Методология определения продуктов износа в моторных маслах

При работе механизмов, отделяемые от поверхностей деталей частицы металла, смываются маслом и перемешиваются с ним. Причем концентрация в масле продуктов износа пропорциональна интенсивности изнашивания деталей. Очевидно, что наибольшая концентрация продуктов износа будет в период приработки и аварийного изнашивания.

Таким образом, зная химический состав трущихся деталей и располагая статистическими данными о сравнительной интенси вности 87

изнашивания каждой из них (о распределении продуктов износа между деталями в процентном отношении), можно проследить за динамикой изнашивания этих деталей. Например, по содержанию в картерном масле алюминия можно судить об износе алюминиевых поршней, а по содержанию хрома – об износе хромированных поршневых колец. [3]

В двигателях внутреннего сгорания концентрация продуктов износа зависит только от интенсивности изнашивания деталей и практически не зависит от срока работы картерного масла. Это объясняется тем, что через некоторый период работы двигателя, после замены масла, благодаря его фильтрации наступает равновесное состояние между накоплением в масле продуктов износа и их отфильтровыванием. Поэтому концентрация продуктов износа в картерном масле полностью характеризует интенсивность изнашивания деталей двигателя.

Постоянный мониторинг изнашивания деталей дизеля приведет к своевременному выявлению возникшей неисправности. По его результатам можно вовремя выявить нестандартную ситуацию и вовремя её устранить. Способ диагностирования двигателя по железу в смазочной системе известен достаточно давно и обладает большим количеством положительных качеств. Однако в его применении есть несколько отрицательных сторон.

Пробы масла для анализа отбирают при работающем агрегате, когда продукты износа находятся во взвешенном состоянии и равномерно распределены по всему объему.

Основная часть. Известно несколько методов количественного определения продуктов износа в отработавшем масле. Из них наиболее распространены колориметрический, полярографический, магнитноиндуктивный, радиоактивационный и спектрографический методы.

Колориметрический метод основан на определении концентрации в масле интересующего элемента путем сравнения окраски исследуемого раствора с окраской стандартного, в котором концентрация данного элемента известна.

Основные недостатки колометрического метода – большая трудоемкость и сложность приготовления растворов. В связи с этим для диагностики он применяется редко.

Указанные недостатки присущи и полярографическому методу, который основан на измерении зависимости между силой тока и напряжением посредством капельного ртутного электрода, погруженного в испытуемый раствор. Название метода связано с процессами поляризации, возникающими при пропускании электрического тока через растворы электролитов. Для этой цели применяют приборы, называемые полярографами. Полярографический метод позволяет определять концентрацию железа до 10-5 г в 1 г масла.

Магнитно-индуктивный метод учитывает зависимость магнитной индукции от содержания продуктов износа в пробе масла, вводимой внутрь катушки индуктивности и вызывающей изменение величины протекающего по катушке тока. Данный метод пригоден для определения содержания железа в масле. Его можно применять при очень высоких концентрациях железа в масле (при ускоренных износных испытаниях агрегатов трактора, в процессе их приработки, а также при аварийных износах). Однако и в этих случаях показания прибора являются ориентировочными.

Радиоактивационный метод основан на том, что пробу масла, взятую из картера, облучают потоком нейтронов, благодаря чему продукты износа становятся радиоактивными. Состав и концентрацию их определяют при помощи специальной аппаратуры. Применение радиоактивационного метода в широких масштабах пока представляет собой сложную задачу. [1]

Общий недостаток перечисленных методов определения содержания продуктов износа в маслах – трудность выявления интенсивности изнашивания отдельных сопряжений, так как результаты анализа в большинстве случаев носят интегральный характер. Кроме того, эти методы основаны на применении ручных устройств, не обладающих универсальностью и не позволяющих автоматизировать процессы анализа проб. [2, 4]

Для определения массовой доли железа в масле применяется также спектральный анализ. Это дорогостоящее исследование, требующее наличия специального оборудования и высококвалифицированного специалиста. Затем проводилась обработка результатов по специальным номограммам. Для определения массы железа поступившей в смазочную систему с деталей проводили отбор проб не только масла из картера двигателя, но и отложений из реактивной масляной центрифуги (РМЦ). Оценить же износ двигателя без учета железа поступившего в РМЦ невозможно.

В последнее время был разработан датчик позволяющий при его установке в магистраль смазочной системы определять массовую долю железа в масле. Таким образом, появляется возможность избежать необходимости в спектральном анализе. Специальный разработанный программный продукт, инсталлированный в контроллер и широко применяемый для МПСУ, позволяет производить анализ полученной информации. Остается проблема учета массы железа находящейся в маслофильтре. Этот процесс необходимо смоделировать математически и полученную модель внести в программный продукт.

Через РМЦ прокачивается все моторное масло с целью очистки его от продуктов загрязнения, глубокого окисления и износа деталей. Работа фильтра основана на увеличении разницы в кинетической энергии, приобретенной маслом и удаляемыми частицами в результате вращения ротора фильтра. За время работы масла до его замены, РМЦ очищают от отложений, согласно техническим требованиям на эксплуатацию двигателя, три раза, без учета момента замены масла, это обуславливает необходимость ведения строгого учета анализов отложений. Наибольшими донорами продуктов износа являются детали двигателя содержащие 92…98% железа, плотность которого приблизительно в 8 раз больше чем других составляющих находящихся в масле смазочной системе. [5]

Показателей, характеризующих изменение эксплуатационных свойств моторных масел и соответственно влияющих на скорость движения частиц железа в нем более десяти. Изменение параметров этих показателей за время работы масла значительное и для некоторых составляет 100…300%. Задача, обуславливающая определение точного соотношения продуктов износа в моторном масле, усложняется еще и тем, что до настоящего времени исследований в этом направлении почти не проводились. Это сложная задача, требующая комплексного подхода в принятия решения по определению части железа из общей его массы, находящейся в смазочной системе и задерживаемой в РМЦ. Масса железа, задерживаемая РМЦ, зависит от его содержания в масле, времени работы масла и средней скорости осаждения.

Содержание железа в масле постоянно изменяется в результате процессов происходящих при работе двигателя. Поэтому его количество можно оценивать показателем «массовая доля железа в масле». Время работы масла, при этом, согласуется с показателям счетчика наработки моточасов.

Для реализации этой задачи были проанализированы результаты анализов 87 проб масла и отложений из РМЦ отобранных из двигателей Д-245 и рядных двигателей семейства СМД по массе железа содержащегося в картерном масле и задержанного центрифугой. По результатам проведенной работы установлено, что скорость отфильтровывания железа в зависимости от времени работы масла после замены выражается следующей математической зависимостью:

V_CP = - 3 - 10 — 9 • t ³ + 2 - 10 — 6 • t ² + 0,0003 • t + 0,4826

(1) сделать

Выводы. На основании вышеизложенного можно следующие выводы:

– скорость осаждения железа в РМЦ зависит от времени работы масла, т.е. от изменения его эксплуатационных свойств;

– чем продолжительнее время работы масла тем скорость осаждения продуктов износа больше, что, возможно, является следствием уменьшения параметра характеризующего диспергирующие свойства моторного масла;

– использование полученной зависимости создает условия для оценки состояния двигателя по показателям моторного масла без отбора проб из РМЦ.