свойства определяются сопротивлением перемещению трущихся поверхностей, разделенных слоем смазки. Они влияют на частоту вра щения коленчатого вала. Пусковые свойства – в общем случае, способность моторного масла, при прочих равных условиях, обеспечить достижение при вращении коленчатого вала, так называемого минимального пускового числа оборотов. Лучшие пусковые свойства обеспечивают быстрейшее прокручивание вала до требуемой пусковой частоты. Пусковые свойства реализуются при повышенных градиентах скорости сдвига, действующих на масло.
Под прокачиваемостью понимают бесперебойную подачу масла к узлам трения [78-82]. Ее характеризуют либо временем, прошедшим с момента пуска двигателя до поступления масла к данной детали (подшипнику, коромыслу в механизме газораспределения, гильзе цилиндра и др.), либо временем, необходимым для достижения требуемого давления в центральной масляной магистрали двигателя. Следовательно, прокачиваемость рассматривается, как способность моторного масла с момента начала пуска двигателя активно перемещаться к трущимся деталям и достигать регламентируемого давления в масляной магистрали, исключая тем самым выход из строя двигателя после пуска вследствие масляного голодания. Прокачиваемость реализуется в условиях низких скоростей сдвига, действующих на масло в масляной магистрали: лучшая прокачиваемость обеспечивает быстрое поступление масла к узлам трения.
Предпосылкой для надежной прокачиваемости моторных масел при низких температурах является его достаточное количество в зоне входа маслозаборного патрубка. При этом необходимо выполнение двух условий, а именно:
1. масло должно обладать такой низкой вязкостью, чтобы под действием силы тяжести в достаточном количестве поступать на сетчатый фильтр масловсасываю-щей трубки; в противном случае в верхнем слое масла может образоваться углубление, и масляный насос может засасывать не масло, а воздух;
2. масляный насос должен всасывать масло, несмотря на гидравлическое сопротивление, создаваемое сетчатым фильтром и всасывающей трубкой.
Пусковые свойства и прокачиваемость, как эксплуатационные характеристики моторного масла, тесно связаны между собой. Так, например, при недостаточной прокачиваемости пуск двигателя может привести к повышенным пусковым изно-сам, а в конечном итоге и выходу двигателя из строя вследствие отсутствия масла в зоне сопряжения контактируемых тел [69,70].
Для оценки пусковых свойств и прокачиваемости моторных масел проводят эксплуатационные, стендовые и лабораторные испытания. Для лабораторных испытаний используют приборы и специальные модельные установки. Наиболее достоверную информа цию об оцениваемых показателях дают эксплуатационные испытания как новых, так и бывших в эксплуатации двигателей с учетом пробега автомобиля [83,84]. Однако эти испытания продолжительны и требуют большого расхода масла, а иногда вуалируют некоторые особенности в поведении масел. На холодный пуск двигателя оказывает влияние также степень изношенности отдельных узлов и деталей двигателя, особенно цилиндра и поршневых колец. Причем это влияние зависит от вязкости используемого моторного масла.
При оценке прокачиваемости, в принципе, кривые давления масла в различных двигателях можно подразделить на два типа. Для одних двигателей во время пуска кривая давления монотонно возрастает, тогда как для других (главным образом для двигателей с большим рабочим объемом цилиндра и с длинными всасывающими каналами) кривая давления масла сначала достигает максимума, затем проходит через минимум и далее монотонно возрастает. Минимум функции объясняется тем, что после пика масляный насос не подает достаточного количества масла для заполнения нагнетательного маслопровода в единицу времени. Путем определения предельной температуры прокачиваемости двигатели можно разделить на группы в зависимости от того, является ли прокачиваемость масла, критическим или некритическим параметром [82].
В условиях реальной эксплуатации, как уже отмечалось выше, на пусковые свойства и прокачиваемость оказывает влияние большое число факторов.
