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

Аналогичные выводы были сделаны и другими иссле­ дователями [6, 21, 22]. В двух последних работах сделана попытка дать объяснение этому явлению.

В результате большого объема исследований в лабора­ торных условиях, а также на основании стендовых испыта­ ний ИХП АН Азербайджанской ССР предложил серию ком­ позиций присадок для моторных масел различных групп современной классификации следующего состава:

Масла группы Г предназначены для двухтактных фор­ сированных дизелей (например, типа ЯАЗ-204, ЯАЗ-206) и 4-тактных дизелей с наддувом при работе также на высоко­ сернистом топливе.

Однако в 1964 г. резко изменилась ситуация и к маслам были предъявлены новые требования, отличные от тех, которые были положены в основу при разработке указанных выше композиций присадок. В частности, например, осу­ ществляются мероприятия в нефтеперерабатывающей про­ мышленности, которые позволяют вырабатывать из серни­ стых нефтей малосернистые дизельные топлива. Применение же композиций присадок в маслах, рассчитанных на защиту деталей двигателя от вредного действия сернистых соеди-

5 Присадка ДФ-11 представляет собой диалкилднтиофосфат цинка, разработана доктором техн. наук П. И. Саниным, применяется в качестве антиокислительного компонента.

39

ласти конструирования дизелей. Появились двигатели, кото­ рые по своим мощностным и экономическим показателям значительно превосходят двигатели прежних выпусков. Благодаря некоторым особенностям конструкции новых двигателей, термически напряженному рабочему процессу, а также качеству используемых материалов, смазочное

масла защищать подшипники из бронзы Каро от коррозион­ ного разрушения при высоких температурах. Концентрация и свойства компонентов в композициях присадок к маслу не должны вызывать хрупких лакообразных отложений на рабочих фасках клапанов двигателя. Исходя из этих новых задач, в 1964 г. в ИХП АН Азербайджанской ССР были разработаны новые композиции присадок к моторным маслам следующего состава:

Как показали сравнительные испытания в стендовых условиях, при работе двигателя на топливе с содержанием серы 1% масло с первой композицией присадок по своим моторным свойствам соответствует группе Б, со второй композицией—группе В, с третьей—группе Г проекта новой отечественной *классификации моторных масел. При работе на топливах, не содержащих серы, для группы В доста­ точно использовать первую композицию, а для группы Г— вторую.

Произведенный беглый обзор современных присадок и композиций, разработанных в ИХП АН Азербайджанской ССР, позволяет сделать вывод о том, что одной из наибо­ лее распространенных и перспективных присадок, приме­ няющихся как в самостоятельном виде, так и в составе композиций, является присадка СБ-3. Учитывая, что соли сульфокислот, полученные сульфированием углеводородов, являются сильными поверхностно-активными веществами и, следовательно, способны адсорбироваться на границе раз­ дела фаз (углеводородная среда—поверхность фильтрую­ щего материала), в качестве основного объекта для изуче­

4 0

Г Л А В А 4

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДОЛОГИЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ

§ 1. Анализ факторов, влияющих на взаимодействие присадок с материалом ФТО в работающем двигателе

Изучение закономерностей взаимодействия присадки СБ-3 с материалами фильтров тонкой очистки масла в прин­ ципе можно осуществлять непосредственно на двигателе, как ■это и делалось многими исследователями [23,2,8]. Однако, как показали опыты, выделить процесс взаимодействия при­ садки с фильтрующим материалом в чистом виде в работаю­ щем двигателе чрезвычайно сложно, а иногда этот процесс связан с непреодолимыми трудностями. Дело в том, что при работе двигателя на масло одновременно действует большое количество физических и химических факторов, о влиянии которых до настоящего времени еще не все из­ вестно. В противном случае исследователи, располагали бы зависимостями, которые позволяли бы расчетным путем оп­ ределить состояние (физическое и химическое) масла в любой момент времени в зависимости от условий работы его в двигателе.

Забегая несколько вперед, по результатам проделанных ра­ бот можно указать в качестве примера на влияние темпе­ ратуры масла на работу ФТО. В условиях эксплуатации температура масла в корпусе ФТО изменяется в довольно широком интервале в зависимости от ряда таких факторов, как: время года, езда за городом или в городе, степень открытия шторок радиатора, скорость движения, место ус­ тановки корпуса ФТО и др. Измерения показали, что в ряде случаев температура масла в корпусе ФТО отличается от температуры масла в картере двигателя. Разность указан-

42

пых температур является переменной величиной. Повыше­ ние же температуры масла в корпусе ФТО приводит к уве­ личению пропускной способности участка тонкой фильтра­ ции масла вследствие снижения вязкости его при неизменном давлении, регламентируемом затяжкой пружины регулирую­ щего клапана масляного насоса в двигателе. Изменение расхода масла через фильтр отражается на кинетике взаи­ модействия присадки с фильтром.

