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

Полученные данные свидетельствуют о том, что, про­ цесс поглощения присадки фильтрующим материалом пред­ ставляет собой физическую адсорбцию, т. к. известно, что при химической адсорбции изменение температуры процес­ са не влияет на количество адсорбированного вещества.

С целью получения удельных характеристик адсорбци­ онной способности фильтров, пригодных для сравнения; фильтрующих элементов различных габаритов, данные рис. 41 были обработаны согласно зависимости (40) для равных 5, 10, 15 и более часам циркуляции масла через фильтр в-

зависимости от температуры масла. Полученные результаты представлены на рис. 43 в виде пучка кривых.

Для того, чтобы охватить все промежуточные значения величины удельной адсорбции присадки в зависимости от времени циркуляции масла и его температуры, была подоб­ рана эмпирическая формула вида:

79

также отклонения расчетных данных от опытных. Как вид­ но, наибольшее отклонение не превышает 3,7%, что обес­ печивает получение данных с вполне достаточной для прак­ тики точностью.

На рис. 43 видно, что нежелательная адсорбция приса­ дки товарными фильтрующими элементами может быть значительно уменьшена и даже доведена до нулевого зна­

80

мерность, связывающая величину удельной адсорбции с температурой масла и временем его циркуляции через фи­ льтр. Однако в связи с тем, что в условиях эксплуатации концентрация присадки СБ-3 при попадании s масла в ФТО может принимать меньшие значения по причинам, не свя­ занным с ее адсорбцией на элементе ФТО, представляло интерес исследовать влияние температуры фильтрации мас­ ла на адсорбцию присадки при меньших значениях ее на­ чальной концентрации. На рис. 44 представлены результаты опытов для масла с 14, 10, 6 и 2% концентрациями присадки СБ-3

Полученные данные свидетельствуют о том, что харак­

В отечественных кар­ бюраторных автодвигателях отношение веса масла в системе к весу фильтрую­ щего элемента выполнен­ ного из картона (Р-1, Р-2, Р-3, ДАСФО-ЭФА-1) колеб­ лется от 13,5 до 27,5 (см. табл. 12), а у дизелей от 25 до 58,2. Этот показатель может существенным обра­ зом отразиться на величине адсорбции присадки, поэто­ му его влияние было экспе­ риментально исследовано. На малой установке было проведено 4 опыта. Во всех опытах в систему заправля­ лось 250 г масла АС-6 (НКЗ) + 10% СБ-3. Вес же фильтрующего элемента в каждом из 4-х опытов сос-

тавлял: 4,15; 8,1; 11,99 и 16,17 г картона. Благодаря этому в опытах обеспечивалось отношение веса масла к весу фильтрую-

G

щего элемента —- от 15,5 д о 60. Таким образом, практически Оф

методике определялась концентрация присадки в масле.

средний получен пересчетом из первого при помощи градуи­

водит к увеличению равновесной концентрации присадки. На основании полученных данных можно сделать следую­ щие выводы.

1. Отношение — влияет на равновесную концентрацию

Gф

присадки в масле после взаимодействия с фильтрующим материалом.

2. Увеличение — приводит к уменьшению падения кон-

Gф

центрации присадки вследствие адсорбции ее ФТО.

Р а з д е л II

О НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЯХ ДИНАМИКИ СОРБЦИИ ПРИСАДОК В МАСЛЯНЫХ ФИЛЬТРАХ

В описанных в предыдущем разделе опытах исследова­ лось влияние каждого из эксплуатационных факторов. В связи с этим исследуемому параметру придавались различ­ ные, но вполне определенные для каждого опыта значения. Таким образом, в течение всего опыта исследуемый пара­

82

метр имел постоянную величину от начала поглощения присадки до установления ее равновесной концентрации. Полученные данные не позволяют в явной форме предста­ вить себе адсорбцию при изменении исследуемого параметра в процессе одного опыта. Между тем такой случай возмо­ жен в практике эксплуатации двигателей внутреннего сго­ рания. Так, например, температура масла в ФТО при изме­

через фильтр будет продавливаться масло с концентрацией присадки меньшей, чем равновесная для данного насыщения фильтрующего материала.

маслом, концентрация присадки в котором меньше чем рав­ новесная.

