Исследование основных эксплуатационных показателей качества бензинов

ОТЧЕТ

 

ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

 

«Эксплуатационные материалы»

 

 

Выполнил студент группы ________

______________

 

Проверил доцент кафедры «ТД и АТЭ»

Макушев Ю. П.

_________________________________

 

Омск 2016

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исследование основных эксплуатационных показателей

качества бензинов и дизельных топлив.----------------------------------------------3

2. Определение плотности и вязкости нефтепродуктов.------------------------ 8

3. Определение температуры вспышки и воспламенения

дизельного топлива--------------------------------------------------------------------- 12

4. Оценка эксплуатационных качеств моторных масел------------------------- 14

5. Исследование свойств консистентных смазок--------------------------------- 20

6. Оценка качества охлаждающих жидкостей.----------------------------------- 24

Библиографический список………………………………………………...27

Лабораторная работа № 1

Исследование основных эксплуатационных показателей качества бензинов

И дизельных топлив

Цель и задачи лабораторной работы

Обучить студентов методам определения основных физико-химических свойств топлив. В результате исследования студент должен установить вид и марку топлива, сопоставить полученные результаты с требованием ГОСТ, дать заключение о качестве анализируемого нефтепродукта. Изучить марки моторных топлив и требования к ним.

Определить фракционный состав бензина, его детонационную стойкость, дизельного топлива, его способность самовоспламеняться, марки исследуемых нефтепродуктов.

Общие сведения

Для полного сгорания жидких топлив их необходимо перевести в газообразное состояние. Это осуществляется путем распыливания на мелкие частицы и испарения под действием высоких температур. Под испаряемостью топлива понимают его способность переходить из жидкого состояния в газообразное.

Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, что бы обеспечить быстрый прогрев двигателя, хорошую динамику разгона, полное сгорание топлива на всех скоростных и нагрузочных режимах, а также исключалось образование паровых пробок в системе питания.

Жидкие нефтяные топлива представляют собой сложную смесь углеводородов, отличающихся различными молекулярными массами, плотностью, вязкостью. В отличие от воды, спирта, эфира и других жидкостей углеводородные топлива не имеют одной температуры кипения. Меньшие температуры кипения имеют легкие топлива или его фракции. С утяжелением фракционного состава топлива температура кипения увеличивается. При этом под фракцией понимается часть топлива, испарившаяся в определенном интервале температур.

Испаряемость является важным показателем топлива, оказывающим значительное влияние на эксплуатационные показатели двигателя. От полноты испарения топлива зависит легкость пуска, мощностные, экономические и экологические показатели двигателя, интенсивность механического износа, нагарообразование и долговечность. Так, наличие большого количества неиспарившегося топлива в начале процесса сгорания в бензиновом двигателе сопровождается затягиванием процесса сгорания, в результате чего снижаются мощностные и экономические показатели двигателя, увеличивается токсичность отработавших газов. Попадая на стенки цилиндров, капли неиспарившегося топлива смывают с них пленку смазочного масла, что приводит к повышенному износу цилиндропоршневой группы.

Применение топлива тяжелого фракционного состава для быстроходных автотракторных дизелей приводит к увеличению расхода топлива, ухудшению пуска, повышению нагарообразования, закоксованию форсунок, ускорению износа цилиндропоршневой группы, увеличению дымности и токсичности отработавших газов. Применение топлива легкого фракционного состава увеличивает жесткость работы дизеля, повышает утечки топлива в прецизионных парах топливоподающей аппаратуры, повышает их износ вследствие снижения смазочных свойств топлива.

Фракционный состав жидких топлив определяют путем перегонки. По результатам перегонки строится график, показывающий зависимость объема отогнанного топлива от температуры, который называется кривой перегонки (рис.1.1).

 

Рис. 1.1. Кривые перегонки бензина и дизельного топлива

 

1 и 6 – начало перегонки бензина и ДТ; 2 и 7 – температура, определяющая пусковые качества бензина и ДТ; 3 температура, определяющая среднюю (рабочую) испаряемость бензина (t _50%); 4 и 8 – температура, характеризующая наличие в топливе тяжелых фракций, смол; 5 и 8 - конец разгонки.

