Параметры моторного масла: Моторное масло ROLF – качество без компромиссов! / Страница не найдена (ошибка 404)

Содержание

Анализ параметров моторного масла и технических устройств, позволяющих контролировать процессы старения моторных масел

Библиографическое описание:

Долгова, Л. А. Анализ параметров моторного масла и технических устройств, позволяющих контролировать процессы старения моторных масел / Л. А. Долгова, С. А. Жаткин, В. В. Салмин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 9 (89). — С. 198-202. — URL: https://moluch.ru/archive/89/18274/ (дата обращения: 25.10.2022).

Проведен анализ средств, способов и методик определения физико-химических показателей моторного масла; выполнен выбор и ранжирование наиболее информативных параметров работоспособности моторного масла, влияющих на сроки его замены.

Ключевые слова: моторное масло, параметры состояния моторного масла, кинематическая вязкость, диэлектрическая проницаемость, симплекс подобия, корреляционная связь, экспресс-контроль, термоокислительная способность, показатель качества, оптическая плотность, температура вспышки, лаборатория экспресс-анализа, щелочное число, комплексный показатель.

От качества смазочных материалов зависят важнейшие показатели двигателей — долговечность, надежность, токсичность отработавших газов, топливная экономичность и т. д. Большинство показателей качества моторного масла можно определить только в специализированных лабораториях, которых, как правило, нет в автотранспортных предприятиях.

В настоящее время у нас в стране для оценки качества моторных масел и организации их промышленного производства используется четырехэтапная система испытаний, включающая: квалификационные (I этап) → стендовые (II этап) → полигонные (III этап) → эксплуатационные (IV этап) испытания. В рамках четырехэтапной системы наименее продолжительным (до 10 суток) и затратным является первый этап. При этом требуется не очень большое количество испытуемого продукта (до 5…10 л). Основу квалификационной проверки составляют испытания на одноцилиндровых установках (ОЦУ) и специальных двигателях [1,2].

Оперативная оценка качества моторных масел предложена К.

К. Попком, который предложил создать специальные лабораторные комплексы. В ЗАО «НАМИ-ХИМ» сформирован комплекс методов лабораторной оценки моторных масел (КМЛО), в который входит испытательное лабораторное оборудование, позволяющее определить основные эксплуатационные свойства моторных масел.

Авторы [2] оценивали термоокислительную стабильность моторных масел на лабораторной установке по показателю оптической плотности и нагарообразование по изменению потенциала электризации стержня Е_Э после термообработки. Изменение оптической плотности образцов нефтяных фракций симбатно изменению потенциала их электризации Е_К.

Для контроля качества автомобильных эксплуатационных материалов в Москве функционирует центр мониторинга ГСМ и диагностики техники «Международный испытательный центр по горюче-смазочным материалам (МИЦ ГСМ) [3]. В арсенале центра несколько видов специализированного оборудования, в частности аналитический центр для эксплуатационных анализов масел OSA, который включает три типа анализаторов: оптический эмиссионный спектрометр (определение металлов износа и деградации присадок), ИК-Фурье спектрометр (определение содержания воды, топлива, степени окисления, нитрования, сажи) и автоматический капиллярный вискозиметр с термостатированием до 100

оС.

Эти анализаторы размещены в едином настольном корпусе, что позволяет сразу получать полную характеристику по каждой пробе масла.

В работе [4] в условиях небольшого транспортного предприятия для контроля качества моторных масел предлагается использовать следующие экспресс-методы оценки качества работающих масел: по концентрации охлаждающей жидкости — термический и метод бумажной хроматографии; по наличию топлива — по температуре вспышки в закрытом электротигле и сравнение с эталоном по вязкости; по наличию абразивных частиц — метод истирания; по вязкости — сравнение с эталоном и термический; по моюще-диспергирующе-стабилизирующим свойствам и загрязненности масла механическими примесями — метод бумажной хроматографии; по противоизносным и нейтрализующим свойствам — по водородному показателю рН. Для реализации вышеперечисленных методов оценки качества моторного масла в Челябинском ГАУ разработан портативный комплекс средств (КДМП-3), позволяющий как в стационарных, так и в полевых условиях оценивать качество свежих и работающих масел.

В МГАДИ [5] разработана система контроля состояния и восстановления работоспособности масел, в состав оборудования которой входит лаборатория экспресс-анализа топлив и масел «ЛАМА-7» и малогабаритная передвижная установка для восстановления эксплуатационных свойств масел.

Разработан [6] способ определения состояния и момент замены смазочных материалов и рабочих жидкостей гидросистем, предусматривающий учет всех основных факторов (показателей), характеризующих качество и состояние масел. Работоспособность последних оценивается комплексным показателем по формуле:

где d₁…d_m — нормированные показатели состояния; m — число учитываемых факторов.

Для определения и контроля диэлектрической проницаемости моторного масла разработаны различные способы и устройства [7].