Поэтому для оценки указанных характеристик моторного масла пытаются минимизировать число последних. Для этого пусковые свойства и прокачиваемость оценивают в полноразмерном двигателе, помещенном в холодильную камеру.
Пусковые свойства масел на нем определяют по крутящему моменту при различных пусковых частотах вращения. В отечественной практике пусковые свойства моторных масел оценивают по методике, регламентируемой ОСТ 37.066 -75.
Пусковые свойства, в своем большинстве, связываются с моментом сопротивления прокручиванию коленчатого вала (М ), который, в свою очередь, зависит от конструктивных особенностей двигателя (/4дв), его рабочего объема (Vh), степени сжатия (), числа оборотов (и), вязкости (v) и температуры (Т) согласно зависимостям [85,86]:
М Vh{B + Ch)va, М AдвvanbecTd, где a,e,c, d,BиC- коэффициенты. В результате расчетов возможно получить ценные характеристики, прежде всего для специалистов, а не для рядового эксплуатанта. При этом использование в расчетных зависимостях кинематической вязкости, помимо всего прочего, ограничивает их прогнозные возможности. Из приведенных зависимостей также следует, что прогнозирование пусковых свойств представляется достаточно сложным процессом из-за наличия большого числа аргументов. Вместе с тем прогнозирование является исключительно важной практической задачей, которая требует соответствующего решения.
Как уже отмечалось, для определения прокачиваемости моторных масел также используют двигатели, помещенные в холодиль ную камеру. Экспериментально установлено, что оптимальная длительность охлаждения двигателя со ставляет 16–17 ч. Дальнейшее увеличение длительности охлаждения (до 64 ч) не оказывает заметно го влияния на конечный результат.
Наряду с полноразмерными двигателями для оценки пусковых свойств и про-качиваемости моторных масел применяют различные модельные установки. Например, для определения пусковых свойств моторных масел используют устройство, моделирующее прокрутку коленчатого вала при холодном пуске [87], и установку, оснащенную пневмоцилиндром, имитирующим работу поршня двигателя [88]. На базе двигателей «Шевроле» и «Форд» разработана модельная установка для оценки прокачиваемости масел, включающая масляный поддон и насос с маслоприемной трубкой и маслоприемником, находящихся в холодильной камере [89].
Однако оценка пусковых свойств и прокачиваемости моторных масел в полноразмерных двигателях и моделирующих устройствах продолжительна по времени, что отражается на оперативности исследований. Поэтому продолжается разработка и широкое использование различных лабораторных приборов. В основном используют капиллярные и ротационные вискозиметры. Для повышения точности оценки на указанных вискозиметрах моделируют условия, близкие к реальным. В двигателе, как известно, в различных сопряженных парах создаются разные по величине градиенты скорости сдвига. Установлено, что при холодном пуске наиболее высокие градиенты скорости сдвига (106 с–1) наблюдаются в подшипниковых узлах и цилиндропоршневой группе, наименьшие – при протекании масла через сетчатый фильтр маслоприем-ника (0,51,0 с-1) и через маслозаборную трубку (10 с-1) [90]. В этой связи наибольшее распространение для оценки в лабораторных условиях пусковых свойств и про-качиваемости масел получили ротационные вискозиметры, в которых можно создавать разный по величине градиент скорости сдвига.
Например, для оценки пусковых свойств рекомендуют использовать ротационные вискозиметры с вы сокими градиентами скорости сдвига (103 106с-1): CCS, Ферранти-Ширлея, Хаака, Баруса и др. [90-92]. Вязкость при невысоких градиентах скорости сдвига (1-100 с-1), характеризующую прокачиваемость масла, определяют в приборах MRV, Брукфильда, Реотест, ZVS и др. [90,93].
Разработка оперативных методов контроля пусковых свойств и прокачиваемо-сти масел по-прежнему остается одной из наиболее важных технических и экономических задач. Для ее решения необходимо систематически совершен ствовать приборы и методики в направлении повышения достоверности получаемых результатов.