Метод контроля температурной деструкции на вязкостно-температурные свойства моторных масел

При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания свойства моторных масел изменяются в основном на поверхностях трения из-за прорыва газов из камеры сгорания. Масла подвергаются окислению, температурной и механической деструкции, а также загрязнению продуктами химических реакций, протекающих на поверхностях трения. В этой связи исследование раздельного влияния продуктов этих процессов на вязкостно-температурные характеристики моторных масел – актуальная задача, позволяющая определить основные направления по улучшению их качества.

Целью настоящих исследований является установление влияния продуктов температурной деструкции на вязкостно-температурные свойства моторных масел.

Объекты и методы

Для исследования выбраны частично синтетическое моторное масло «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF» и синтетическое «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF». В ходе проведения исследований использовались средства контроля и испытания: прибор для термостатирования масел в температурном интервале от 140 до 300°С, фотометрическое устройство для прямого фотометрирования термостатированных масел, малообъемный вискозиметр [1] для определения кинематической вязкости в диапазоне температур от 40 до 130°С с увеличением температуры на 10°С. Технические характеристики приборов приведены в монографии [2].

Методика исследования заключалась в следующем: пробу масла постоянной массы 90 ± 0,1 г заливали в прибор для термостатирования и выдерживали при заданной температуре в течение 8 ч при атмосферном давлении с конденсацией паров и их отводом. После отбиралась проба для фотометрирования при толщине фотометрируемого слоя 2 мм и определения коэффициента поглощения светового потока и проба массой 85 г для измерения кинематической вязкости в диапазоне температур от 40 до 130°С. Температура термостатирования повышалась на 20°С и поддерживалась автоматически с помощью терморегулятора ТРМ 202. По значениям кинематической вязкости, измеренной при 40 и 100°С, определялся индекс вязкости [3]. По полученным данным строили графические зависимости индекса вязкости от температуры термостатирования и коэффициента поглощения светового потока, по

которым определяли влияние продуктов температурной деструкции на вязкостно-температурные свойства моторных масел.

Результаты исследований

На рис. 1 представлены зависимости кинематической вязкости от температуры измерения товарных моторных масел. Установлено, что вязкостно-температурная зависимость у синтетического масла (кривая 2) менее пологая, чем у частично синтетического (кривая 1).

Рис. 1. Зависимость кинематической вязкости от температуры измерения товарных моторных масел: 1 – частично синтетическое моторное масло «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»; 2 – синтетическое моторное масло «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF»

При исследованиях влияния температуры термостатирования на кинематическую вязкость, измеренную при температуре 40 и 100°С (рис. 2), установлено: для частично синтетического масла (температура измерения 40°С, кривая 1) сохраняется тенденция уменьшения вязкости, начиная от температуры 180°С.

Рис. 2. Зависимость кинематической вязкости от температуры испытания моторных масел:

1, 1' – частично синтетическое моторное масло «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»; 2, 2' – синтетическое моторное масло «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF» (1, 2 – температура измерения 40°С; 1', 2' – температура измерения 100°С)

Для синтетического масла (кривая 2) вязкость изменяется незначительно, в пределах от 62 до 52 мм2/с во всем диапазоне изменения температуры термостатирования.

Кинематическая вязкость моторных масел, измеренная при 100°С для частично синтетического (кривая 1') и синтетического масел (кривая 2'), практически стабильна.

Влияние продуктов температурной деструкции на кинематическую вязкость, измеренную при 40 и 100°С (рис. 3), подтверждает: для частично синтетического масла (кривая 1) с увеличением концентрации продуктов деструкции вязкость, измеренная при 40°С, непрерывно падает и имеет два участка разной интенсивности изменения, это указывает на наличие в масле двух видов продуктов различной оптической плотности. Для синтетического масла (кривая 2) вязкость изменяется всего на 10 мм2/с.

Кинематическая вязкость, измеренная при 100°С для частично синтетического масла (кривая 1'), уменьшается более интенсивно при КП > 0,48. Для синтетического масла (кривая 2') вязкость практически не зависит от концентрации продуктов температурной деструкции до коэффициента КП = 0,45 и совпадает с зависимостью 1'.

Рис. 3. Зависимость кинематической вязкости от коэффициента поглощения светового потока при термостатировании моторных масел: 1, 1' – частично синтетическое моторное масло «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»;

2, 2' – синтетическое моторное масло «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF» (1, 2 – температура измерения 40°С;

1', 2' – температура измерения 100°С)

Изменение индекса вязкости ИВ при термостатировании исследуемых масел оценивалось в зависимости от температуры и концентрации продуктов температурной деструкции (рис. 4, 5). Для частично синтетического моторного масла (рис. 4) установлено: при температуре 140°С индекс вязкости увеличивается на 1, а в температурном интервале от 140 до 180°С уменьшается от 143 до 134. От 180 до 300°С ИВ увеличивается до 156, причем его зависимость имеет два участка (180–220°С), (240–300°С) разной интенсивности изменения.