Достаточно какому-либо фактору, определяющему расход масла (качество сборки двигателя, состояние цилиндропорш­

количество ее, извлекаемое фильтром. Наконец, не следует забывать, что при работе двигателя присадка расходуется

ществами. Остальная часть присадки распределена в масле. В связи с указанным, надежная оценка взаимодействия <фильтра с присадкой по убыли последней в масле может быть осуществлена только при условии постоянства расхода ее по всем отмеченным выше направлениям. Создать же такие условия чрезвычайно трудно, хотя бы по той причине, что многие из указанных показателей расхода присадки в работающем двигателе не поддаются контролю. Более глу­ бокий анализ работы присадки в двигателе позволил бы выявить и другие причины, затрудняющие, количественную оценку взаимодействия присадки с материалом ФТО. Однако даже приведенных данных впрлне достаточно, чтобы объяс­ нить причину, вследствие которой многие исследователи ра­ боту ФТО предпочитали изучать не непосредственно на дви­ гателе, а на специальных стендах, моделирующих работу ФТО и позволяющих в чистом виде изучать последователь­ но влияние каждого из эксплуатационных и конструктивных параметров масляной системы двигателя.

Исходя из изложенного, для решения поставленной за­ дачи был спроектирован и изготовлен специальный испыта­ тельный стенд.

43

§ 2. Экспериментальный стенд для исследования процесса взаимодействия присадок с материалом ФТО

При выборе схемы экспериментального стенда учиты­ вался опыт исследователей, работавших в области филь­ трации масел. На рис. 20 приведена схема эксперименталь­ ной установки. Из заправочного бачка 8 испытуемое масло- с присадкой при помощи шестеренчатого насоса 11 подает­ ся в корпус фильтра тонкой очистки 6. Из последнего оносливается вновь в заправочный бачок 8. Для поддержания необходимой температуры масла в фильтре, нагнетаемое масло проходит через змеевик, помещенный в термостате:

Рис. 20. Экспериментальная установка с натурным фильтром: I —ротаметр» РС-5; 2—жидкостная рубашка для подогрева; 3—манометр; 4—элемент фильтра; 5—ртутный термометр; 6—корпус ФТО; 7—мерный цилиндр для за­ мера расхода масла через фильтр; 8—заправочный бачок; 9—теплоизоляция: 10—электродвигатель; 11—маслонасос шестеренчатого типа; 12—ультратер­ мостат ТС-15; 13—сливной кран; 14—кран для сброса воздуха; 15—трехходо­

вой кран; 16—перепускной кран.

ТС-15, кроме того рабочая жидкость термостата прогоня­ ется через специальную рубашку на корпусе ФТО. [Регу­ лирование и контроль расхода масла через ФТО осущест­ вляется при помощи байпаса с вентилем 16 и ротаметра 1. Температура масла в корпусе ФТО контролируется при по­ мощи ртутного термометра, установленного в центральную трубку корпуса, через которую отфильтрованное масло* удаляется из последнего. Для осуществления весового кон­ троля расхода масла через фильтр в процессе испытания на

44

.'■масломагистрали между корпусом фильтра и заправочным ■бачком установлен трехходовой кран 15. При помощи это­ го крана можно за определенный промежуток времени ото­ брать навеску масла в цилиндр 7. Температура подогрева поддерживается автоматически при помощи термостата 12.

Корпус фильтра в данной установке рассчитан на при­ менение стандартного фильтра типа Р-1 или другого анало­ гичного размера. В отдельных опытах, когда изучалось [влияние объема масла на степень извлечения присадок элементом ФТО, заправочный бачок заменялся 25-литровой емкостью. Привод насоса осуществлялся асинхронным элек­ тродвигателем 10, чем обеспечивался стабильный режим прокачки масла через ФТО. Описанная схема оказалась до­ вольно гибкой и позволила в строго контролируемых усло­ виях изучить в отдельности влияние на процесс адсорбции присадки таких факторов, как': концентрация присадки в масле, объем масла в системе, скорость циркуляции масла, температура масла, тип элемента тонкой очистки, качество базового масла и т. д. Из описания следует, что установ­ ка в гидродинамическом и тепловом отношении позволяет иммитировать работу ФТО в двигателе внутреннего сгорания.

различными методами. Самый простой из них, обычно при­ меняемый в опытах по адсорбции, заключается в простом контактировании раствора с адсорбентом, сопровождающим­ ся иногда перемешиванием, с последующим определением изменения концентрации адсорбирующегося вещества в раст­ воре после установления его равновесной концентрации. Попытки применить указанный метод при исследовании вза­ имодействия ФТО с присадками не привели к практически ‘приемлемым положительным результатам. Действительно, несмотря на длительный контакт раствора присадки в мас­ ле с навеской материала ФТО (более двух суток), не было

45

димому, объясняется тем, что принудительное движение раствора через материал фильтра обеспечивало стабильную и надежную подачу присадки к адсорбционной поверхности большинства пор материала фильтрующего элемента. В пер­ вом же случае этот процесс, очевидно, должен был осу­ ществляться за счет диффузии присадки из раствора, кото­ рая, очевидно, в условиях опыта происходила крайне мед­

ленно.