По характерным точкам на кривой можно судить об основных эксплуатационных качествах топлива.

Бензины. По ГОСТу Р51105-97 выпускается четыре вида бензинов – Нормаль 80, Регуляр 91, Премиум 95, Супер 98. Все бензины не этилированные. В таблицах 1.3, 1.4 и 1,5 приведены основные физико – химические свойства и эксплуатационные показатели бензинов и дизельных топлив.

Октановое число бензина характеризует его способность противостоять детонационному (взрывному) сгоранию. Определяется на одноцилиндровой установке моторным (n=900 мин^-1) или исследовательским (n=600 мин^-1) методами. Для оценки октанового числа в настоящее время применяют также переносные октанометры. Например, бензин марки Аи-80, это автомобильный бензин с октановым числом 80, которое определено исследовательским методом. Цифра 80 показывает, что если взять эталонную смесь из 80% изооктана C₈ H₁₈ (октановое число 100) и 20% гептана C₇ H₁₆ (октановое число 0), то она имеет одинаковые антидетонационные характеристики с бензином, которому присвоили марку Аи-80. Октановое число, определённое исследовательским методом выше на 4¸10 единиц. Это связано с тем, что частота вращения вала двигателя в 1,5 раза меньше, чем при моторном методе. Время на процесс сгорания увеличивается, что является благоприятным для образования очагов самовоспламенения (перекисей). При этом нужно меньше гептана, чтобы вызвать детонационное сгорание (октановое число увеличивается).

Стандарты на автомобильные бензины предусматривают обязательное определение температур начала кипения, а также выкипания 10%, 50%, 90% топлива и конца кипения.

Температура начала кипения (t_нк) характеризует наличие в топливе легкокипящих углеводородов, обуславливающих потери легких фракций при хранении топлива под воздействием тепла окружающей среды.

Температура выкипания 10% топлива (t_10%) характеризует пусковую фракцию, по которой судят о пусковых качествах топлива. Чем меньше эта температура, тем при более низкой температуре возможен запуск двигателя.

Температура выкипания 50 % топлива (t_50%) характеризует среднюю испаряемость рабочей фракции (от 10% до 90% по кривой перегонки). Она влияет на скорость прогрева двигателя, приёмистость, которая определяется возможностью быстрого обогащения или обеднения топливовоздушной смеси на различных режимах. Чем ниже t_50%, тем однороднее его состав и круче поднимается в средней части кривая перегонки, тем лучше динамика разгона и устойчивость работы двигателя.

Температура выкипания 90 % топлива (t_90%) определяет конец перегонки рабочей фракции. Чем выше эта температура, тем больше в топливе тяжелых углеводородов, вызывающих ухудшение технико-экономических показателей двигателя и его приемистости.

Температура конца кипения характеризует хвостовые фракции. Они крайне нежелательны в топливе, т.к. испаряются не полностью, вызывают удаление смазки с гильз цилиндров, разжижение моторного масла, нагарообразование. Чем меньше интервал температур t_90% до конца кипения, тем выше качество топлива.

Дизельные топлива. Стандартами на дизельное топливо (таблица 1.5) регламентируются температуры выкипания 50% и конца перегонки 96% топлива.

Температура выкипания 50% дизельного топлива (t_50%) характеризует его пусковые свойства. Чем ниже эта температура, тем лучше пусковые свойства топлива, мягче работа двигателя.

Температура выкипания 96% топлива (t_96%) позволяет оценить хвостовые фракции, определяемые присутствием в топливе тяжелых углеводородов. Чем меньше эта температура, тем качественнее топливо, лучше полнота его испарения, ниже склонность к образованию нагара и сажи.

