книги из ГПНТБ / Сулейманова, Ф. Г. Композиции присадок к моторным маслам из бакинских нефтей

Г Л А В А II

ЛАБОРАТОРНЫЕ И МОТОРНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ МАСЕЛ

И ПРИСАДОК

Многочисленные отечественные и зарубежные исследо­ вания [14—'.16], особенно произведенные после появления бо­ лее быстроходных теплонзаряженных двигателей, работа­ ющих на сернистом топливе, а также на топливах и смазоч­ ных маслах, содержащих различные присадки, показали, что оценка масел по физико-химическим показателям недоста­ точна для установления пригодности их к применению в тех или иных условиях.

Показатели физико-химических свойств смазочных ма­ сел, нормированные в государственных стандартах, либо слабо снизаны с эксплуатационными качествами масел, либо не отражают их вообще. В силу этого удовлетворительные качества масел, оцениваемые на основании физико-химиче­ ских констант, в большинстве случаев не подтверждаются в эксплуатационных условиях работы двигателей. Это несоот­ ветствие объясняется главным образом тем, что условия исследования и анализ масел по ряду физико-химических свойств не воспроизводят условий работы их в двигателе.

За последние годы создан ряд лабораторных методов определения отдельных функциональных свойств базовых масел и с присадками, таких как устойчивость против окис­ ления, склонность к осадкообразованию, коррозионная агрес­ сивность, способность масел с присадками снижать отложе­ ние лака и на-гара на деталях и др. Применение указанных методов при исследовании дает возможность предварительно оценить эксплуатационные качества масел и присадок и зна­ чительно сократить объем моторных испытаний.

Результаты лабораторных исследований позволяют из многочисленных образцов масел и присадок отобрать наи­ лучшие для последующих моторных испытаний. Сравнение данных лабораторных и моторных исследований качеств ма-

41

сел и присадок способствует более правильному толкованию результатов моторных испытании. Таким образом, лаборатор­ ные методы оценки качеств смазочных масел имеют своей целью отбор наиболее эффективных образцов масел и при­ садок для дальнейшей проверки их в условиях работы дви­ гателя. Кроме того, лабораторные методы испытаний спо­ собствуют лучшему, чем в условиях работы двигателя, пониманию механизма действия различных присадок и изу­ чению поведения смазочных масел под влиянием различных факторов (температура, давление, контакт с кислородом воздуха, металлическими поверхностями и т. и.).

Возможность раздельного исследования влияния раз­ личных факторов на изменение качеств смазочных масел, потребность в малом количестве опытных образцов, а также малая продолжительность испытаний являются основными преимуществами лабораторных методов оценки качества смазочных масел по сравнению с моторными. Достоверность и целесообразность использования любого лабораторного метода исследований определяются наличием соответствия между результатами лабораторных и моторных испытаний.

Попытка ряда исследователей судить об эксплуатацион­ ных качествал смазочных масел преимущественно по их физико-химическим свойствам и результатам лабораторных исследований их отдельных функциональных свойств, без учета эксплуатационных и конструктивных факторов, не при­ вели к объективным результатам, по которым можно было бы дать окончательное заключение о пригодности смазоч­ ного масла для тех или иных конкретных типов двигателей.

Из указанного следует, что при исследовании качества смазочных масел, помимо определения их физико-химиче­ ских свойств, необходимо учитывать влияние эксплуата­ ционных и конструктивных факторов на их изменение в усло­ виях работы двигателя. Отсюда вытекает необходимость создания надежных методов исследования и испытания ка­ честв смазочных масел непосредственно в двигателе, обес­ печивающих их объективную оценку. Разработка комплекса таких методов является основным направлением в работе многочисленных исследователей в СССР и за рубежом.

Установление соответствия между конструкциями двига­ телей, условиями эксплуатации и качеством применяемых смазочных масел значительно ускорит решение проблемы обеспечения народного хозяйства высококачественными сма­ зочными маслами. В настоящее время моторесурс дизель­ ного парка из-за работы на высокосернистом топливе, выра­ батываемом из сернистых нефтей восточных районов страны, а также недостаточно высокого качества смазочных масел используется лишь на 50—60% по сравнению с использова­ нием его при работе на малосернистом дизельном топливе.

