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

Г Л A B А I

ОБЗОР РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ СРАБАТЫВАКМОСТИ ПРИСАДОК В ФИЛЬТРАХ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ МАСЛА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Вначальный период развития двигателестроения приме­ няемые адсорбционные частичнопоточные фильтры тонкой очистки масла можно было считать вполне совершенными. Они не только задерживали мельчайшие механические при­ меси, но и продукты загрязнения, попадающие в масло из> камеры сгорания, а также первичные продукты окисления самого масла.

Всвязи с развитием конструкций двигателей условия работы смазочного масла становились все тяжелее и, нако­ нец, наступил такой момент, когда масла, даже прошедшие самые совершенные методы очистки, стали неудовлетвори­ тельно работать в двигателях. Сокращение повышенного износа трущихся деталей двигателя, а также увеличение

свойствам присадки разделяются на присадки монофункцио­ нального и полифункционального действия. Моющие при­ садки, используемые в качестве компонентов современных композиций присадок в моторных маслах, являются поверх­ ностно-активными веществами, способными адсорбироваться на границе раздела масло—твердое вещество. При прохож­ дении масла с присадками через фильтр тонкой очистки элемент фильтра задерживает на себе значительную часть присадки. Это объясняется тем, что сам фильтрующий эле­ мент имеет довольно развитую адсорбционную поверхность.

Одним из первых исследователей, обратившим внима­ ние на то, что фильтрующий материал выбирает заметную часть присадки из масла, был американский ученый Мак Дональд. Еще в 1939 г. в своей статье [1] автор показал,

9

что свежий масляный фильтр из фулеровой земли удаляет

присадок в фильтре тонкой очистки масла непосредственно

Наблюдая за состоянием масла с присадкой в процессе работы его на реальном двигателе, Нутт установил (рис. 1), что в начальный, период работы (в течение 75 я) содержа­ ние твердых, частиц в масле сильно увеличивается.

Приблизительно через 75 я работы двигателя эффект действия присадки стал уменьшаться, что видно по резкому уменьшению примесей в масле, объясняемому отсутствием необходимого количества стабилизатора. Примеси, выпавшие цз. масла, задерживались фильтром вплоть до его насыще­ ния, имевшего место после 200 я работы. После забивки фильтра вновь наблюдалось увеличение примесей в масле. Как видно из результатов испытаний, срок службы мою­ щего соединения был коротким.

Ввиду того, что воспроизводимость результатов при использовании загрязненного масла достигалась с трудом из-за различной способности углеродистых частиц адсорби­ ровать присадки, содержащиеся в масле, автор исследова­ ние адсорбционных свойств фильтрующих элементов про­ водил в основном на лабораторном стенде.

При этих испытаниях чистое (неработавшее) масло,со­ держащее присадки, подогревалось до температуры 71,1°С. Затем подогретое масло прокачивалось по системе через ■фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки при пере­ паде давления 20 ф. дюйм2 в течение 100 я. В процессе ис­ пытания периодически отбирались пробы масла из системы и определялось процентное содержание присадки.

Удаление присадки фильтрами в количестве до.30% считалось допустимым. Автор также отмечает, что некото­ рые присадки особенно хорошо удаляются фильтрующим материалом из хлопчатобумажных текстильных отходов, к сожалению, не указывается, какие именно присадки.

Следует отметить, что Нутт является одним из первых -исследователей, предложившим специальную лаборатор­ ную установку для исследования адсорбционных свойств

•фильтрующего элемента. С помощью такой установки можно

•с достаточной точностью определить, какое количество при­

10

вентиль; 8—стенд'УСИН-І; 9—по­ догреватель.

В связи с тем, что адсорбционные фильтры тонкой очистки при применении присадок к маслу имеют юущественный недостаток, т. е. выбирают присадку из масла, воз­ никло мнение, что применение центробежных маслоочистителей будет свободно от указанного недостатка.

Однако Уоткинс [3] отмечает, что любой дисперсант, молекулы которого адсорбированы на сравнительно больших частицах смол, суспензированных в масле, будет удаляться при пропускании масла через механический фильтр. При этом диспёрсант выполняет свое назначение до тех лор, пока суспензированные им частицы не достигнут фильтра.