Главным требованием к дизельным топливам является его способность самовоспламеняться. Температура самовоспламенения это минимальная температура, при которой пары нагретого топлива, смешанные с воздухом, воспламеняются самостоятельно. Температура самовоспламенения должна быть не более для летнего (Л) 310 ⁰С, зимнего (З) 240 ⁰С, арктического (А) 230 ⁰ С. Для определения цетанового числа используется одноцилиндровый отсек с переменной степенью сжатия. Начало подачи топлива и его воспламенение определяется при помощи неоновых лампочек, расположенных у маховика. Питание на лампочки подается при помощи контактов, которые замыкаются при подъеме иглы распылителя и прогиба мембраны датчика давления. Дизельный двигатель работает при частоте вращения вала 900 мин ^-1 с опережением впрыска топлива в 13 градусов до ВМТ. Изменяя степень сжатия, добиваются того, чтобы впрыснутое топливо воспламенялось при положении поршня в ВМТ. В этом случае период задержки воспламенения будет равен 13 градусам поворота коленчатого вала двигателя. За период задержки воспламенения мелкие капли топлива прогреваются, так как температура воздуха в конце такта сжатия достигает 500-600 ⁰ С, испаряются, газифицируются, вступают в реакцию с кислородом воздуха и самовоспламеняются.

Цетановое число характеризует способность топлива самовоспламеняться. Для оценки цетанового числа используют углеводородное топливо (эталон) цетан С₁₆H₃₄ c хорошей способностью самовоспламеняться (Ц.Ч.=100) и алфаметилнафталин С₁₁Н₁₀ с плохой самовоспламеняемостью (Ц.Ч.= 0). Подбирая эталонную смесь, например, 47% цетана и 53% альфаметилнафталина добиваются того, чтобы эта смесь имела период задержки воспламенения 13 градусов (эталонная смесь должна воспламениться в ВМТ). При этом Ц.Ч. исследуемого топлива будет 47. Оптимальное значение Ц.Ч. должно быть 45-55. В данной лабораторной работе Ц.Ч. определяется переносным цифровым цетанометром.

Октановое число бензина и цетановое число дизельного топлива определяют при помощи переносного октанометра-цетанометра.

 

1.3. Приборы и принадлежности

Для выполнения лабораторной работы необходимы: прибор для разгонки нефтепродуктов, мерные цилиндры на 10 и 100 мл, образцы нефтепродуктов, октанометр и цетанометр.

Фракционный состав жидких топлив определяется по ГОСТ 2177-82 путем перегонки 100 мл топлива на отдельные фракции. На рис. 1.2 показана принципиальная схема прибора для перегонки жидких топлив.

Прибор состоит из стеклянной колбы 5 с отводной трубкой, холодильника 7, выполненного в виде водяной ванны с проходящей в ней металлической трубкой и приемника конденсата – мерного цилиндра 8 на 100 мл. Нагрев колбы осуществляется электрической плиткой 4 с регулятором нагрева. Для замера температуры перегонки колба снабжена термометром 6, положение установки которого показано на позиции 9. Для обеспечения безопасности работы колба закрывается кожухом. Конструкция аппарата разгонки нефти (АРН) совершенствуется. В последней модификации все его элементы расположены в одном корпусе. Температура нагрева регулируется реостатом 1 путем изменения напряжения, подаваемого в цепь питания электроплитки. Напряжение измеряется вольтметром 2. Прибор подключается к сети при помощи выключателя 3.

 

Порядок выполнения работы

При помощи измерительного цилиндра отмеряется 100 мл топлива, которое переливается в колбу. Колба закрывается пробкой с термометром, установленным таким образом, чтобы ртутный шарик находился на уровне нижнего края отводной трубки (рис. 1.2). Колба устанавливается на электроплитку и закрывается кожухом. Отводную трубку колбы соединяют с трубкой холодильника. Под нижний конец трубки холодильника устанавливается измерительный цилиндр. Холодильник подключается к холодному водопроводу, использованная вода отводится в канализацию.

Включается нагревательный прибор, напряжение устанавливается на 100 В и производится нагревание колбы так, чтобы первая капля сконденсировавшихся паров упала из трубки холодильника в измерительный цилиндр Записывается температура падения первой капли, которая условно принимается за температуру начала перегонки. Дальнейшая перегонка производится со скоростью 4-5 мл/мин. Показания термометра записываются через 10 мл (см³) перегонки дистиллята.