§ 1. Непрерывная адсорбция присадки при переменной температуре

На лабораторной установке с натурным фильтром Р-1 был проведен следующий опыт по адсорбции присадки из масла АС-бНКЗ+10% СБ-3. Вначале температура масла поддерживалась равной 38°С на протяжении 10 я циркуля­ ции, необходимых для установления равновесной концент­ рации. Затем регулирующий температуру контактный тер­ мометр термостата обогрева системы устанавливался на

тарировочной кривой С = f (о) определялись концентрации присадки СБ-3 в масле в соответствующих пробах. На рис. 46 представлены результаты указанных опытов в виде кри­ вых а = /( т ) и С = / 1(т). Как видно, вначале при £М= 38°С наблюдается, уже отмечавшееся, уменьшение концентрации присадки в масле, вызванное поглощением ее в ФТО, вплоть

83.

До 2,9%. Затем достаточно было начать прогрев масла в системе, как начался процесс увеличения концентрации при­ садки в масле, т. е. при увеличении температуры наблюда­ лась десорбция адсорбированной при температуре 38°С присадки с фильтра. Повышение температуры до 140°С приводит к возвращению в масло всей присадки, адсорби­ рованной фильтром. Таким образом, процесс адсорбции при­ садки при изменении температуры носит обратимый харак­ тер: при понижении температуры присадка адсорбируется на фильтре, а при повышении—десорбируется с фильтра.

На основании результатов опытов, описанных в первом раз­ деле настоящей главы, можно сделать вывод, что при мень­ ших начальных концентрациях присадки в масле также будет наблюдаться десорбция ее с фильтра при повышении

го времени многие испытатели, указывая определенную для каждого типа фильтра величину поглощения, а как дина­ мический, скорость и направление которого в эксплуатации могут изменяться в широком диапазоне.

84

§ 2. Случай десорбции присадки из насыщенного ею фильтра в раствор масла с концентрацией меньшей, чем равновесная для фильтра

Этот случай, как уже указывалось, не менее Еажен, чем только что описанный. Действительно, при работе двигате­ ля присадка, находящаяся в масле не только адсорбируется

присадкой фильтрующий элемент типа Р-1, причем для на­ сыщения фильтра использовалось масло АС-6НКЗ с 10% присадки СБ-3. Затем после установления равновесной кон­ центрации присадки, масло из системы было удалено, а вместо него в систему было заправлено масло без присад­ ки. Таким образом, через фильтр, насыщенный присадкой, осуществлялась прокачка исходного масла, вообще не со­ держащего присадки. Условия испытания были такими же, как в предыдущем опыте, за исключением температуры, которая поддерживалась на уровне 80°С. Полученные ре­ зультаты представлены на рис. 47: слева в виде изменения поверхностного натяжения масла в системе, справа—в виде изменения величины концентрации присадки в масле. Ниж­ няя кривая левого графика и верхняя кривая правого гра­ фика относятся к процессу насыщения нового фильтра при­ садкой из масла АС-бНКЗ+10% СБ-3, другие два графика — к процессу, происходящему при прокачке через насыщен­ ный присадкой фильтр чистого масла. После наступления равновесия концентрация присадки, оставшейся в масле, составила 4%. Следовательно, фильтр адсорбировал 6%. Когда же через фильтр с присадкой началась циркуляция масла без присадки, то, как показывает нижняя кривая на правом графике, присадка из фильтра начала вытесняться в масло. Примерно через 2 я циркуляции установилась рав­ новесная концентрация присадки в масле 2,7%. Следователь­ но, в самом фильтре осталось 3,3% СБ-3, т. е. распределение концентраций присадки между адсорбционным слоем и ра­ створом составляет:

ЛГ= — = 1,22.

2,7

Если обратиться к графику рис. 34. на котором пред­ ставлены изотермы адсорбции присадки фильтром Р-1 при

85

различных начальных концентрациях, то можно увидеть, что при адсорбции присадки из 6 % раствора ее в АС-6 све­ жим фильтром коэффициент распределения имеет большее значение. Не вдаваясь в детали этого вопроса, который мог бы явиться объектом самостоятельного исследования, можно констатировать, что при падении концентрации присадки в масле ниже равновесной, присадка, поглощенная фильтром частично десорбируется в масло до тех пор, пока вновь не наступит равновесие. Таким образом, фильтр может рассма­ триваться как известного рода аккумулятор присадки, кото­ рый в начальной стадии циркуляции масла (до установления равновесной концентрации) поглощает присадку, а затем по мере падения ее в масле выделяет присадку.

Рис. 47. 1—не работающий фильтр Реготмас; 2—фильтр Реготмас, на­ сыщенный присадкой в предыдущем опыте.

Однако из этого не следует делать ошибочного вывода о том, что благодаря описанному явлению присутствие силь­ но адсорбирующего присадку фильтра в двигателе не яв­ ляется отрицательным фактом.