Г. Г. Зуидема [4] указывает, что при применении ми­ неральных масел без присадок адсорбционные фильтры име­ ют некоторые преимущества перед механическими. Подоб­ ное утверждение объясняется тем, что адсорбционные филь­ тры в состоянии удалять из масла весьма агрессивные раст­ воренные продукты окисления, например, корродирующие кислоты, осадки и т. д. Однако, при применении масел <;• присадками, наряду с продуктами окисления адсорбцион­

11

ный фильтр также хорошо удаляет и присадку. В данном случае очевидны преимущества механического фильтра.

Как видно, сведения, приведенные в работах [1,3, 4], носят общий характер и не показывают в каких условиях

ив каких количествах присадка адсорбируется фильтром.

Вработах отечественных исследователей изучались фак­ торы, влияющие на удаление присадок фильтрами. Так, в ра­ боте Сеничкина в 1952 г. [5] исследовались присадки, со­ держащие металлы: барий, кальций, кобальт, свинец. В’ период проведения указанного исследования в маслах со­ держание присадок не превышало 3%, апотому при иссле­ довании влияния начальной концентрации присадки на удаление последней фильтром было достаточно использовать масла, содержащие присадку в количестве не более 5%.

Всвязи с тем, что в настоящее время применяют ком­ позиции присадок, которые добавляются к маслам в больших количествах (до 20°4), представляло интерес изучить влияние

ласти фильтров для двигателей, работающих на маслах с присадками, являются фильтрующие элементы, изготовлен­ ные из специальных образцов бумаги или из материала,

ранее применявшихся, что в определенной степени отража­ ется на характере их адсорбции.

В указанной работе в качестве параметра, определяюще­ го концентрацию присадки в масле, используется содержа­ ние бария. Если учесть исследования последних лет [6], в которых растворы присадок в маслах рассматриваются как неводные электролиты, а также учитывается возможность диссоциации некоторых присадок на ионы, то вышеуказан­ ный метод определения активной части присадки должен быть тщательно обоснован.

Также неясен вопрос о влиянии температуры на вели­ чину адсорбции присадок. В работе указано, что с повыше­ нием температуры масла величина поглощения присадки фильтром увеличивается. Как известно, адсорбция является результатом двух противоположно действующих процессов: теплового движения молекул и сил притяжения молекул присадки к поверхности материала фильтрующего элемента. При повышении температуры интенсивность теплового дви­ жения молекул возрастает, благодаря чему при определен-

12

пых условиях могут быть преодолены силы притяжения. Снижение величины адсорбции под влиянием повышения температуры является общепринятым методом идентификации

(физической адсорбции.

В научно-техническом отчете АзНИИ НП им. Куйбы­ шева [7] в разделе „Срабатываемость и фильтруемость масел

Исследования проводились на стандартном лабораторном

•стенде для испытания масляных насосов и фильтров — УСИН-1, схема которого представлена на рис. 2. Объектом испытания являлось дизельное летнее масло и присадки

13

АзНИИ-7 и ЦИАТИМ-339, а также фильтрующий элемент типа АСФО.

Режим работы установки был подобран таким, чтобы ус­ ловия работы масла в установке соответствовали средним эк­ сплуатационным условиям работы масла в реальной двигате­ ле. При этом изменялись лишь условия фильтрования.

Изменение концентрации присадок в масле контролиро­ валось по изменению содержания бария, которое определя­ лось спектральным методом.

В табл. 2 представлены результаты проведенных испы­ таний, при анализе которых было установлено:

1) снижение концентрации присадок АзНИИ-7 и ЦИАТИМ339 одинаково, 2) влияние смачивания фильтра тонкой очистки незначи­

тельно, но сухой фильтр задерживает большее количество присадки, чем предварительно смоченный, 3) примерно через- 5 я работы установки наступает стабилизация концентрации

влияние начальной концентрации присадки на изменение ее величины в процессе работы двигателя. Испытаниям|подвер-

рациях присадки падение концентрации при работе масла в двигателе примерно одинаковое. Помимо того, для реально­ го двигателя имеет место большая величина падения кон­ центрации присадки, чем на стенде.

На основании проведенного исследования были сделаны следующие выводы.

1.Наиболее интенсивно снижается концентрация присадки

вмасле в первые 5—6 я работы двигателя.

2.Снижение концентрации присадки на работающем двигателе достигает значительной величины (приблизитель­

но 50%).