В работе [8] предложена схема основных направлений изучения процесса и метод исследования старения масла в дизелях, а также экспериментальные зависимости изменения оптической плотности, количества карбонилсодержащих соединений и содержания нерастворимых в бензине загрязнений от наработки масла при различных условиях.

Известны методы и способы оценки износа двигателя по состоянию моторного масла [9].

В работе [10] предполагается, что между единичными показателями состояния моторного масла существует функциональная связь. Рассматривается возможность связать состояние масла с изменениями энтропии S системы. Допускается, что если масло при работе двигателя теряет работоспособность при достижении определенного значения ΔS, одинакового для всех масел независимо от их состава, типа двигателя и особенностей его эксплуатации, то срок замены τ масла в двигателе будет зависеть от различных параметров: исходной концентрации с₀ присадки в масле, скорости k их срабатывания в заданных условиях эксплуатации, термической устойчивости Т масляной композиции и состава смазочной среды, характеризуемой химическим потенциалом μ (или электропроводность), который в данной работе выдвигается как наиболее информативный.

Замену масла по фактическому состоянию можно выполнять при достижении контролируемых показателей качества масла предельных значений. В различных источниках номенклатура этих показателей включает: вязкость моторного масла [11], количество нерастворимых в легких растворителях продуктов [12], щелочное число [11, 13], кислотное число [12], водородный показатель [13], диспергирующе-стабилизирующую способность [14], присутствие в масле топлива (по температуре вспышки) [11], присутствие антифриза и воды [16], присутствие конструкционных материалов, кремния [15].

В работах [12] для установления необходимого момента смены работавших масел по фактическому состоянию предлагается использовать комплексные (интегральные) показатели, принцип формирования которых основан на сочетании единичных показателей, наиболее информативных для заданных условий эксплуатации.

В работе [17] проведен анализ различных комплексных показателей старения масла, например, интегральный комплексный показатель ИПС, по которому можно количественно оценить работоспособность масел в форсированных автомобильных дизельных двигателях:

где В₀, В_t — вязкость масла соответственно свежего и при наработке t; Щ₀, Щ_t — щелочное число масла соответственно свежего и при наработке t, п_t, ДС_t — массовая доля загрязняющих примесей и показатель диспергирующих свойств при наработке t.

Или обобщенный комплексный показатель (ОКП) [17], представляющий собой сумму шести единичных показателей: содержания в масле железа, кремния и нерастворимого осадка, вязкости, зольности и щелочного числа:

где Кi — показатель состояния моторного масла, балл;

n=6 — число определяемых показателей; α_i — коэффициент интенсивности изменения i-го показателя за 1 час;

Т — наработка двигателя.

Еще один интегральный показатель — индекс старения (критерий CQ — Condition Quotent), предельное значение которого должно быть меньше или равно 1,5. Критерий CQ определяют по формуле:

СQ = fF/(TBN + 2) или СQ = fF/(SAN + 2)

где fF — содержание в масле загрязнений, нерастворимых в смеси бензола с метанолом; TBN — общее щелочное число масла; SAN –содержание сильных кислот в масле.

В работе [18] в качестве комплексного показателя старения масла предложено отношение прироста вязкости к приросту физической плотности. Оптическая плотность как характеристика работавшего масла используется в виде коэффициента физической стабильности (КФС), определяемого из выражения:

КФС = (D_н — D_к) 100 / D_н

где D_н, D_к — начальная и конечная оптическая плотность верхнего слоя масла (толщина 2 мм) до и после центрифугирования.

Для контроля качества нефтепродуктов внедрена в производство и используются переносная лаборатория КИ-28105 и передвижная лаборатория КИ-28099, позволяющие определять механические примеси, наличие воды, кинематическую вязкость, температуру вспышки в закрытом тигле.

В настоящее время продолжаются экспериментальные исследования с целью разработки прибора, позволяющего по значению одного-двух параметров моторного масла определять его состояние и остаточный ресурс до замены.

С целью выявления параметров моторного масла, в наибольшей степени влияющих на сроки его замены, был проведен анализ 135 литературных источников [19, 20], в которых представлены результаты исследования изменения 33 физико-химических показателей моторного масла в процессе его работы.

В ходе их ранжирования были выбраны 10 наиболее значимых (табл. 1).

Таблица 1

Ранжирование по 10 показателям, наиболее часто применяющимся для анализа процесса старения моторного масла

№	Название показателя качества моторного масла	Количество литературных источников	Весовой коэффициент
1.	Загрязненность механическими примесями	24	0,242
2.	Вязкость	15	0,152
3.	Диэлектрическая проницаемость	10	0,101
4.	Щелочное число	9	0,091
5.	Моюще-диспергирующе-стабилизирующие свойства	8	0,081
6.	Содержание воды	8	0,081
7.	Кислотное число	7	0,071
8.	Плотность	7	0,071
9.	Оптическая плотность	6	0,061
10.	Температура вспышки	5	0,051
	Всего	99	1

По результатам ранжирования факторов, определяющих работоспособность моторного масла, следует, что с учетом весовых коэффициентов наиболее значимыми являются: загрязненность, вязкость, диэлектрическая проницаемость.

