книги из ГПНТБ / Башаев В.Е. Потери присадок в автомобильных фильтрах тонкой очистки масла

метра в процессе обоих испытаний не удалось. Действительно на протяжении 20 я работы двигателя от начала и 40еот конца испытаний температура масла в картере при горячем фильтре значительно ( до 30°С) отличалась от таковой при испыта­ ниях с холодным фильтром. То есть'в течение 40% времени температура масла в двух испытаниях отличалась на 15—30%, что не могло не отразиться на результатах в сторону уве­ личения отложений при горячем фильтре. Что касается долива свежего масла, то здесь при холодном фильтре в процессе всего испытания было долито свежего масла 21 кг,. а при горячем фильтре—16,5 кг, т. е. почти на 25% меньше.. Это также должно было отразиться на увеличении загрязне­ ний в двигателе при горячем фильтре.

Рис. 48. 1—испытание с подогреваемым фильтром; 2—испытание с ох­ лаждаемым фильтром.

Резюмируя изложенное, можно констатировать, что в данном случае одной из причин несовпадения результатовмоторных испытаний и на безмоторном стенде является не­ достаточно хорошее соблюдение идентичности режима работы. двигателя в моторных испытаниях.

Для решения поставленной задачи были проведены еще два сравнительных испытания продолжительностью по 45 я. В целях устранения отмеченных выше недостатков в этих испытаниях вместо переменного режима был использован постоянный режим работы двигалеля, аннулирована про­ межуточная разборка и сборка двигателя между испы­ таниями, сокращена общая продолжительность испытания и вместо масла АС-6 было использовано масло Д-11. Для удоб­ ства обслуживания двигателя были сохранены 3-часовые этапы, в которых только первые и последние 15 мин дви­ гатель работал на холостом ходу (прогрев и охлаждение мотора), а остальные 2,5 я на постоянном режиме:

п= 1600 обIмин, N = 40 л. с.,

89'

уровне 18°С, горячего—на уровне 130°С.

В связи с тем, что для обеспечения максимальной иден­ тичности условий испытания была исключена промежуточная переборка двигателя и сокращена продолжительность его работы, в качестве показателя отфильтровываемое™ присад­ ки из масла, как и в опытах на безмоторной установке,

использовали изменения величины поверхностного натяжения масла, по которым при помощи градуи­ ровочной кривой (рис. 49) опреде­ лялись изменения концентрации присадки в функции времени испы­ тания. Для большей достоверности результатов были определены так­ же моющие свойства по методу ПЗВ (ГОСТ 5726-53) свежего масла Д-11 -г Ю% СБ-3, а также конеч­ ных проб после 45-часовых испы­ таний с холодным и горячим филь­ тром. Полученные результаты пред­

ставлены в табл. 24. Из последней Рис. 49. Масла Д—11 (бак), видно, что при горячем режиме

присадки СБ-3.

величина поверхностного натяже­ ния масла за 45 ч работы мало изменяется, а моющие свойства по методу ПЗВ у конечной

пробы масла оцениваются в 1 балл.

При испытаниях с холодным фильтром зафиксировано большее повышение поверхностного натяжения масла в кар­ тере, что свидетельствует об уменьшении концентрации присадки. Это подтверждается также результатами оценки моющих свойств на установке ПЗВ конечной пробы масла. Однако и в этих испытаниях, несмотря на низкую темпера­ туру, не наблюдалось извлечения присадки фильтром в таких размерах, как это имело место на безмоторной установке. Действительно, о = 30,3 данкм для конечной пробы согласно графика рис. 49 соответствует содержанию присадки в масле, равному 6,8%, обеспечивающему моющие свойства в 2,5 бал­ ла. В опытах нее на безмоторной установке при 20°С было получено соответственно 1,8% СБ-3, что соответствует 4,3 балла по методу ПЗВ при испытании масла АС-6НКЗ + 10% СБ-3.

Детальный анализ обнаруживаемого расхождения в ре­ зультатах безмоторных и моторных испытаний позволил предположить, что, по-видимому, основной причиной его яв­

90

ляется уменьшение расхода масла через фильтр с пони­ жением температуры. Напомним, что в обоих опытах на дви­ гателе расход масла через ФТО не контролировался, а оп­ ределялся величиной давления, на которое был отрегули­ рован редукционый клапан масляного насоса. Следовательно, снижение температуры масла в корпусе ФТО приводит к возрастанию гидравлических сопротивлений, что в свою очередь вызывает уменьшение расхода масла через фильтр при неизменной регулировке открытия редукционного кла­ пана.