Результаты опыта

Определяем температуру начала каплепадения и температуру, при которой испарилось 10%, 20% и так далее процентов топлива. Результаты перегонки бензина и дизельного топлива заносим в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Вид топлива	Начало каплепадения	10%	20%	30%	40%	50%	60%	70%	80%	90%	96%
Бензин
ДТ

По полученным температурам строится график перегонки (рис. 1.1 Результаты сравниваются с ГОСТом (таблицы 1.2 1.3. Записывают также значения октанового и цетанового числа бензина, ДТ и анализируют их значения согласно ГОСТов 51105-97 и 305-82.

Таблица 1.2.

Паспорт на исследуемое топливо (бензин класса испаряемости 2)

 

№ п/п	Показатели качества	Результаты испытания	Данные по ГОСТ Р51105-97
1.	Фракционный состав, ^0С начало кипения 10 % 50 % 90 % конец кипения остаток и потери, %		не более 4,0

Таблица 1.3

Испаряемость бензинов.

 

Показатели	Классы
1. Давление насыщенных паров бензина, кПа мин. мах. 2. Фракционный состав 2.1 Начало каплепадения, не менее ^оС 2.2 t 10% 2.3 t 50% 2.4 t 90%
		-	-	-

Выводы по работе.

1. Октановое число бензина определенное по моторному методу равно 82, по исследовательскому – 92. Бензин соответствует марки Регуляр (Аи-92)

 

2. Цетановое число дизельного топлива равно 52, плотность 840 кг/м³, кинематическая вязкость 4 мм²/с, топливо зимнее.

Лабораторная работа № 2

Определение плотности и вязкости нефтепродуктов

 

2.1 Цель и задачи лабораторной работы

 

Формирование и закрепление знаний по разделу курса «Моторные топлива». В результате исследования нефтепродукта по плотности и вязкости необходимо определить вид топлива и дать заключение о его эксплуатационных качествах.

Приобрести навыки и умения при определении плотности и вязкости бензинов и дизельных топлив.

2.2.Общие сведения

 

Плотность и вязкость нефтепродуктов являются важными параметрами, характеризующими их эксплуатационные свойства. От них зависит качество распыливания и полнота сгорания топлива, надежность смазки трущихся поверхностей.

Плотность – это физическая величина, характеризующая массу вещества (m), содержащуюся в единице объема(V).

 

r = m / v. (кг.м³) (2.1)

 

Она обозначается ρ и имеет размерность в системе СИ – кг/м³, в системе СГС – г/см³. Определяется плотность с помощью нефтеденсиметров или ареометров по ГОСТ 3900-47.

Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной частицы относительно другой.

Различают абсолютную (динамическую и кинематическую) и условную вязкости.

Динамическая вязкость (m) представляет собой коэффициент внутреннего трения, равный по величине отношению силы трения, действующей на поверхность жидкости при градиенте скорости, равном единице, к площади этого слоя.

В системе СИ динамическая вязкость измеряется в Н.с.м.^-2 или Па_*с (Паскаль – секунда) – это вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 м², находящихся на расстоянии 1м друг от друга и перемещающихся относительно друг друга со скоростью 1 м/с, с силой в 1Н.

Кинематической вязкостью (υ_t) называется коэффициент внутреннего трения или отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при температуре t:

υ_t = μ / ρ, (2.2)

Измеряется кинематическая вязкость в системе СИ в м²_*с^-1, в системе СГС в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт):

1 Ст = 1 см²_*с^-1 = 100 сСт = 10^-6 м²_*с^-1

Наиболее широко в ГОСТах на нефтепродукты применяется кинематическая вязкость. Она определяется по ГОСТ 33-82 с помощью стеклянных капиллярных вискозиметров (ГОСТ 10028 – 81). Динамическая вязкость используется при расчете сил трения, например в подшипниках скольжения.

При большой вязкости нефтепродуктов затрудняется их прокачиваемость по трубопроводам и магистралям, через фильтры, что затрудняет подвод масел к трущимся поверхностям и создает большие сопротивления при работе узлов, приводящие к снижению к.п.д. механизмов. Повышение вязкости топлив приводит к плохому распыливанию его при впрыске.