Между изменениями параметров физико-химических свойств моторного масла в процессе эксплуатации и пробегом автомобиля (или временем работы масла в ДВС) существует определенная корреляционная связь. Это дает возможность, используя теорию подобия, установить их взаимозависимость с пробегом автомобиля через величину коэффициента подобия, а, следовательно, и с ресурсом работы масла в двигателе.

Литература:

1. Чудиновских А. Л., Лашхи В. Л., Первушин А. Н., Спиркин В. Г. Комплекс методов лабораторной оценки моторных масел — как оперативный способ определения качества / Журнал Автомобильных Инженеров, № 5 (76), 2012 г.

2. Немасадзе Г. Г., Шор Г. И., Куцев А. В. Оценка термической стабильности компонентов моторного масла для дизелей //Журнал «Строительные и дорожные машины» № 5, 2009, с. 55–57.

3. М. Калинин Масло ставит диагноз / Журнал «Новости авторемонта», № 85, 2009 г.

4. Ю. А. Гурьянов Показатели работающих моторных масел и методы их определения. Журнал «Автомобильная промышленность», 2005, № 10, с. 20

5. В. А. Зорин. Контроль состояния смазочных материалов и рабочих жидкостей / Журнал «Строительные и дорожные машины», 1999, № 8, с. 39

6. Патент РФ 2055318 Способ контроля состояния смазочных материалов и рабочих жидкостей гидросистем

7. Патент РФ № 2251705 Устройство для измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред

8. Рылякин, Е. Г. Снижение энергозатрат на трение в ресурсоопределяющих сопряжениях гидропривода мобильных машин / Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов // Труды Кубанского государственного аграрного университета. — 2014. — 4(49). — 159–162.

9. Исследование изнашивания прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры / А. В. Новичков, Новиков Е. В., Рылякин Е. Г., Лахно А. В., Аношкин П. И. // Международный научный журнал. — 2014. — № 3. — С. 108–111.

10. Лашхи В. Л., Шор Г. И. Использование принципов термодинамики для оценки старения моторных масел / Химия и технология топлив и масел, 1987. — № 4. — с. 22–24

11. Рылякин, Е. Г. Подогрев масла в гидросистеме / Е. Г. Рылякин // Сельский механизатор. — 2014. — № 8. — С.38–40.

12. Зубарев, П. А. Производственный процесс получения защитных полиуретановых покрытий / П. А. Зубарев, А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин // Молодой ученый. — 2014. — № 5. — С. 57–59.

13. Бенуа Г. Ф., Хлюпин Л. А., Манохин Г. К. — Двигателестроение, 1988, № 2, с. 34–36

14. Григорьев М. А., Бунаков Б. М., Долецкий В. А. Качество моторного масла и надежность двигателей. М., Изд-во стандартов, 1981. — 231 с.

15. Резников В. Д., Шипулина Э. Н. Химмотологические аспекты анализа работавших дизеотных масел. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1982. — 58 с.

16. Беленький А. Д. Двигателестроение, 1986, № 9, с. 49–52

17. Котельникова О.3., Лашхи В. Л., Кожекин А. В. Оценка состояния моторных масел при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания// Химия и технология топлив и масел. 1989. — № 11. — С. 43–46.

18. Шепельский Ю. Л., Певзнер Л. А. — Двигателестроение, 1984, № 7, с. 35–37

19. Долгова Л. А., Салмин В. В. Ранжирование основных параметров работоспособности моторного масла // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/48863

20. Долгова Л. А., Салмин В. В. Методика определения показателей качества моторного масла на основе теории подобия Перспективные направления развития автотранспортного комплекса: сборник статей VIII Международной научно-практической конференции / МНИЦ ПГСХА. — Пенза: РИО ПГСХА, 2014 г., — С. 33.

Основные термины (генерируются автоматически): моторное масло, оптическая плотность, SAN, TBN, диэлектрическая проницаемость, масло, показатель, температура вспышки, щелочное число, кинематическая вязкость.

Ключевые слова

кинематическая вязкость, корреляционная связь, показатель качества, моторное масло, параметры состояния моторного масла, диэлектрическая проницаемость, симплекс подобия, экспресс-контроль, термоокислительная способность, оптическая плотность, температура вспышки, лаборатория экспресс-анализа, щелочное число, комплексный показатель.

, комплексный показатель

моторное масло, параметры состояния моторного масла, кинематическая вязкость, диэлектрическая проницаемость, симплекс подобия, корреляционная связь, экспресс-контроль, термоокислительная способность, показатель качества, оптическая плотность, температура вспышки, лаборатория экспресс-анализа, щелочное число, комплексный показатель.

Разбираемся в терминологии моторных масел

ACEA

ACEA (Association des Constructeurs Européens de I`Automobile) – это Ассоциация европейских изготовителей автомобилей, которая была основана в 1991 году.