42

Практика показывает, что внедрение в народное хозяй­ ство новых, более высококачественных сортов смазочных масел носит затяжной характер. Период от начала лабора­ торных исследований до утверждения государственного стан­ дарта и внедрения в производство более эффективных cqpтов смазочных масел и присадок исчисляется 5— 10 годами. В современной обстановке, когда создание и усовершенство­ вание конструкций двигателей идет весьма быстрыми тем­ пами, серьезное отставание в деле обеспечения выработки высококачественных смазочных масел ни в коей мере не отвечает возросшим требованиям народного хозяйства. Этот разрыв уже сейчас привел к значительному несоответствию между требованиями, предъявляемыми к качеству смазоч­ ных масел, и их удовлетворением.

Одной из существенных причин столь медленного вне­ дрения в народное хозяйство более высококачественных смазочных масел является отсутствие в стране единых мето­ дов оценки их качества, а также унифицированных экспе­ риментальных двигателей [25—27, 38, 41]. Состоянию этого вопроса и посвящается данная глава.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ ЗА РУБЕЖОМ

Систематическое усовершенствование конструкций дви­ гателей внутреннего сгорания в сторону увеличения теплонапряженности, мощности и скоростного режима, значитель­ ный рост удельного веса высокосернистых дизельных топлив в народном хозяйстве, а также производства масел с приме­ нением различных технологических процессов (кислотно-кон­ тактной очистки, селективной, адсорбционной, гидроочистки, деасфальтизации и т. д.) и различных присадок (моющих, антиокислителышх, вязкостных, антиизносных и др.) при­ вели исследователей к твердому заключению, что лаборатор­ ные методы оценки смизочных масел по их физико-химиче­ ским показателям недостаточно объективны.

Фирмой «Catterpillar tractor» и позднее «General motors corporation» были исследованы на лабораторных установках

ииспытаны в полевых условиях качества смазочных мате­ риалов, по результатам которых разработаны и опубликова­ ны спецификации на смазочные масла, обеспечивающие нормальную работу всех типов двигателей. Фирма «General motors corporation» по результатам эксплуатационных испы­ таний ряда смазочных масел при повышенных температурах

инагрузках классифицировала их в зависимости от условий эксплуатации, нагрузки, состояния и конструкции двига­

телей,

43

масел, применяемых во всех типах двигателей [41].

Ниже излагаются методы испытаний, разработанные фирмой «С atterpi 11 аг». Институтом нефти и Европейским советом по испытаниям, которые широко применяются за рубежом.

1. MIL-2104A. Этот метод предназначен для определения моющих свойств масел. Испытания проводятся 480 часов, на одноцилиндровом двигателе «Catterpillar»; диаметр цилиндра

масла является чистота деталей двигателя, определяемая визуально я оцениваемая в баллах.

2. MIL-2104XB. Метод предназначен для определения моющих свойств масел в двигателях с наддувом. Испытания проводятся 480 часов, на одноцилиндровом двигателе «Cat- terpillar-LG»; диаметр цилиндра ход поршня

3. CRCL-2. Метод предназначен для определения способ­ ности масел серии II выдерживать нагрузку и для испыта­ ний на разрыв масляной пленки на одноцилиндровом двига­ теле «Catterpillar 1-D» с наддувом; диаметр цилиндра Б3//', испытание проводится в течение 480 часов на топливе с со­ держанием 1 % серы.

4. CRC L-3. Метод предназначен для определения мою­ щих свойств масел серии III. Испытание проводится с над­ дувом в течение 480 часов, на одноцилиндровом двигателе

на поршне. Испытание проводится на шестицилиндровом карбюраторном двигателе «Шевроле» в течение 36 часов при

проводится на одноцилиндровом двигателе «Labeco» с диа­ метром цилиндра 3,8", ходом поршня 3,75" и рабочим объе­ мом 42,5 куб. дюймов. Испытания на окислиемость и корро­ зию медно-свинцовых подшипников на этом двигателе проводятся в течение 40 часов.

В США и Англии широко применяются отборочные ис­ пытания функциональных свойств смазочных масел с при­

44

садками ,на небольших одноцилиндровых лабораторных дви­ гателях, ,к числу которых относятся:

Испытания проводятся без долива масла в течение двух часов для масел без присадки, 11 часов и более — для масел с эффективными присадками. Время до пригорания поршне­ вых колец характеризует тер1Моокислительную стабильность масел. Чем больше это время, тем выше качество масла.

2)Gardner L-2 — дизель, имеющий техническую характе­

объем масла в системе 3,9 л. Испытания проводятся в тече­ ние 25 часов для определения степени чистоты поршня, при

3)National DAP — карбюраторный двигатель с техниче­

проводятся в течение 100 часов в целях оценки способности масел к лакообразованию на поршне, приторанию поршне­ вых колец и корразии подшипников. Долив масла произво­ дится через каждые 10 часов.