При использовании нефтепродуктов малой вязкостью ухудшаются смазочные свойства масел и дизельных топлив, в результате чего возрастает износ топливной аппаратуры дизелей, увеличивается подтекание топлива через форсунки и зазоры в плунжерных парах, затрудняется обеспечение условий жидкостного трения в подшипниках скольжения.

Вязкость и плотность жидкостей существенно зависят от температуры. При ее увеличении вязкость и плотность снижаются, при уменьшении – возрастают вплоть до полной потери подвижности. Свойство нефтепродуктов изменять свою вязкость при различных температурах называется вязкостно-температурным свойством. Поскольку нефтепродукты, а особенно моторные и трансмиссионные масла, работают в широком диапазоне температур необходимо, чтобы они обладали достаточной вязкостью, обеспечивающую надежность масляного слоя при рабочих температурах (100^оС), а при низких имели достаточную подвижность.

Существующими ГОСТами устанавливаются плотность и вязкость дизельных топлив при 20^оС, кинематическая вязкость моторных и трансмиссионных масел при 100^оС, вязкостно-температурные свойства масел по максимально допустимому отношению кинематической вязкости при 50^оС к кинематической вязкости при 100^оС. Для зимних сортов масел – n₅₀/n₁₀₀£4, для летних £6.

Значения кинематической вязкости и плотности нефтепродуктов также используются в расчетах топливных и масляных систем, при пересчете нефтепродуктов из весовых единиц в объемные, для учета при транспортировке и при заправке баков.

2.3. Приборы и принадлежности

Набор нефтеденсиметров (ареометров) по ГОСТ 1289-76, цилиндры стеклянные, термометр ртутный с ценой деления 1^оС, вискозиметры капиллярные ВПЖ-2 или ВПЖ-4 по ГОСТ 10028-81, штатив, баня для вискозиметра, термостат, секундомер, резиновая груша, образцы нефтепродуктов.

2.4. Определение плотности

 

В стеклянный цилиндр, установленный на прочный горизонтальный стол, осторожно наливают испытуемый нефтепродукт, температура которого не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на ± 5^оС. В нефтепродукт медленно и осторожно опускают чистый и сухой ареометр, держа его за верхний конец, до момента его свободной плавучести (рис 2.1). Отсчет показаний производится по верхнему краю мениска. При отсчете глаз должен находиться на уровне мениска.

Температуру нефтепродукта устанавливают или по термометру нефтеденсиметра (ареометра) или измеряют дополнительным термометром.

 

Общие сведения

Температурой вспышки нефтепродукта называется минимальная температура, при нагревании до которой над поверхностью образуется смесь его паров и воздуха, способная вспыхивать при поднесении открытого пламени. При этом скорость образования паров ещё не обеспечивает последующего горения.

Температура воспламенения – это минимальная температура топлива, при которой горючая смесь топлива с воздухом вспыхивает от постороннего пламени и продолжает гореть вследствие испарения топлива.

Температура самовоспламенения – это температура при которой пары нагретого топлива, смешанные с воздухом, воспламеняются самостоятельно без постороннего источника пламени.

Температура вспышки и воспламенение характеризует пожарную опасность а температура самовоспламенения способность топлива самостоятельно воспламеняться в цилиндре дизеля.

Бензин наиболее опасное жидкое топливо в плане пожарной безопасности. Его пары от пламени могут вспыхнуть даже при температуре - 30°С. По этой причине температура вспышки бензина не регламентируется ГОСТом.

В стандартах температуру вспышки нормируют для ограничения в нефтепродуктах количества фракций с более высоким давлением насыщенных паров. Этот показатель служит в основном для оценки пожароопасности и потерь на испарение (фактическая стабильность), что весьма важно для правильной организации применения и хранения нефтепродуктов.