Методология проводимых опытов заключалась в сле­ дующем. На основании изучения условий работы ФТО мас­ ла в реальных автомобильных двигателях устанавливался диапазон изменения перечисленных выше параметров. За­ тем проводилась серия опытов, в которых от опыта к опы­

метра на процесс взаимодействия присадки и фильтра. Точ­ но таким же образом изучалось влияние остальных парамет­ ров.

Величина присадки, поглощаемой фильтром, оценива­ лась по убыли ее в циркулирующем масле. Для этого необ­ ходимо было выбрать метод, который позволял бы надежно оценивать концентрацию работоспособной присадки в масле. Вообще говоря, существует множество методов для опре­ деления концентрации растворенных веществ в растворах. В частности, в практике исследования масел с присадками наибольшее распространение для определения концентрации присадок получили следующие методы:

1)определение зольности масел (для зольных присадок);.

2)определение металла, входящего в состав присадок,, спектральным методом;

3)определение металла присадки полярографическим методом;

4)определение металла присадки химическим анализом;

5)применение меченных радиоактивными изотопами присадок.

В физико-химической практике для определения эле­ ментов в жидких растворах широко применяются также хромотографический, колориметрический методы, пламенная спектроскопия и др. [24, 25]. Кроме того, при работе с по­ верхностно-активными веществами в качестве чувствитель­ ной характеристики для определения их концентрации в растворе (в определенном интервале концентраций) часто используется величина поверхностного натяжения раствора на границе с примыкающей к нему фазой [26]. Присадка СБ-3, которая, как уже указывалось, является основным объектом исследования, представляет собой бариевую соль сульфокислот. Поэтому определение ее концентрации мо-

46

жет быть осуществлено либо по содержанию бария в масле, либо по какому-нибудь физико-химическому показателю1 качества масла, закономерно изменяющемуся с изменением концентрации присадки. Применение меченных присадок не рассматривалось, т. к. это связано с необходимостью иметьспециальное помещение, оборудование и соответствующей квалификации обслуживающий персонал.

Для определения концентрации поверхностно-активной присадки СБ-3, мы использовали величину поверхностного натяжения а. Этот выбор был обусловлен рядом причин, к числу которых следует отнести:

а) высокую чувствительность метода (точность опреде­

в) однозначную зависимость между моющими свойства­ ми масла (по методу ПЗВ) и о при различных концен­ трациях СБ-3.

Следует отметить также весьма примечательный факт,, обнаруженный при проведении опытов: по мере отфильтровывания присадки из масла зольность последнего, пропор­

циональная содержанию Ва, изменяется менее интенсивно, чем величина а, что видно из рис. 21.

Если придерживаться точки зрения исследователей,, утверждающих, что раствор присадки в масле может рас­ сматриваться как неводный электролит, то картине, пред­ ставленной на рис. 21, можно дать объяснение.

При диссоциации присадки СБ-3, по-видимому, на по­ верхности материала фильтра потенциалобразующими иона­

Известно [28], что противоионы только частично могут прочно удерживаться около адсорбционной поверхности. Остальная часть их диффузно распределяется в прилегаю­ щем к поверхности адсорбента слое масла. При движении

47

масла через поры фильтра с конечной скоростью часть катионов бария уносится и обнаруживается в отобранных пробах. Явления описанного типа для электролитов извест­ ны давно, ими как раз и объясняется потенциал протекания.

Для большей достоверности был поставлен дополни­ тельный опыт на малой установке (см. рис. 54) по адсорб­ ции присадки СБ-3 из масла материалом фильтра типа Р-1. В отобранных пробах масла определялись: величина поверх­ ностного натяжения о и содержание Ва методом пламенной ■фотометрии [29]. Далее при помощи зависимее™ с = / (о) определялись соответствующие концентрации присадки СБ-3.

На рис. 22 представлена зависимость показаний прибора пламенного фотометра (пропорциональная содержанию ба­ рия в фотометрируемом образце масла) от концентрации присадки СБ-3 в АС-6НКЗ, которая использовалась для оп­ ределения содержания присадки в отработанных пробах масла*1. Результаты этих опытов показаны на рис. 23.

или Ва) надежнее характеризует содержание работоспособ­ ной части моющей присадки в масле, последнее после окончания опыта на большой установке (результаты кото­ рого изображены на рис. 21) было подвергнуто испытанию

1 В опытах использовался пламенный спектрофотометр типа Spektromom 380 L венгерского производства. Перед фотометрированием пробы масла с присадкой разводились в спиртобензольной смеси в отношении 1 : 50. Условия спектрофотометрирования были следующие:

давление водорода—0,15 ати; давление кислорода—0,7 ати\ светофильтр X=825 м р; усиление— х 10.

48