При этом свойства масел испытываются следующими

моющих и диспергирующих свойств картерных масел при низкотемпературных условиях. Испытания проводятся также на одноцилиндровом двигателе «Labeco» в течение 120 ча­ сов. О характеристике испытуемого масла судят по визуаль­ ному осмотру отложений через 40, 80 и 120 часов работы двигателя.

2. Английским инстйтутом нефти стандартизован метод 1Р176/60Т по испытанию масла на окисляемость и коррозию подшипников на лабораторном двигателе Питтер W-1 с ис­ кровым зажиганием. Испытания ведутся в течение 36 часов.

45

3.Метод IP 175/60Т также стандартизован английским институтом, испытания проводятся на дизельном двигателе Питтер AV-1. Метод предназначен для оценки прихвата поршневых колец и образования углеродистых и лакообраз­ ных отложений в тяжелых условиях работы масел. Двига­ тель четырехтактный, без наддува. Испытания проводятся в течение 120 часов.

4.Метод «Catterpillar L-1» применяется для дизелей,

работающих на морских судах. В начале каждого цикла (120 часов) к маслу добавляется 2% синтетической морской воды.

Эксплуатационные характеристики масел по методам АНИ не являются спецификациями и указывают лишь виды испытаний, которые должно пройти масло, а технические нормы испытания полностью оставляются на усмотрение от­ дельных фирм. По указанным методам смазочные масла классифицируются нижеследующим образом.

Для карбюраторных и дизельных двигателей

1. Масла сорта «премиум» используются в карбюратор­ ных двигателях и в двигателях с воспламенением от сжа­ тия, работающих при легких и благоприятных условиях. Конструкции двигателей нечувствительны к образованию от­ ложений.

2.Масла для тяжелых условий работы, с низким содер­ жанием присадки предназначены для карбюраторных двига­ телей и двигателей с воспламенением от сжатия, работа­ ющих в умеренных и жестких условиях, в которых имеет место проблема образования отложений и коррозии подшип­ ников при высокой температуре картерных масел.

3.Масла для тяжелых условий работы предназначены для карбюраторных двигателей и двигателей с воспламене­

нием от сжатия, работающих в неблагоприятных и жестких условиях, при которых предъявляются особые требования к смазке и контролю за образованием отложений, износом или коррозией подшипников.

Только для дизельных двигателей

1.Масла типа DG предназначены для дизелей, работа­ ющих в условиях, при которых не требуется жесткого кон­ троля за образованием отложений и износом.

2.Масла типа DT предназначены для дизелей, работа­

ющих в жестких условиях или на топливе, склонном к обра­ зованию отложений и вызывающем быстрый износ.

46

3. Масла пипа DS предназначены для дизелей, работа­ ющих при очень тяжелых условиях, конструкция которых и тип топлива вызывают сильный износ или образование боль­ шого количества отложений.

В США специальным отделом при Институте нефти сов­ местно с различными фирмами разрабатываются и стандар­ тизируются методы испытания смазочных масел. Из числа разработанных и стандартизированных методов моторных испытаний широко распространены, кроме США, в европей­

му методу определяют количество отложений на поршнях ди­ зелей, прихват поршневых колец и износ. Испытание произво­ дится в течение 130 часов.

Эти методы получили широкое распространение и в на­ стоящее время положены в основу стандартов США и ряда европейских стран. Вырабатываемые разными фирмами мас­ ла по результатам моторных испытаний, согласно стандар­ там, относятся к соответствующим классам. При этом необ­ ходимо отметить, что ни одна новня присадка или масло не стандартизируются и не принимаются на снабжение до тех пор, пока не пройдут цикл указанных стандартизированных моторных испытаний с удовлетворительной оценкой.

За рубежом в исследовательских целях определение от­ дельных функциональных свойств новых образцов смазоч­ ных масел или присадок к ним, помимо моторных испытаний на одноцилиндровых экспериментальных двигателях, произ­ водится и на лабораторных безмоторных установках. Широ­ кое распространение получили безмоторные установки для оценки способности масел к образованию лаковых отложе­ ний, коррозии, осадков и других качественных показателей при относительно высокой температуре и окисляемое™ ма­ сел. Ниже описаны некоторые основные лабораторные ме­

Макки и Фритца является медная полоса, нагреваемая подо­ гревателем мощностью 200 вт, на которой укреплена сталь­

пластинке имеется сетчатый распределитель, в который подаетсямасло, равномерно распределяющееся по всей ширине пла­ стинки. Все устройство наклонено под углом 8,5° к горизонту. Плунжерный насос со скоростью 18 подач в минуту обеспечива­

47

ет прокачку через пластинку 0,7 г масла в минуту. С нижней стороны пластинки масло стекает в стакан, откуда через сет­ чатый приемник забирается плунжерным насосом для пов­ торной подачи.