Действительно, адсорбция присадки ФТО приводит к уменьшению ее количества в масле. Благодаря этому при постоянном распределении присадки между маслом и под­ лежащими стабилизации примесями количество ее, адсор­ бированное на последних, падает. Следствием же недостатка моющей присадки является низкая стабильность дисперсной системы: масло —примеси. Применение же не адсорбирую­ щего присадку фильтра позволило бы при одинаковой ее начальной концентрации увеличить стабильность системы за счет большего количества присадки, адсорбирующегося на примесях или получить ту же стабильность системы при меньшей начальной концентрации.

8 6

Р а з д е л ІИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ ПРИСАДКИ ФИЛЬТРАМИ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ НА ДВИГАТЕЛЕ ГАЗ-51

Учитывая положительное влияние повышения тем­ пературы на десорбцию присадки с фильтра было принято решение о проверке этого вопроса непосредственно на дви­ гателе. Результаты данной работы изложены в настоящем разделе.

§ 1. Влияние температуры масла в корпусе ФТО на отфильтровывание присадки при заводской регулировке элементов масляной системы двигателя

Как показывает название данного параграфа, поставлен­ ная задача решалась применением в одном случае обогрева, а в другом—охлаждения корпуса ФТО масла, при неизмен­ ной заводской регулировке элементов масляной системы двигателя, в том числе редукционных клапанов.

Было проведено два 150-часовых испытания масла АС-бНКЗс 10% СБ-3 на двигателе ГАЗ-51 в стендовых усло­ виях. Каждое испытание состояло из пятидесяти 3-часовых этапов. В каждом этапе поддерживался следующий режим.

После каждого этапа двигатель останавливался на 10 мин для осмотра. Долив масла по мере его угара производился через каждые три этапа до метки на щупе в картере. При первом испытании температура масла в корпусе ФТО под­ держивалась на уровне 20°С, во втором —120°С. Для этой цел , стандартный корпус фильтра был оборудован жидкост­ ной рубашкой, через которую при помощи ультратермостата ТС-24 прокачивался этиленгликоль. Ультратермостат обеспе-

87

чивал поддержание требующейся температуры с высокой точностью. При холодном режиме работы фильтра к ультра­ термостату подключался дополнительный холодильник.

Испытания проводились на одном и том же двигателе, прошедшем предварительную обкатку. После окончания ис­ пытаний двигатель разбирался для микрометража и оценки склонности масла к образованию лаковых отложений и на­ гаров.

В связи с тем, что испытанию подвергалась присадка моющего типа, ожидаемый эффект от прогрева фильтра в первую очередь предполагалось обнаружить по разнице в количестве и характере отложений на поршнях двигателя.

Однако, вопреки ожиданиям, в обоих испытаниях были получены примерно одинаковые результаты. Этот факт на­ ходится в противоречии с общеизвестным положением физи­ ческой химии о том, что при физической адсорбции повыше­ ние температуры среды приводит к уменьшению количества адсорбируемого вещества. Интересно отметить, что анало­ гичные результаты были полу чены для другой присадки в уже упоминавшейся работе М. А. Сеничкина [5]. Указанный автор предполагал, что интенсификация процесса отфильтровывания присадки при повышении температуры происходит за счет улучшения диффузии растворенной в масле присадки к поверхностям фильтрующей среды и частично за счет термического разложения присадки.

В связи с изложенным было необходимо разобраться в возникшем противоречии и дать ему объяснение, подкреп­ ленное опытными данными.

Проведенные испытания носили сравнительный характер, при которых, как известно, воспроизводимость получающихся результатов зависит от идентичности поддержания пара­ метров режима испытания. В практике сравнительных испы­ таний известны случаи, когда отклонение в одном из пара­ метров режима работы двигателя приводило к резко разня­ щимся результатам испытаний одного и того же образца. К числу таких параметров следует отнести нагрузку двигателя, число оборотов коленвала в минуту, температуру охлаж­ дающей воды, масла и ряд других. В связи с тем, что в обоих испытаниях применялось одно и то же масло АС-6НКЗ + + 10% СБ-3, а режим испытания отличался только величи­ ной температуры масла в корпусе ФТО, в качестве кон­ трольных параметров для проверки идентичности режима были выбраны температура масла и его расход. На рис. 48 представлен график изменения указанных показателей в зависимости от времени работы двигателя. Анализ приведен­ ных данных показывает, что несмотря на автоматическую систему поддержания температуры масла в картере двигателя, сохранить высокую идентичность поддержания этого пара­

8 8