Существуют два способа определения температуры вспышки: в открытом тигле (ГОСТ 4333 – 48) и закрытом тигле (ГОСТ 6986-52). Принципиальным отличием способов является наличие крышки на тигле во втором способе. Это создает более благоприятные условия для концентрации паров испытуемого нефтепродукта и образования с воздухом горючей смеси. Температуры вспышки, в открытом тигле, выше на 20-25^оС, чем в закрытом.

Наличие замкнутого объема при испытании в закрытом тигле в большей степени соответствует условиям хранения нефтепродуктов и, естественно, его пожароопасности. Поэтому для нефтепродуктов с невысокой температурой вспышки стандартом предусмотрено определение температуры вспышки в закрытом тигле.

 

3.3. Аппаратура, реактивы, материалы

Для выполнения лабораторной работы необходимы: приборы для определения температуры вспышки, ухват для переноски тигля, реостат, секундомер, барометр, образцы испытуемых нефтепродуктов. Конструкция закрытых тиглей совершенствуется и в последних вариантах не требуется реостат, так как система регулирования нагрева тигля расположена в общем корпусе прибора

Прибор состоит из металлического кожуха 1 (рис 3.1), объединенного с электронагревателем и заполненного асбестом. В прибор помещается тигель 2 с испытуемым нефтепродуктом. Тигель закрывается крышкой 3, на которой расположены:

зажигательное устройство (фитиль, трубка с газом) 7, рычажное приспособление 4, открывающее окно в крышке и одновременно наклоняющее к нему пламя горелки, мешалка с гибким тросом 6 и термометр 5. Для регулирования интенсивности нагрева электрический нагреватель включается в сеть через реостат. В последнем варианте закрытого тигля реостат не требуется.

3.4. Порядок выполнения работы

 

Испытуемый нефтепродукт налить в тигель до кольцевой отметки. Тигель должен иметь температуру не менее, чем на 20^оС ниже предполагаемой температуры вспышки.

Установить тигель в прибор, закрыть крышкой. Электронагреватель включить через реостат в сеть, зажечь фитиль.

Установить скорость нагревания в зависимости от предполагаемой величины температуры вспышки нефтепродукта при периодическом перемешивании:

t_всп. ≤ 50^оС – скорость нагрева поддерживать 1 градус в минуту;

при 50^оС < t_всп. <150^оС скорость нагрева 5 – 8 градусов в минуту;

при t_всп. > 150^оС скорость нагрева 10 – 12 градусов в минуту. При достижении температуры на 30^оС ниже ожидаемой, скорость нагрева не должна превышать 2 градуса в минуту.

Начало испытаний на вспышку проводить при температуре на 10^оС ниже ожидаемой t_всп. и повторять через каждый 1^оС для продуктов с t_всп. ≤ 50^оС

и 2^оС с t_всп.> 50^оС. В момент испытания на вспыхивание перемешивание не производить. Отверстие в крышке открывать не более чем на 1 с. Если вспышка не произошла, испытание продолжить. За температуру вспышки принять температуру, показываемую термометром при появлении синего пламени над поверхностью нефтепродукта. После получения первой вспышки нагревание продолжают до получение второй вспышки через 1^оС для нефтепродуктов с t_всп. ≤ 50^оС и 2^оС-с t_всп.> 50^оС. При отсутствии повторения вспышки опыт повторить.

По барометру определить атмосферное давление.

 

Выводы по работе.

1. Температура вспышки дизельного зимнего топлива составила 50 ⁰С (по ГОСТ 305-82 не менее 35 ⁰С).
2. Температура воспламенения дизельного топлива – плюс 60 ⁰С

 

 

Лабораторная работа № 4

Требования, предъявляемые к качеству масел.