Ассоциация представляет на уровне Евросоюза интересы 15 разных европейских производителей легковых автомобилей, грузовых автомобилей и автобусов. В число членов организации входят такие производители как BMW, Scania, Volkswagen, MAN, Volvo и т.д. Помимо этого в организацию ACEA также входят представители поставщиков присадок и производителей смазочных материалов, которые подбирают для спецификации испытательные методы и двигатели. Организация разрабатывает спецификации ACEA и в качестве испытательных машин в основном используются двигатели европейских производителей. Спецификации ACEA объединяют лабораторные и технические требования, предъявляемые различными европейскими производителями транспортных средств к маслам. Спецификации также определяют основные требования к чистоте двигателя, стойкости к старению, противоизносной защите, расходу топлива и выбросу загрязняющих веществ. В целях обеспечения постоянного роста качества моторных масел ACEA начала при- менять в декабре 2010 года новые классы ACEA. Классификация ACEA, изданная в 2010 году, определяет минимальные требования всех европейских производителей транспортных средств и двигателей:

ACEA A/B, ACEA C – масла для бензиновых и дизельных двигателей лег- ковых автомобилей;
ACEA E – масла для мощных дизельных двигателей.

Номер года – это год издания соответствующей серии испытаний.

Сравнительно «недавний» год указывает на то, что введено новое испытание, параметр испытания или предел значения. В большинстве случаев масло с более новым номером года более качественное и дорогое, нежели масло, которое отвечает старым и устаревшим требованиям. Номер издания (Issue) обновляют без изменения года только в том случае, если спецификацию редактируют без внесения поправок в технические параметры, влияющие на эффективность масла. На большинстве упаковок масел отсутствует информация об издании спецификации. Эта информация может быть указана в листах описания производителя, которые часто публикуются в Интернете. Производитель должен по меньшей мере суметь предоставить информацию об издании спецификации.

API

API (American Petroleum Institute) – это Американский институт нефти, который выдает классификации API, распространенные в США и Азии.

Издание классификаций API происходит аналогично выдаче спецификаций ACEA. В качестве же испытательных машин в основном используются двигатели американских производителей. Система классификации API разделяет моторные масла только на две группы:

API S – масла для бензиновых двигателей;
API C – масла для дизельных двигателей.

Обозначение класса API, как правило, состоит из двух букв, первая из которых указывает на тип моторного масла и вторая на соответствие определенному стандарту качест- ва. Чем дальше от начала алфавита находится вторая буква, тем выше качество масла, напр., масло API SJ более низкого качества, чем API SM. Американские производители двигателей не требуют альтернативы классам ACEA A и B, поскольку они не производят высокооборотистые дизельные двигатели для легковых автомобилей – в США не популярны легковые автомобили с дизельным двигателем.

Стандарты API регулярно дополняют, а также ужесточают, и вторая буква классификации, в сущности, показывает, каким требованиям к качеству отвечает масло, а также в каком году действовали эти требования.

JASO

JASO – это спецификация и знак качества моторных масел для мотоциклов. Классы качества JASO подразделяются на группы M, требования которой распространяются на масла для четырехтактных двигателей и F, которая действует в отношении масел для двухтактных двигателей.

Масла группы M, в свою очередь, делятся на масла категории MA и MB, различающиеся величиной коэффициента трения, создаваемого в смазываемой муфте сцепления.

Масла категории MA характеризуются высоким коэффициентом трения. Они не создают проблем в двигателях мотоциклов с высоким крутящим моментом при сравнительно небольшой муфте сцепления и идеально подходят для муфт сцепления.

К классу MB относят масла, которые хотя и выполняют все остальные критерии спецификации JASO, но не достигают достаточно высокого коэффициента трения. Они лишь ограниченно применимы в мотоциклах с «чутким сцеплением».

Самые высокие требования к моторным маслам для четырехтактных двигателей в на- стоящее время определены стандартом JASO MA-2. Данный класс качества обозначает еще более высокие коэффициенты трения в муфте сцепления и, следовательно, максимальную совместимость с муфтами сцепления даже в случае с двигателями со сверхвысоким крутящим моментом.

Low SAPS

Аббревиатура SAPS образуется от первых букв английских слов Sulphated Ash, Phosphorus и Sulphur, а английское слово low в русском языке означает «низкий». Следовательно, моторное масло с характеристикой low SAPS является маслом, которое содержит минимальное количество сульфатной зольности, фосфора и серы. Поскольку такие масла образуют мало золы, их также называют маслами low ash. Применения моторных масел low SAPS требуют именно современные транспортные средства.

Mid SAPS

Аббревиатура mid образуется от английского слова middle, что в русском языке означает «средний». Таким образом, моторные масла mid SAPS характеризуются средним содержанием сульфатной зольности, фосфора и серы.

SAE

SAE (Society of Automotive Engineers) – это организация, разработавшая классы вязко- сти, которыми обозначают текучесть масел для четырехтактных двигателей.