3. Значительная доля расхода присадки приходится на фильтр тонкой очистки (типа АСФО) и потому следует счи­

14

стендовых условиях. Масло прокачивалось на двигателе

представлена количественная сторона срабатываемости при­ садки, неясным остается влияние фильтрующего элемента на вышеуказанный процесс.

Кроме того, при таких частых доливах (не указывается количество доливаемого масла) трудно судить об изменении концентрации присадки в масле.

В связи с вышеизложенным, представляло интерес изу­ чить процесс выделения активной присадки из .масла непосредствено на фильтрующем элементе.

ками исследуют процесс срабатываемости присадок в филь­ трующей аппаратуре на лабораторном стенде. Было устано­ влено, что присадки моющие, пассивирующие, а особенно многофункциональные задерживаются не только адсорбци­ онными фильтрами. Несколько меньшее, но все-таки замет­ ное выделение присадки наблюдается при применении

Для подтверждения лабораторных исследований авторами были проведены моторные испытания. На двигателе ЯАЗ-204 в стендовых условиях прокачивалось масло Дп-11 с присад­ кой ЦИАТИМ-339.

На рис. 5 представлено изменение содержания указан­ ной присадки в зависимости от времени работы двигателя,

15

а также от типа фильтрующей аппаратуры тонкой очистки

т. е. смолы, оксикислоты, карбены и другие продукты окис­ ления и термического разложения масла. Основную же часть (более 50%) отложений ЦМО составили неорганичес­ кие вещества.

В отчете указывается, что снижение концентрации при­ садки происходит вследствие: а) расхода присадки на нейТ' рализацию кислых продуктов как образующихся в процессе окисления масла, так и возникающих в результате воздей-

16

ствия продуктов сгорания топлив; б) адсорбции присадки на частицах дисперсной фазы продуктов старения масла, с последующей задержкой последних фильтром тонкой очистки масла или центрифугой; в)

частичной адсорбции присадки поверхностью деталей двига­ теля, в том числе масляными фильтрами.

На дизельном двигателе Ч 10,5/13 в ЦНИДИ проводи­ лись стендовые 150-часовые испытания для изучения изме­ нения содержания присадок в ЦМО и в фильтре тонкой очистки. Результаты испытаний представлены на рис. 6 и 7.

По данным ЦНИДИ при указанных испытаниях суммар­ ное количество присадки, обнаруженное в отложениях,

взятых с фильтра и с ротора центрифуги не превышает

13,б°/„.

К. К. Папок в книге [11] описывает исследования влия­ ния различных факторов на процесс срабатываемости при­ садок.

Для проведения указанных исследований была исполь­ зована безмоторная установка, имитируюнЗШГСй;СТёW см'ЙЗкй''

реального двигателя. На такой установке представлялось возможным изменять условия работы масел с присадками в необходимом интервале. Так, например, при исследовании влияния температуры на процесс срабатываемости присадок на указанном стенде масло нагревалось до температуры 40,

Влияние температуры масла на удаление присадки

80 и 10СГС. Давление масла перед фильтром—2 кгісм?. При­ менялся масляный фильтр тонкой очистки типа АСФО-2 Испытанию подвергалось маслоАК-6 с 3% присадки, содер­ жащей свинец. Изменение начальной концентрации при­ садки (по ее основанию) имеет место при всех температурах масла, циркулирующего в системе. В результате проведен­ ного исследования было установлено, что при повышении температуры масла скорость адсорбции увеличивается (табл.4).

При исследовании влияния фильтрующего материала на том же стенде испытывались различные стандартные фильт­ ры: АСФО-1, щелевой, бумажный и из минеральной ваты. Моторное масло с кальциевой присадкой фильтровалось на установке в течение 50 ч. Ввиду того, что фильтрующиематериалы имеют различную адсорбционную способность, фильтр из минеральной ваты выбрал 41% присадки, бумаж­ ный фильтр—35%, а АСФО-1—29%.

Влияние продуктов старения и загрязнения масла, ис­ следованное на лабораторном стенде, наглядно представлено на рис. 8.

Исследуя влияние фильтрации масла на удаление неко­ торых присадок, К. К. Папок указывает, что различные присадки срабатываются не одинаково. На безмоторной установке через фильтр АСФО-3 прокачивалось масло МТ-16

.с присадками на бариевой, кобальтовой и кальциевой осно­ вах. В результате было установлено, что больше всего сра­

■18