Надежная работа деталей двигателя и машины в целом обеспечивается применением качественных смазочных материалов. Основная функция, которую выполняют моторные масла, - это снижение трения и износа трущихся деталей двигателя за счет создания наи х поверхностях прочной масляной плёнки. Одновременно к моторным маслампредъявляются следующие требования:

- бесперебойное поступление к трущимся деталям при любых режимах работы и температурных условиях;

- эффективный отвод тепла от трущихся деталей;

- удаление из зон трения продуктов износа и других посторонних веществ;

- надёжная защита рабочих поверхностей деталей двигателя от коррозионного воздействия продуктов окисления масла, продуктов сгорания топлива, а также от атмосферной коррозии;

- уплотнение зазоров в сопряжениях работающего двигателя (в первую очередь деталей цилиндропоршневой группы);

- высокая стабильность (минимальное изменение свойств в процессе применения и хранения),

- быть энергосберегающим, т.е. обеспечивать минимальный расход масла в двигателе, иметь большой срок службы до замены и снижать расход топлива.

Выполнение указанных функций моторных масел обеспечивается различными показателями их качества, из которых основными являются вязкость, содержание механических примесей и воды, диспергирующие (моющие) свойства, содержание водорастворимых кислот и щелочей, температура вспышки в открытом тигле. При эксплуатации моторных масел именно эти показатели изменяются наиболее интенсивно. Их периодический контроль позволяет повысить эксплуатационную надежность двигателей внутреннего сгорания.

Контроль качества свежих масел осуществляется на основе показателей, регламентированных ГОСТами. Оценка свойств работавших масел производится на основе сравнения с установленными выбраковочными значениями.

Для определения показателей качества работающего масла обычно отбирают его пробу в количестве 200-250 мл. и исследуют ее в лабораторных условиях. Наряду со стандартизованными методиками все большее распространение находят экспресс - методы оценки качества масел. Не требуя больших затрат времени и сложного оборудования, экспресс-анализ с достаточной точностью оценивает пригодность масла к дальнейшей эксплуатации.

Данные методические указания для ознакомления с основными, наиболее доступными лабораторными методами оценки качества масел и дают студентам практические навыки при дальнейшей работе на производстве.

Порядок измерения

1. В широкое колено вискозиметра заливается масло так, чтобы нижнее расширение заполнилось на 3/4 своего объема.

2. Вискозиметр устанавливает в термостате с заданной температурой в строго вертикальное положение так, чтобы верхняя метка была ниже уровня воды.

3. При помощи резиновой груши закачивают масло в узкое колено вискозиметра выше метки А, следя за тем, чтобы в капилляре и расширениях не образовалось пузырьков воздуха.

4. Далее наблюдают за перетеканием масла. Когда уровень масла, сравняется с верхней меткой, включают секундомер и останавливают его, когда уровень масла достигнет нижней метки.

5. Записав время, отмеченное секундомером, испытание повторяют ещё два раза. Находят среднее время перетекания масла от метки А до метки Б в секундах.

Рис. 4.1. Общий вид вискозиметра, установленного в водяном термостате:

1 – насос; 2 – нагреватель; 3 – датчик температуры; 4 – указатель температуры; 5 – теплоизоляция; 6 – нижняя ванна; 7 – верхняя ванна; 8 – термометр; 9 – вискозиметр.

 

6. Кинематическая вязкость рассчитывается по формуле:

ν = с · t, (4.1.)

где ν - кинематическая вязкость масла, мм²/с;

с - постоянная вискозиметра, приведённая в паспорте,0,07 мм²/с²;

t - среднее время истечения масла, с.

7. Провести измерения вязкости масла при 40, 50,70 и 100 ⁰С.

Результаты занести в таблицу 4.1., по данным которой построим

рисунок 4.2 с графиком n = j (t).

Таблица 4.1.

Температура, ^0С	Время истечения, с	Среднее время истечения, t с	Вязкость масла, ν мм^2/с
11 опыт	опыт	3 опыт
					9,5

 

8. На основе найденных значений вязкости при 50 и 100 ⁰С

а) вычисляют отношение ν₅₀/ν₁₀₀;

б) находят по номограмме индекс вязкости;

в) строят вязкостно-температурную характеристику масла согласно рис.4.2.

Рис.4.2.

 

Оценка результатов

Полученные значения вязкости и вязкостно-температурных свойств можно оценить на основе следующих оценочных параметров.

