Технические науки/4. Транспорт

К.т.н., доцент Королев А.Е.

Государственный аграрный университет Северного Зауралья

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ МОТОРНОГО МАСЛА

Моторное масло является носителем информации о термодинамических, химических и трибологических процессах, происходящих в двигателе [1]. Изменение физико-химических показателей по сравнению с исходными может быть вызвано как обычным процессом старения масла, так и техническим состоянием двигателя [2]. Старение масла происходит в результате окисления его углеводородной основы, срабатывания присадок, накопления продуктов неполного сгорания топлива, частиц износа деталей, пыли и воды [3]. Интенсивность и характер старения зависят от уровня форсирования двигателя и температурной напряженности деталей цилиндропоршневой группы, содержания серы в топливе, качества применяемого масла, изменения рабочих процессов двигателя. Диагностирование двигателей по параметрам работавших масел обладает высокой информативностью и оперативностью, малой трудоемкостью. Применение масел, не отвечающих требованиям технической эксплуатации, снижает надежность техники. В то же время использование масел с большим запасом качества приводит к нерациональным расходам, т.к. даже незначительные неточности в определении оптимальных значений показателей качества могут повлечь за собой большие убытки. Моторные масла в процессе эксплуатации существенно отличаются своими свойствами, поэтому целесообразно ряд их показателей объединить в один комплексный показатель качества, учитывающий их взаимосвязь и характер изменения.

Для комплексной оценки качества масла предлагается использовать показатель следующего вида:

П_о = (1)

где - единичный показатель качества,

- нормированный вес i-го показателя.

Единичный показатель определяется в безразмерном виде и возводится в квадрат для нивелировки знаков:

П_i = , (2)

где - текущее значение параметра,

- нормативное значение параметра.

Нормированный вес показателя равен:

A_i = , = 1, (3)

где a_i - коэффициент значимости i-го показателя.

В общем случае между выходными параметрами существует нелинейная связь и, следовательно, изменение одного параметра повлечет изменение остальных пропорционально степени их взаимосвязи. Определение нормированного веса единичных показателей можно представить в следующем виде: имеется объект с набором параметров y_u1, y_u2,…, y_ui, y_un, при изменении y_u1 на ∆y₁ получаем новый набор параметров. Эти изменения находятся из корреляционных уравнений. Тогда, взяв производную выражения (1) и учитывая (2) определяем, как должны соотноситься весовые коэффициенты A₁ и A_i, т.е. в какой степени изменение одного параметра может быть скомпенсировано другим:

A_i = A₁∙. (4)

С учетом того, что A_i = и A₁ = , получим

a_i = ∙a₁. (5)

Возьмем a₁ = 1, а значимость каждого показателя принимаем относительно первого, тогда

a_i = . (6)

Таким образом, порядок определения нормированного веса единичных свойств масла следующий: из корреляционных уравнений находится ∆y_i, по формуле (6) рассчитывают a_i, а по (3) - и A_i. Учитывая, что весовые коэффициенты A_i отражают объективно существующие связи между параметрами, вопрос о выборе их количества при оценке качества масла не является принципиальным. С изменением набора параметров величины нормированных весов будут корректироваться.

С увеличением продолжительности обкатки выходные параметры y_ui по своим значениям приближаются к параметрам y_оi для полностью приработанных двигателей. Поэтому обобщенный показатель можно представить в следующем виде:

= 1 - а∙, (7)

где t – продолжительность обкатки,

а – скорость изменения показателя,

α – показатель степени функции.

В процессе эксплуатации тракторов Kamatsu производился периодический отбор проб масла SAE-10W из картера двигателя и их последующий физико-химический анализ, при этом определялись следующие показатели: вязкость (ГОСТ 33-2000), щелочное число (ГОСТ 11362-96), содержание механических примесей (ГОСТ 6370-83), температура вспышки (ГОСТ 4333-87), плотность (ГОСТ 3900-85). В качестве параметра сравнения при определении весомости единичных показателей была принята вязкость масла. В результате обработки информации установлена следующая корреляционная зависимость:

ν = 2,3∙10^-4∙С^0,300∙Т^1,800∙G^0,052∙Р^0,007, (8)

где ν - вязкость, сСт;

С - щелочное число, мг КОН/г;

Т - температура вспышки, ;

G - содержание механических примесей, %;

Р - плотность, кг/м³.

Используя данное уравнение, по формулам (6) и (3) были рассчитаны коэффициенты весомости единичных показателей качества масла (табл. 1).

Таблица 1

Расчет весомости единичных показателей качества масла

Наименование параметров	Значения параметров
	ν	C	T	G	Р
Величина параметров на нормативном уровне yoi Величина приращения параметров ∆yi Значимость единичных показателей ai Нормированный вес единичных показателей Ai	5 0,31 1 0,309	9,5 1 0,3118 0,096	200 20 1,8715 0,579	0,015 0,005 0,0452 0,014	890 5 0,0070 0,002

В процессе эксплуатации двигателя изменяются качественные и количественные показатели моторного масла. Качественные изменения обусловлены физическими и химическими процессами, протекающими в двигателе (старение масла). Количественные изменения сводятся уменьшению запаса масла в маслосистеме (угар масла). Старение масла происходит вследствие двух основных причин: внутренних - обусловливаемых нарушением стабильности масла (испарение, окисление, разложение, полимеризация) и внешних - обусловливаемых загрязнением масла механическими примесями, водой и топливом. В результате старения базового масла возрастает его вязкость и кислотность, частично компенсируемые разжижением топливом и адсорбцией кислых органических соединений на механических примесях и высокомолекулярных соединениях с последующим отделением образовавшихся конгломератов в масляных фильтрах. Наибольшую весомость в комплексном показателе имеет температура вспышки, а наименьшую - плотность масла. Температура вспышки достаточно полно характеризует изменение остальных показателей и варьируется в широком диапазоне. Плотность масла в малой степени зависит от эксплуатационных факторов, изменяется незначительно, поэтому имеет низкую чувствительность и информативность.

Эксперименты показали, что характер взаимосвязи параметров по другим маркам масел аналогичный, поэтому данная методика также применима к ним. По формуле (1) были вычислены значения комплексного показателя по 104 двигателям и выявлена закономерность его рассеивания (рис. 1).

Рисунок 1- Плотность распределения комплексного показателя

Установлено, что только 3% масел соответствует нормативам, в том время как оценка по отдельным показателям признает годными от 13 до 21% масел. Следовательно, предложенная методика позволяет более своевременно и объективно производить смену моторного масла.

Литература:

1. Безбородов Ю.Н. Методы контроля и диагностики эксплуатационных свойств смазочных масел по параметрам термоокислительной стабильности : автореф. дис....доктор техн. наук/ Ю.Н. Безбородов. - Красноярск, 2009. - 34 с.

2. Наглюк И.С. Оценка качества моторных масел при эксплуатации легковых автомобилей/И.С. Наглюк// Автомобильный транспорт. - 2011. -№29.-С. 184-186.

3. Куцев А.В. Повышение эффективности действия моюще-дисперги-рующих присадок в моторных маслах: автореф. дис....канд. техн. наук/ А.В. Куцев. - М., 2010. -20 с.