Классы вязкости указывают на текучесть масла и его зависимость от температуры, но не связаны напрямую с качеством масла. Первая цифра, за которой обычно следует буква W, показывает текучесть масла при низких температурах, то есть т.н. зимнюю вязкость (Winter). Вторая цифра показывает свойство масла сохранять достаточную густоту и при высоких температурах, то есть вязкость масла при 100 °C.

Чем меньше число зимнего класса (SAE 0W, 5W, 10W и т.д.), тем при более низких температурах масло остается жидким – это облегчает пуск двигателя и защищает холодный двигатель. Чем больше число летнего класса (SAE 30, 40, 50 и т.д.), тем выше вязкость масла при 100-градусной температуре и тем лучше оно сможет защитить двигатель при экстремальных условиях эксплуатации.

Большинство двигателей создано для работы на маслах класса вязкости SAE 10W-40, что является достаточным при погоде от -25 до +40 градусов.

Учитывая климатические условия Эстонии, наиболее распространенными моторными маслами являются масла вязкостью SAE 5W-30; 5W-40 и 10W-40.

Вязкость

Вязкость отвечает за способность масла препятствовать износу поверхностей трения за счет образования масляной пленки. Также вязкость характеризует текучесть масла при определенной температуре. Каждое масло имеет индивидуальную зависимость вязкости от температуры. На изменение вязкости в зависимости от температуры влияют подобранное базовое масло и специальные присадки, например улучшители индекса вязкости

(ИВ, или VI). Вязкость HTHS

У современных всесезонных моторных масел с улучшителями ИВ вязкость однако за- висит не только от температуры, но и от давления и градиента скорости сдвига. Градиент скорости сдвига получают при делении скорости движущейся детали (м/с) на тол- щину масляной пленки (м). Чтобы сделать выводы о вязкости используемого масла, уже некоторое время применяют вязкость HTHS (High Temperature High Shear). Данный параметр описывает поведение масла в смазочном отверстии при температуре 150°C и при высоком градиенте скорости сдвига, который типичен для высоких скоростей двига- теля.

Для того чтобы всесезонные моторные масла с улучшителями индекса вязкости обес- печивали необходимую смазку также при высоких температурах и скоростях, в категории ACEA C установлены предельные значения вязкости HTHS. Моторные масла, у которых вязкость HTHS составляет менее 3,5 мПа∙с, также помогают снизить расход топлива, однако их нельзя применять в двигателях, не предназначенных для таких масел.

Индекс вязкости

Индекс вязкости – это величина, которая характеризует зависимость вязкости от температуры: чем выше индекс вязкости, тем меньше текучесть масла зависит от температуры, т.е. тем лучше масло выдерживает низкие и высокие температуры. Значения индекса вязкости минеральных масел обычно находятся в диапазоне 90– 110, у синтетических базовых масел индекс вязкости почти всегда превышает 140. Чем выше индекс вязкости, тем меньше энергии потребуется при холодном пуске двигателя или при низких температурах с такой же номинальной вязкостью масла.

Температура вспышки (flash point)

Параметром, который косвенно характеризует испаряемость моторного масла, является температура вспышки, или точка вспышки. Это самая низкая температура, при которой пары нагреваемого моторного масла при определенных условиях образуют смесь с воздухом, взрывающуюся при поднесении пламени (первая вспышка). При температуре вспышки моторное масло еще не воспламеняется. Температуру вспышки определяют при нагревании моторного масла в открытом или закрытом тигле. Результаты имеют разные значения, в закрытом тигле температура вспышки ниже на 20–25 °C.

При выборе моторного масла следует знать, что чем ниже температура вспышки моторного масла, тем оно интенсивнее испаряется и сгорает на высокотемпературных поверхностях, а также загрязняет двигатель золой, сажей и прочими продуктами горения. Более качественным является моторное масло, имеющее более высокое значение температуры вспышки. У современных моторных масел температура вспышки превышает 200 °C, обычно она равна 210–230 °C и выше.

Температура воспламенения (fire point)

Температура воспламенения моторного масла – это температура, при которой моторное масла при нагревании в открытом тигле (метод Бренкена) воспламеняется от огня и горит не менее 5 секунд. Температура воспламенения моторных масел выше температуры вспышки по меньшей мере на 20–30 °C. Температура воспламенения не является определяющим параметром в случае с моторными маслами.

Летучесть (volatility)

Летучесть – свойство наиболее легких фракций моторного масла испаряться при высоких температурах, что выражается в процентах потери от испарения после нагревания моторного масла в течение часа при температуре 250 °C. Для определения испаряемости, или летучести моторного масла, применяется метод Нок. Если после нагревания в течение часа 1 000 г моторного масла при температуре 250 °C остается 850 г масла, это означает, что его летучесть составляет 15 % (минус 150 г). В соответствии с требованиями ACEA, испаряемость моторных масел класса A1/B1 не смеет превышать 15 %, у масел классов A3/B3, A3/B4, A5/B5, C1, C2, C3, E4, E6, E7, E9 этот показатель должен быть меньше 13 % или равен 13 %, а у масел класса C4 испаряемость должна быть меньше 11 % или равна 11 %. Если моторное масло слишком летуче, его придется чаще заливать в двигатель и по- этому расход масла будет высоким.