Температура масла в корпусе фильтра во время испытания—130°С

Длительность испытания — 45 ч

Масло: Д -11 (бак.) + 1096 СБ-3

Понижение расхода масла через фильтр приведет к уменьшению скорости адсорбции присадки.

С целью выяснения степени влияния температуры масла в корпусе ФТО на расход были произведены специальные измерения на двигателе ГАЗ-51.

§ 2. Экспериментальное изучение зависимости расхода масла через фильтр от его температуры

На рис. 50 представлена схема, согласно которой дви­ гатель ГАЗ-51 был оборудован аппаратурой для измерений расхода масла через ФТО и для автоматического поддер­ жания его температуры.

Из последней видно, что для измерений расхода помимо объемного (ротаметром) использовался также весовой метод.

91

Нагрев масла и поддержание температуры в корпусе фильтра,, как и раньше, осущеставлялось при помощи ультратермо­ стата ТС-24. Результаты измерений расхода масла через ФТО в зависимости от числа оборотов коленвала двигателя для

пяти различных температур представлены на рис. 51 в видесемейства кривых. Из последних следует, что расход масла через ФТО на серийном двитателе ГАЗ-51 с заводской регу­ лировкой редукционного клапана масляного насоса при изме­ нении температуры масла в корпусе ФТО от 20 до 130°С изменяется в 2,9—4 раза в зависимости от числа оборотов коленвала двигателя. Попробуем приблизительно учесть, влияние этого фактора на величину адсорбции присадки фильтром.

При емкости картера двигателя и корпуса ФТО соответ­ ственно: ö x= 5 кг, Ѳф— 1 кг масла и длительности испытания

92

-t = 45 я при температуре масла У= 20°С и п = 1500 об/мин через ФТО будет всего прокачено масла:

разногласие между результатами испытаний на безмоторном стенде и на двигателе является кажущимся, а процесс отфильтровывания присадки как .в том, так и в другом случае подчиняется основным закономерностям физической адсорб­ ции поверхностно-активного вещества.

Для окончательной проверки влияния температуры на адсорбцию присадки в фильтре было проведено еще два испытания на двигателе, в которых расход масла через фильтр поддерживался одинаковым независимо от величины ■температуры. Об этом сказано в следующем параграфе.

На выявленную в опытах зависимость расхода масла через ФТО от его температуры в серийном двигателе следует

93

обратить особое внимание также с точки зрения эффектив­ ности фильтрации. Действительно, одновременно с умень­ шением расхода картерного масла через ФТО будет падать общее количество удаляемых последним загрязнений. Если считать, что между вышеуказанными величинами существует линейная зависимость, то в рассмотренном случае степень очистки масла может уменьшаться до четырех раз, что самым отрицательным образом будет сказываться на долго­ вечности и надежности двигателя. Поэтому термостатируемый обогрев ФТО помимо уменьшения (или ликвидации) погло­ щения присадки фильтрующим элементом, позволит также интенсифицировать степень очистки картерного масла.

§ 3. Влияние температуры фильтрации на удаление при­ садки из масла при постоянном расходе его через корпус фильтра на двигателе ГАЗ-51

Как уже указывалось, основная задача описанных испы­ таний заключалась в подтверждении непосредственно на двигателе установленного ранее факта сведения к минимуму адсорбции присадки ФТО масла путем местного нагрева егодо предельней практически допустимой температуры.

На рис. 52 представлена схема внешней масляной системы двигателя, которая позволяет обеспечить постоянный расход масла через ФТО независимо от его температуры и поддер­ живать необходимую температуру масла в фильтре в про­ цессе испытания независимо от его температуры в картере.

Из схемы видно, что постоянство расхода масла дости­ гается при помощи дополнительного маслонасоса 17 с авто­ номным электроприводом 18. Установка требуемого расхода масла осущестствляется при помощи байпаса 15 и рота­ метра 11. Кроме того, предусмотрена возможность опреде­ ления объемного и весового расхода масла через фильтр при помощи трехходового крана 2 и мерного цилиндра 3. Термостат А предназначен для подогрева корпуса ФТО и поступающего в него масла при горячем испытании и для охлаждения их при холодном испытании. В последнем случае к термостату подключалось дополнительное охлаждающее устройство. Назначение термостата В заключалось в возвра­

происходит независимо от системы смазки двигателя. Режим работы двигателя был постоянным на всем протяжении ис­ пытания и характеризовался следующими показателями:

и = 2000 об/мин,

N = холостой ход,

94

^масла в — 60 С, картере

^воды = 60°С.

