Оценка степени изменения вязкости

В процессе работы происходит изменение вязкости масла. Это обусловлено протеканием двух взаимопротивоположных процессов. Накопление в масле продуктов окисления и полимеризации, попадание продуктов износа и других примесей, а также частичное испарение наиболее легкокипящих фракций вызывают увеличение вязкости. В то же время попадание в масло топлива и механическая деструкция загустителя уменьшают вязкость. Интенсивность этих процессов зависит от температурных условий, нагрузок в узлах трения, качества масла и топлива и прочих факторов. Значительное изменение вязкости может привести к следующим явлениям: повышенному износу пар трения, ухудшению запуска двигателя, ухудшению прокачивания масла по системе смазки, плохому отводу тепла от рабочих поверхностей и их очистке от загрязнения. Вот неполный перечень немаловажных эксплуатационных факторов, зависящих от вязкостных свойств масла.

 

Определение кинематической вязкости масел по ГОСТ 33-82

Кинематическая вязкость масел определяется в капиллярном вискозиметре по ГОСТ 33-82 подобно определению вязкости топлив. Различие имеется в температуре определения и диаметре капилляра используемых вискозиметров. В соответствия со стандартами на масла вязкость определяют при температуре 100 ⁰С, 40 ⁰С и 50 ⁰С и лишь для отдельных марок зимних масел предусмотрено дополнительное определение вязкости при 0 ⁰С.

Капиллярные вискозиметры типа ВПЖ-4 (рис. 4.1) представляют собой стеклянную U - образную трубку с тремя расширениями, в узкое колено которой впаян капилляр. Диаметры капилляров могут быть различны (от 0,4 до 3,0 мм). При определении вязкости выбирают вискозиметр с таким диаметром капилляра, чтобы время перетекания масла при заданной температуре было в пределах 150 ÷300 секунд.

Над капилляром помещены два расширения объемом по 5 мл каждый. Между расширениями и над капилляром нанесены метка А и Б. На стенке расширения вискозиметра нанесены его номер и размер капилляра, которые соответствуют данным паспорта.

Основу метода определения кинематической вязкости с помощью вискозиметра составляет определение времени истечения через капилляр калиброванного объема жидкости. Вязкость определяют по методике, описанной в работе 4.

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)

Показатели	Марки масел
М-8-В1	М-4з/6-В1	М-6з/10-В1	М-5з/10-Г1	М-6з/12-Г1
Вязкость, мм^2/с
при 100 ^0С	8±0,5	5,5-6,5	9,5-10,5	10-11
при 0^0С		------	------	------	------
при –18 ^0С	-----	1100-2600
при –30 ^0С	-----		------	------	------
Индекс вязкости, не менее
Температура вспышки в открытом тигле, ^0С, не ниже
Температура застывания, ^0С, не выше	-25	-42	-40	-38	-30
Плотность при 20 ^0С, кг/м^3, не более
Содержание мех. примесей, %, не более	0,02	0,015	0,02	0,015	0,015
Содержание воды, %, не более	Следы

Выводы:

1.В данной лабораторной работе мы ознакомились с методами определения основных показателей качества моторного масла SAE 5W-40. Оценили зависимость вязкости от температуры. Данные эксперимента помещены в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

t, ^0C
Кинематическая вязкость, сСт							9,5

 

2. Индекс вязкости находили расчетным путем, и он составил 136. Надежный запуск двигателя обеспечивается до температуры -30 ⁰С.

Лабораторная работа № 5