4.7.1. Кинематическая вязкость при 100 ⁰С

Температуру масла при 100 ⁰С принято считать рабочей, т. к. это средняя температура в двигателе (картере, системе смазки). Вязкость масел при этой температуре включена в их маркировку. Значение вязкости при 100 ⁰С сравнивают с требованиями ГОСТа (таблица 7.5, 7.6). При несоответствии вязкости масла значениям ГОСТа оценка его пригодности к дальнейшей эксплуатации проводится в соответствии с выбраковочными показателями. Снижение вязкости допускается на 25%, повышение на 35%.

4.7.2. Отношение кинематических вязкостей ν₅₀/ν₁₀₀

Этот простой, и надёжный параметр характеризует крутизну вязкостно-температурной кривой в диапазоне температур прогретого масла. Для моторных масел, применяемых летом или в условиях жаркого климата, ν₅₀/ν₁₀₀£6; для масел, предназначенных к применению зимой и особенно в северных районах, ν₅₀/ν₁₀₀£4.

Индекс вязкости

Индекс вязкости (ИВ) – это условный показатель, характеризующий степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры и оценивающий крутизну вязкостно-температурной кривой. Чем выше ИВ, тем более пологой кривой характеризуется масло и тем лучше оно для зимней эксплуатации. Чаще всего ИВ определяют по номограмме или расчетным путем, зная значения вязкости исследуемого масла при 40 ⁰С и 100 ⁰С. Для автомобильных масел ИВ должен быть не менее 90, а для зимних условий эксплуатации – 120.

Лучшие моторные масла при зимней эксплуатации двигателя должны иметь пологую характеристику зависимости вязкости от температуры, то есть вязкость должна незначительно изменяться от температуры. При кинематической вязкости масла более 3000сСт (мм²/с) запуск двигателя затрудняется. Для снижения зависимости вязкости от температуры в него добавляют присадку (3-4%), например, полиизобутилена. Полиизобутилен получают полимеризацией изобутилена
в присутствии катализаторов. Формула изобутилена приведена ниже.

Полиизобутилен изменяет форму в зависимости от температуры. При высокой температуре молекулы вытягиваются в длинные нитевидные цепочки, повышая вязкость. При снижении температуры молекулы полиизобутилена находятся в масле в виде компактных клубков, снижая трение и вязкость.

Согласно ГОСТа 53371-97 «Нефтепродукты, метод расчёта индекса вязкости» индекс вязкости (ИВ) определяют следующим образом. У исследуемого масла, например, М4_З/10Г₁ (SAE 10W30) определяется вязкость в диапазоне температуры от 40 до 100⁰С. При 100⁰С кинематическая вязкость должна быть примерно 10 сСт. По таблице 1 [6] ГОСТа находим, что для исходной вязкости 10сСт., при температуре 40⁰С вязкость для эталонного масла с крутой характеристикой с ИВ=0 равна 147 сСт, а для эталонного масла с пологой характеристикой (ИВ=100) вязкость равна 83сСт. При температуре 40⁰С вязкость исследуемого масла, для которого определяется ИВ, определена опытным путём и она составила 63сСт. Определяем ИВ по формуле

, (4.2)

где n₁ – кинематическая вязкость при 40⁰С исследуемого масла;

n₂ – кинематическая вязкость при 40⁰С эталонного масла с ИВ = 0;

n₃ – кинематическая вязкость при 40⁰С эталонного масла с ИВ = 100.

 

Для нашего примера

Величина ИВ может быть определена по номограмме. Для этого нужно знать вязкость исследуемого масла при 50 и 100⁰С. Для масла М4_З/10Г₁ вязкость при 50 и 100⁰С составила 43 и 10 сСт. Чтобы определить ИВ моторного масла по номограмме, необходимо восстановить перпендикуляры от известных значений вязкости при 50 и 100⁰С, и точка пересечения с наклонной прямой на номограмме покажет ИВ для данного масла. По номограмме ИВ=130.

Для легкого запуска двигателя при отрицательных температурах (ниже – 20⁰С) ИВ должен быть не менее 120.

 

 

Таблица 4.2

Основные показатели качества масел для бензиновых двигателей

(ГОСТ 10541-78)