Концентрация продуктов температурной деструкции (рис. 4, б) вызывает уменьшение индекса вязкости в начале процесса деструкции ( К П < 0,027) и его увеличение, особенно в диапазоне изменения коэффициента К П от 0,57 до 0,707, что подтверждает наличие двух видов продуктов температурной деструкции.

Для синтетического моторного масла (рис. 5, а) индекс вязкости от температуры термостатирования изменяется всего на ±2, причем при температуре больше 240°С ИВ уменьшается.

Концентрация продуктов температурной деструкции увеличивает ИВ (рис. 5, б) при малых значениях коэффициента К П < 0,15, дальнейшее увеличение коэффициента К П до значения 0,22 снижает индекс вязкости, а при изменении значений коэффициента К П от 0,22 до 0,45 он увеличивается, но ниже значения для товарного масла.

Таким образом, установлено, что, независимо от базовой основы, температура и концентрация продуктов температурной деструкции оказывает влияние на индекс вязкости.

Рис. 4. Зависимость индекса вязкости от температуры испытания (а) и коэффициента поглощения светового потока (б) при термостатировании частично синтетического моторного масла «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»

Рис. 5. Зависимость индекса вязкости от температуры испытания (а) и коэффициента поглощения светового потока (б) при термостатировании синтетического моторного масла «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF»

Вязкостно-температурные зависимости для частично синтетического моторного масла «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF» от концентрации продуктов температурной деструкции представлены на рис. 6 для товарного масла и масел с концентрациями продуктов деструкции К П = 0,45 и 0,983. Зависимости описываются линейными уравнениями

,      , 1g T - 1,6

lg Ц = lg Ц 40--"  ⁽¹⁾

K где lg µ40 – логарифм вязкости масла, измеренного при температуре 40°С;

lg T – логарифм температуры, при которой измеряется вязкость;

К – тангенс угла наклона зависимости к оси ординат.

Регрессионные уравнения вязкостно-температурных зависимостей имеют вид:

lg T - 1,6

- для товарного масла при К _п = 0 lg ц = lg ц ₄₀ -         ;

0,5319

- для термостатированных масел при К _п = 0,657 lg ц = lg ц ₄₀

—

при К П = 0,983 lg ц = lg ^ 40

—

Рис. 6. Зависимости кинематической вязкости от температуры термостатирования и коэффициента поглощения светового потока при испытании частично синтетического моторного масла «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»: 1 – К П = 0 (товарное масло); 2 – К П = 0,657; 3 – К П = 0,983

lg T - 1,6 0,5556 lg T - 1,6 0,5814

.

Рис. 7. Зависимости кинематической вязкости от температуры термостатирования и коэффициента поглощения светового потока при испытании синтетического моторного масла «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF»:

1 – К П = 0; 2 – К П = 0,01; 3 – К П = 0,45

Для синтетического масла (рис. 7) регрессионные уравнения:

—

для товарного масла при К _п = 0 lg ц = lg ц ₄₀

lg T — 1,6 0,5435

—

для термостатированных масел при К _П = 0,01 lg ц = lg ц ₄₀

lg T — 1,6 0,5319

при К П = 0,45 lg ц = lg Ц 40

lg T — 1,6 0,5435

Выводы

• 1.    В результате проведенных исследований установлено, что кинематическая вязкость

• 2.    Засвидетельствовано, что для частично синтетического моторного масла существует температурный интервал термостатирования до 140°С, где вязкость, измеренная при 40°С, изменяется незначительно, а с увеличением температуры термостатирования резко уменьшается. Для синтетического масла в температурном интервале термостатирования до 280°С вязкость изменяется незначительно. Вязкость исследуемых масел, измеренная при 100°С, практически стабильна в температурном интервале термостатирования до 260°С. При температуре больше 260°С зафиксировано незначительное снижение вязкости для частично синтетического масла.

• 3.    Установлено, что индекс вязкости зависит от температуры термостатирования масел, концентрации продуктов температурной деструкции и базовой основы масла.

• 4.    Вязкостно-температурные характеристики термостатированных масел зависят от концентрации продуктов температурной деструкции, причем угол наклона зависимостей к оси ординат увеличивается с увеличением концентрации.

товарного частично синтетического моторного масла в диапазоне температур измерения от 40 до 130°С изменяется от 83 до 3,9 мм2/с, а синтетического – от 62 до 6 мм2/с, т.е. вязкость синтетического масла более стабильна.