Общее щелочное число (ОЩЧ)

Общее щелочное число является мерой количества резервных щелочных добавок, вводимых в смазочные материалы для нейтрализации кислот, замедления окисления и коррозии, повышения смазывающей способности, улучшения вязкостных характеристик и уменьшения тенденции к выпадению осадка. Проще говоря, это тест для оценки способности к нейтрализации агрессивных кислот, которые могут образовываться в процессе нормальной эксплуатации оборудования.

Составы присадок в маслах различных производителей значительно различаются, поэтому наиболее важным аналитическим параметром является изменение щелочного числа свежего либо используемого смазочного материала по отношению к состоянию предыдущей пробы.

Числа нейтрализации моторных масел

Температура затвердевания (setting point)

Температура затвердевания – температура, при которой масло перестает быть жидкостью и застывает. При охлаждении масло перестает течь под воздействием силы тяжести. Температура затвердевания часто ниже температуры застывания на 3–5 °C. Затвердевание масла обусловлено кристаллизацией парафинов, которые присутствуют в базовом масле. При соединении кристаллов парафина консистенция масла становится твердой и похожей на воск.

Температура застывания (pour point)

Температура застывания (точка текучести) – это самая низкая температура, при которой масло еще обладает способностью течь. Температура застывания (pour point) и температура затвердевания (setting point) характеризуют физические свойства смазочного материала при низких температурах.

TBN – Total Base Number, или общее щелочное число

Общее щелочное число показывает количество кислоты, необходимой для нейтрализации щелочей, содержащихся в 1 грамме моторного масла (выражается в мг KOH, или гидроокиси калия). Таким образом, TBN описывает количество слабых и сильных щелочей в составе моторного масла.

TAN – Total Acid Number, или общее кислотное число

Общее кислотное число показывает количество гидроокиси калия (KOH) в миллиграммах, которое необходимо для нейтрализации свободных кислот, находящихся в 1 грамме моторного масла. Таким образом, TAN выражает количество слабых и сильных кислот, содержащихся в моторном масле.

SBN – Strong Base Number, или щелочное число для определения сильных кислот

Щелочное число для определения сильных кислот показывает количество кислоты, которое потребуется для нейтрализации сильных щелочей, содержащихся в 1 грамме моторного масла. Таким образом, SBN выражает количество сильных щелочей, преж- де всего неорганических щелочей, присутствующих в моторном масле, что крайне редко встречается на практике.

SAN – Strong Acid Number, или число сильных кислот

Число сильных кислот показывает количество щелочи, необходимой для нейтрализации сильных кислот, содержащихся в 1 грамме моторного масла (выражается в мг KOH). Таким образом, SAN показывает количество сильных, или неорганических ки- слот, в составе моторного масла.

продлить срок службы вашего оборудования

Жанна Ван Ренсселар

Приемлемая программа анализа масла включает:

Идентификация и пересмотр пределов

Надежная система распознавания режимов отказа

Отчет об анализе масла может содержать результаты до 40 параметров с указанием каждого допустимого диапазона. На результаты влияют различные факторы: тип масла, его состав, правила ухода за ним и условия эксплуатации. Тип оборудования и среда его эксплуатации также имеют решающее значение.

Большинство лабораторий дают рекомендации в виде зеленых, желтых и красных флажков. Желтые и красные флажки означают, что требуются действия; зеленые флаги отслеживаются для будущих тенденций.

Не существует универсального стандарта для установки флагов или параметров тревоги. Кроме того, некоторые статистические данные лабораторных отчетов не являются критическими для этого конкретного оборудования. Таким образом, не для каждого параметра анализа масла требуется предел тревоги ( см. рис. 1 ) ¹.

Рис. 1. Общие пределы сигналов тревоги для дизельных двигателей. (Фото предоставлено ALS Tribology.)

Поскольку при анализе масла учитывается множество соображений, большинство лабораторий не публикуют информацию о предельных значениях. Это может заставить конечных пользователей задаться вопросом, кому верить — составителю рецептуры, OEM, лаборатории, промышленности и/или ассоциации, такой как ASTM. ²

Методы установки абсолютных и трендовых пределов

Существует четыре традиционных абсолютных метода для определения диапазонов анализа масла и пределов маркировки. Согласно Рэю Гарви, ³, эти методы таковы:

Отраслевые стандарты . Это общие ограничения, накладываемые на машины, сгруппированные по рабочему давлению или типу (например, коробки передач или гидравлические системы). Эти стандарты, как правило, являются отправной точкой, в то время как ограничения, установленные отраслями и ассоциациями, часто касаются оборудования со строгими требованиями к безопасности и надежности.
Статистические тревоги. Они основаны на общих функциях распределения, которые обычно встроены в программное обеспечение — либо на кумулятивной функции распределения, либо на распределении Гаусса.
Пределы на основе тренда или скорости изменения. Они включают математические методы определения недопустимых отклонений от трендовых уровней.
Предустановленные ограничения отсутствуют. Они основаны на суждениях, основанных на опыте аналитиков, знакомых с типом контролируемого оборудования.