Всего было проведено три испытания:

1)температура масла в ФТО—120°С,

2)температура масла в ФТО—20°С,

3) из корпуса ФТО был удален фильтрующий элемент, а температура масла в корпусе ФТО поддерживалась на уровне — 120°С.

Во всех случаях применялось масло АС-6 + 10% СБ-3, а

вкачестве топлива использовался бензин А-72. Длитель­ ность каждого испытания составляла 15 ч. Расход масла через фильтр поддерживался на уровне 40 кг/ч. Сокращение про­ должительности испытаний до 15 ч, объясняется двумя при­ чинами. Во-первых, в схеме ФТО включен последовательно

вдополнительный контур, а не параллельно, как в масляной системе двигателя, благодаря чему значительно увеличилось время контактирования всей массы масла с фильтрующим

материалом, а следовательно, уменьшилось время до уста­ новления равновесной концентрации присадки в масле, опре­ деляемой адсорбцией ее на фильтре. Во-вторых, при умень­ шении продолжительности работы двигателя можно значи­

95

тельно сократить количество продуктов, появляющихся в масле вследствие окисления его и из-за прорыва газов из камеры сгорания, которые могут повлиять на величину а, используемого нами в качестве показателя содержания при­ садки в масле. Третье из испытаний как раз и предназна­ чалось для проверки влияния перечисленных выше факторов

Рис. 53. 1—температура масла в фильтре—20°С; 2—температура масла в фильтре— 120°С.

Из указанного рисунка видно, что при температуре масла в ФТО равной 20°С последний удаляет из масла 6,4% СБ-3 (моющие свойства этого масла были оценены в 2,5 балла), а при = 120°С адсорбции присадки на фильтре не происходит. Как видно эти данные весьма близки к резуль­ татам, полученным на безмоторной установке.

На основании полученных результатов можно считать доказанным непосредственно на двигателе возможность де­

Проведенное исследование, результаты которого изло­ жены в предыдущих разделах, убедительно показывает в каких больших размерах происходит удаление присадки СБ-3

96

,из масла за счет адсорбции ее элементом ФТО. Аналогичное явление имеет место и при использовании других присадок [2, 5] и объясняется это тем, что большинство известных присадок представляют собой поверхностно-активные ве­ щества с ярко выраженной дифильной структурой молекул, ■способных сосредотачиваться на поверхностях раздела фаз.

Благодаря бесполезному удержанию значительных коли­ честв присадки на фильтре для обеспечения требуемой работоспособности масла в последнее необходимо вводить присадку с запасом, что по существу и делается в настоя­ щее время. Такое положение не может быть признано эко­ номически целесообразным. Борьба с вредной адсорбцией присадок на элементах ФТО масла может осуществляться несколькими путями, например:

а) полным исключением адсорбционного фильтра из систе­ мы смазки двигателя внутреннего сгорания,

б) применением новых материалов с минимальными адсорбционными свойствами для изготовления фильтрующих элементов,

в) созданием условий работы серийно выпускаемых -отечественной промышленностью картонных элементов ФТО, при которых адсорбция присадки сводится к минимуму.

В настоящем исследовании были подвергнуты деталь, ;ному исследованию в основном два последних направления

§ 1. Использование новых фильтрующих материалов

Центральный научно-исследовательский дизельный ин­ ститут (ЦНИДИ) совместно с Всесоюзным научно-исследо­ вательским институтом целлюлозной и бумажной промыш­ ленности (ВНИИБ) проводил работу по созданию отечест­ венных высокоэффективных ФТО масла для судовых дизелей [37] . В процессе работы исследовались различные бумаги и синтетические ткани с точки зрения тонкости отсева при­

были представлены ИХП АН Азербайджанской ССР Дизель­ ным институтом для исследования их адсорбционных свойств по отношению к присадке СБ-3.

Помимо образцов ЦНИДИ для сравнения испытывался картон элемента ФТО Реготмас, металлическая (никелевая)

ными количествами исследуемых материалов, все опыты были проведены на малой лабораторной установке, схема которой представлена на рис. 54, по описанной ранее мето­

дике при стандартных условиях испытаний. На рис. 55

где Лд—удельная весовая адсорбция присадки СБ-3 при равновесной ее концентрации, в г СБ-З/г. фильтра,

7—плотность фильтрующего материала. Следовательно, взаимосвязь между адсорбционными

свойствами двух фильтрующих материалов может быть выра­ жена отношением:

98