Таким образом, масло в количестве 150 мл в течение шести часов циркулирует по нагретой до 250° С пластинке, после чего ее снимают и сушат 8— 10 часов, затем очищают

собратной стороны, взвешивают, устанавливают в прибор и

втечение шести часов продолжают испытание. 'По оконча­ нии второго цикла испытаний пластинку вторично сушат и взвешивают. Качество масла оценивается по величине при­

веса пластинки, характеризующего количество образоваз-* шихся отложений.

2.Английский метод оценки стабильности масел. По этому методу испытуемое масло окисляется в контакте с кис­ лородом воздуха, при 250° С. iB окисленном масле определя­

грязнение смазочных масел в двигателе, разработана К- Е. Витком и др. Сущность метода заключается в окислении масла в присутствии катализаторов (сталь, медь, медно-свинцовая пластина, бромистый свинец и т. д.) при контакте с возду­ хом. Лакообразование на стальной пластинке определяется в виде разности веса после промывки легким лигроином, хлороформом и другими растворителями, а также по коли­ честву осадков в окисляемом масле.

Пробу масла в количестве 160 м3 помещают в стеклян­ ную трубку с наружным диаметром 45 мм и длиной 42 мм. Отрезок стальной трубки с внутренним диаметром 1 см, на­ ружным 1,3 см и длиной 14 см помещают в центре стеклян­ ной трубки и поддерживают на стеклянном штативе, при­ крепленном к трубке для подвода воздуха. В верхнем конце стальной трубки помещают плоский кусок металла из под­ шипникового сплава, который удерживается при помощи медной булавки. Размер куска металла регулируется таким образом, чтобы он давал отложение, наблюдаемое в двига­ теле. Аппарат помещается в термостат. В целях удаления пыли воздух при постоянном давлении пропускается через фильтр из пористой глины. В этих условиях происходит окисление масла в течение 36 часов. Оценочными парамет­ рами являются коррозия, осадок и приращение вязкости' окисленного масла.

ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ МОТОРНЫХ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

Этот метод разработан венгерским ученым проф. М. Фройндом. Сущность его заключается в окислении смазоч-

48

ново масла три относительно высокой температуре и оценке степени старения масла за период опыта. Испытуемое масло в количестве 150 г нагревают до 80 ± 2° С. Главной состав-1 ной частью нагревающего аппарата является съемная поли­ рованная с двух сторон трубка из нержавеющей стали со стенками толщиной от 0,5 до 1 мм, длиной 350 мм и внутрен­ ним диаметром 30 мм, которая закреплена в масляной бане и имеет нагревательный элемент, обеспечивающий нагрев

ющуюся. со скоростью 1000 об/мин, поступает в съемную трубку. Равномерно распределяясь по горячей внутренней* поверхности испытательной трубки, оно стекает вдоль нее обратно в емкость. Скорость циркуляции масла 0,7 г/мин, продолжительность испытания 12 часов. Проходящий по ис­ пытательной трубке воздух способствует быстрому и равно­ мерному окислению масла в тонком слое. Оценочными показателями качества масел после окончания испытания являются: а) количество лаковых отложений, определяемое по привесу испытательной трубки; б) испаряемость масла; в) увеличение вязкости, коксуемости и кислотного числа окисленного масла.

Указанные лабораторные методы оценки качества сма­ зочных масел преследуют цель отбора наиболее эффектив­ ных образцов масел и присадок по функциональным свой­ ствам и доведения их до требуемого уровня, предполагая дальнейшую проверку их в условиях работы двигателя. По­ лезность объективных лабораторных методов испытаний состоит также в их применимости для оценки масел или при­ садок с неизвестной эксплуатационной характеристикой. Основной задачей при разработке лаборатарных методов оценки качества масел является создание режима, дающего возможность корреляции с результатами моторных испыта­ ний. Однако лабораторные методы оценки эксплуатационных свойств 1'масел и тем более их классификация без проведения моторных испытаний не могут быть окончательными.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ В СССР

До настоящего времени в Советском Союзе оценка ка­ чества смазачных масел и присадок к ним производится по следующей схеме:

1. Лабораторный анализ для определения физико-хими­ ческих свойств смазочных масел согласно требованиям ГОСТа. Этот этап позволяет определить отдельные свойства при исследовательских работах, в процессе производства