Четыре абсолютных метода, описанные выше, наиболее эффективны, когда:

Операторы знают виды отказов и основные причины или
четко определены, и их изменение может быть напрямую связано с условиями эксплуатации.

Эти статические абсолютные пределы приемлемы в большинстве случаев. Но OEM-производители также устанавливают ограничения динамических трендов, которые также учитывают часы работы или расстояния. Это связано с тенденцией к увеличению интервалов замены масла и увеличением практики профилактического обслуживания. Чтобы определить предел тренда, OEM определит допустимое изменение параметра с течением времени.

Комбинация обоих методов часто является лучшим подходом.

С точки зрения разработчика рецептуры

Нефтяные компании, как правило, разрабатывают предельные значения, ориентируясь на состояние масла и окончание срока его полезного использования. Опыт компании Phillips 66 Lubricants в разработке рецептур и знание используемых химических веществ помогают им понять настройки предельных значений маркировки для конкретного семейства смазочных материалов.

Пределы маркировки всегда отслеживаются и корректируются с помощью отраслевых обновлений. Хорошим примером является повышение категории дизельного топлива до API CJ-4 и требование более низкого содержания сульфатной золы. Это изменение в отрасли привело к более низкому начальному щелочному числу (BN) в смазочном материале.

По словам члена STLE Шона Юинга, технического координатора коммерческих смазочных материалов компании Phillips 66 Lubricants, обычно маркировка ограничений, используемых коммерческими лабораториями анализа масла, имеет определенную цель.

«Как производитель смазочных материалов, Phillips 66 заботится о свойствах самой жидкости, — объясняет он. «Например, вязкость, окисление, нитрование и загрязнение являются показателями того, насколько хорошо смазка работает».

Перспектива лаборатории

«Лаборатории генерируют много данных; требуется сложный процесс анализа данных, чтобы превратить их в актуальную и полезную информацию», — говорит Брайан Дебшоу из POLARIS Laboratories®. «Надежная лаборатория способна разделить данные по производителю и модели оборудования, смазочному продукту и классу вязкости, а также по условиям эксплуатации, среди прочих факторов и соображений. Они могут предложить более точные рекомендации по техническому обслуживанию, имея различные наборы пределов маркировки, основанные на этих и других факторах. Лаборатории могут даже устанавливать прогрессивные ограничения с несколькими уровнями, чтобы операторы могли принимать собственные решения о продлении срока службы жидкости или проведении профилактического обслуживания».

Дебшоу советует вместо того, чтобы сосредотачиваться на пределе маркировки для отдельного теста, сосредоточиться на рекомендациях по техническому обслуживанию в отчетах об анализе масла ( см. рис. 2 ).

Рис. 2. Образец отчета об анализе дизельного топлива. (Фотографии предоставлены ALS Tribology.)

Он объясняет, что для того, чтобы максимизировать ценность анализа жидкости, важно понимать, когда незначительные корректирующие действия могут предотвратить капитальный ремонт. Самый базовый уровень анализа масла определяет износ до того, как компонент выйдет из строя, но прогрессивные пределы маркировки позволяют техническому обслуживанию уменьшить ущерб, вызванный износом металлов.

Наличие многоуровневой системы идентифицирует:

при нормальных данных
когда следует более тщательно отслеживать тенденции данных
, когда целесообразны вторичные диагностические инструменты и незначительное корректирующее обслуживание
, когда серьезные условия указывают на явный отказ компонента

Член STLE Дэвид Дойл, генеральный менеджер ALS Tribology, объясняет, что ALS поощряет клиентов обсуждать результаты тестов, когда у них есть вопросы. «Во многих случаях ценность информации, представленной в отчете об испытаниях, может быть увеличена в десять раз, когда между клиентом и лабораторией происходит беседа», — говорит он. «Это выгодно обеим сторонам».

Измерение разбавления топлива в смазочном масле

Фон Растворение топлива в масле может привести к серьезному повреждению двигателя. Высокие уровни топлива (> 2%) в смазке могут привести к снижению вязкости, деградации масла, потере диспергируемости и потере устойчивости к окислению. Разбавление топливом является одним из наиболее важных видов неисправности смазочных материалов в двигателях внутреннего сгорания. Обычно это происходит из-за неправильного соотношения топлива и воздуха. Разжижение топлива также может происходить из-за чрезмерного холостого хода, износа поршневых колец или неисправных форсунок и ослабленных разъемов.

Методы измерения

► ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

В измерителе разбавления топлива Spectro FDM 6000 используется датчик поверхностных акустических волн (ПАВ), который конкретно реагирует на присутствие паров топлива.1 Он работает по принципу Закон Генри. В закрытом контейнере для проб количество топлива, растворенного в масле, прямо пропорционально количеству паров топлива в свободном пространстве закрытого сосуда для проб при равновесии. Половину мл образца помещают на небольшую войлочную прокладку на дне одноразового флакона. Флакон оставляют для уравновешивания на одну минуту, а затем FDM использует конструкцию клыка, чтобы проткнуть крышку и взять пробы пара в свободном пространстве. Это простой, прямой, портативный прибор, который можно использовать как в лаборатории, так и в полевых условиях. Его могут легко использовать специалисты по надежности без специальной подготовки или опыта. Диапазон составляет от 0 до 15% разбавления топлива с LOD 0,2% разбавления топлива. Воспроизводимость составляет <5% относительного стандартного отклонения, а точность составляет ±10% измерения (минимальное разбавление топливом 0,2%).

► ВЯЗКОСТЬ

Тесты на вязкость обычно проводятся для смазочного материала уже как часть основного набора тестов на состояние смазочного материала. Существует множество методов и инструментов, доступных как для лабораторных, так и для полевых испытаний, включая портативный кинематический вискозиметр Spectro MiniVisc 3050. Присутствие разжижения топлива в смазке может быть определено косвенно по вязкости и будет проявляться как изменение по сравнению с незагрязненным маслом. Однако, если смазка демонстрирует изменение вязкости, это не означает, что проблема разбавления топливом является исключительной. Многие другие проблемы со смазочными материалами также возникают при изменении вязкости: деградация смазочного материала, загрязнение (водой, охлаждающей жидкостью, сажей), доливка неподходящего масла и т. д. Вязкость лучше всего использовать в качестве скринингового теста, чтобы стимулировать дальнейшие испытания, если это необходимо, на проблемных образцах. .

► ИСПЫТАНИЕ НА ТЕМПЕРАТУРУ ВСПЫШКИ

Определение температуры вспышки — это стандартный метод, который десятилетиями использовался для оценки как новых, так и отработанных смазочных материалов.2 В пробе отработанного масла можно обнаружить наличие разбавления топливом. Температура вспышки — это самая низкая температура, при которой источник воспламенения вызывает воспламенение паров образца при заданных условиях. При наличии в смазке более легких компонентов углеводородного топлива температура вспышки будет снижаться.3

Одним из популярных методов является ASTM D3828, также известный как процедура малого масштаба в закрытом тигле. В этой процедуре используется только 2 мл образца, и образец быстро нагревается до температуры ниже базовой линии нового масла на предварительно заданную величину для теста «годен/не годен» (например, 25°C). Как только целевая температура достигнута, применяется воспламенитель. Если наблюдается вспышка, тест указывает на возможное разбавление топливом. Для получения более количественных результатов можно попробовать несколько температурных точек, а корреляционные таблицы, которые были созданы на основе известных образцов, используются для преобразования температуры точки вспышки в % разбавления топлива. Поскольку тип топлива или тип моторного масла могут быть неизвестны, трудно определить фактический процент присутствующего разжижения топлива. По этой причине определение температуры вспышки обычно используется в качестве качественного теста «пройдено/не пройдено».

► ИК-Фурье-спектроскопия

ИК-Фурье-спектроскопия предлагает быстрое и удобное измерение разбавления топлива, однако нелегко отличить топливные углеводороды от углеводородов, присутствующих в базовом масле. Добиться точных результатов очень сложно. Для калибровки требуются большие наборы данных для узкого круга типов образцов, чтобы разработать сложные алгоритмы, связывающие спектр с разбавлением топлива. По этой причине ИК-Фурье широко не используется для измерения разбавления топлива.

► ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Наиболее широко распространенным прямым методом анализа разбавления топлива в смазочных материалах является газовая хроматография (ГХ) в соответствии с методами ASTM D3524, D3525 и, в последнее время, D7593.4-6. часть пробы масла в газовый хроматограф. ГХ испаряет образец и пропускает его через аналитическую колонку, которая разделяет образец на составляющие его углеводороды в порядке температуры кипения. Количественную оценку получают путем интегрирования площади топливных пиков, обнаруженной с помощью FID (пламенно-ионизационного детектора). Создается калибровочная кривая, которая связывает площадь пика с массовой долей топлива в масле. Иногда используется внутренний стандарт (например, декан для дизельного топлива), поэтому калибруется отношение интегральной площади пиков топлива по сравнению с площадью пика внутреннего стандарта.

Эти методы могут дать очень точные результаты и предназначены для лабораторий с большим объемом исследований, поскольку они дороги и требуют опытных специалистов. Получение наилучшего результата с помощью ГХ-анализа может занять очень много времени, поскольку в некоторых случаях точки кипения топлива и определенных составов моторного масла перекрываются. Эти перекрытия могут привести к ошибкам разбавления топлива до 2%, если их не проверить. В этих случаях может потребоваться оптимизация температуры, давления или столбца для конкретного типа масла. Многие коммерческие лаборатории модифицировали традиционные методы ASTM в пользу более быстрого и надежного метода, разработанного ведущим производителем ГХ.7

Резюме

Разбавление топливом является критической проблемой загрязнения смазочных материалов, которая может привести к дорогостоящему повреждению двигателя.