Використання закономірностей зміни показників моторного масла для діагностування технічного стану двигунів. Спектральний аналіз

Технічний стан двигуна внутрішнього згорання при його експлуатації можна контролювати без розбирання за зміною величин показників моторного масла. Тому, значення фізико-хімічних показників можуть використовуватися не тільки для контролю характеру експлуатації двигунів, але і для оцінки стану і придатності масла до подальшої роботи.

У фахівців існує думка, що 50% зносу двигуна припадає на останні 20% терміну служби масла. Таким чином, вважається, що основною задачею зберігання працездатності двигуна, є визначення моменту, коли масло відпрацювало 80% свого ресурсу, і заміну його з одночасною заміною масляного фільтра.

У зв'язку з цим, великий науковий і практичний інтерес набувають методи оцінки гранично-припустимої якості масла і вплив на технічний стан двигуна.

Самий простий і попередній аналіз якості відпрацьованого масла може бути проведений візуально.

Наявність вільної води або емульсії свідчать про втрату герметичності системи охолодження. Інтенсивний коричневий колір масла свідчить про накопичення у ньому великої кількості лакових відкладень, а чорний – часток сажі. Слід зазначити, що колір масла не є критичним параметром, за яким можна об'єктивно оцінити його граничний стан.

Ріст рівня масла у картері і, отже, зниження в’язкості може свідчити про наявність у бензині важких фракцій, які не випаровуються при роботі і стікають по стінках циліндрів у картер, а для дизелів – за несправністю паливної апаратури.

Більш об'єктивна оцінка працездатності моторного масла може бути встановлена шляхом лабораторного аналізу проб масла із визначенням фактичних величин фізико-хімічних показників відпрацьованого масла за існуючими стандартними методиками.

Ефективним методом аналізу стану відпрацьованого масла є спектрографічне визначення у ньому металевих продуктів зносу, різновид і кількість яких свідчить про інтенсивність зношування деталей двигуна внутрішнього згорання. Тобто, різке збільшення заліза у маслі свідчить про зношування таких деталей двигуна, як гільза, кільця, кулачки штовхачів, вкладиші підшипників, вал і т.п. Для цього необхідно мати інформацію про динаміку зміни значень основних показників, що оцінюють працездатність двигуна, а також про характер накопичення заліза у маслі за період роботи. По розроблених номограмах визначається залишковий ресурс двигуна та вузла механізму.

Ріст кремнію у маслі свідчить про погане очищення повітря від пилу, що потрапляє у двигун.

Слід зазначити, що метод періодичного відбору проби масла з працюючого двигуна з аналізом на предмет оцінки його працездатності по гранично припустимим значенням показників, дає можливість одержати інформацію про характер процесів, що протікають у маслі, роботу, як окремих систем і механізмів двигуна, так у цілому його технічний стан.

Оцінка технічного стану двигунів без розбирання з визначенням залишкового моторесурсу, є дуже актуальною у плані підвищення ефективності використання машинно-тракторного парку. З цією метою широко застосовуються різноманітні прилади і методи (за кількістю газів, які прориваються у картер двигуна, за тиском масла у головній магістралі, за кількістю заліза, знятого з центрифуги і т.д.)

Розрізняють два типи прогнозування технічного стану складових частин машини: середньостатистичний і тип реалізації зміни параметрів складових частин конкретної машини.

Середньо – статистичне прогнозування засноване на статистичній обробці й аналізі середніх результатів, які отримані у процесі розробки, виробництва та експлуатації машини з наступним встановленням єдиних допустимих параметрів технічного стану і єдиної періодичності обслуговування однотипних складових частин.

Використання середньо – статистичного прогнозування потребує встановлення єдиної періодичності планового технічного обслуговування і ремонту для усіх однойменних складових частин однотипних машин. Перевагою цього виду прогнозування є спрощення організації і планування технічного обслуговування і ремонту машин, але при цьому виникає таке явище, як неповне використання ресурсу вузлів і агрегатів окремих однотипних машин.

Прогнозування по реалізації засноване на виявленні швидкості зміни параметрів технічного стану складових частин машини шляхом безпосередніх вимірів їх значень з наступною обробкою. При цьому є можливість визначення ресурсу складових частин і машини в цілому. Однак, такий процес збільшує трудомісткість виконання вимірів значень параметрів, ускладнює організацію і планування ремонтно-обслуговуючих робіт. Цей вид прогнозування може бути застосований для вузлів машин, по яким визначається міжремонтний ресурс машини в цілому, наприклад, стан кривошипно-шатунного механізму двигуна.

Однією з найважливіших складових частин процесу старіння масел є спрацьованість присадок за рахунок зниження масової частки вхідних активних елементів. Існують різноманітні методи оцінки спрацьованості присадок.

Метод спектрального аналізу заснований на властивості кожного хімічного елемента давати індивідуальну лінію поглинання у спектрі. Можливості цього методу розширилися із застосуванням комп'ютерів.

Спектральний аналіз масла дозволяє встановити наявність у ньому активних елементів присадок (фосфору, барію, кальцію, цинку та ін.), а також інтенсивність накопичення у маслі продуктів зношування деталей, що дає можливість оцінити характер експлуатації двигуна і його технічний стан.

Масову частку активних елементів присадок у маслі визначають шляхом порівняння інтенсивності ліній спектрів поглинання у зразку випробуваного масла з еталонними. Визначення за одне дослідження декількох елементів, висока точність і швидкість сприяли широкому поширенню спектрального методу в оцінці працездатності масел і технічного стану вузла, агрегату, двигуна.

Вітчизняна та міжнародна класифікація моторних масел

На цей час багато виробників масел випускають продукцію під фірмовою назвою, тому позначення моторних масел та їх застосування варто розглядати тільки з зору їх приналежності до класу в’язкості і до групи за експлуатаційними властивостями.

Сучасна поширена класифікація моторних масел здійснюється відповідно до таких стандартів і систем:

– класифікація за ГОСТ 17479.1–85;

– система (SAE) – товариство автомобільних інженерів США;

– система (API) – американський інститут нафти;

– система (ACEA) – асоціація європейських виробників автомобілів;

– система (AAI) – асоціація автомобільних інженерів Російської Федерації.

Класифікація масел за в’язкістю

Відповідно до ГОСТ 17479. 1–85 моторні маслі поділяються на зимові, літні і всесезонні (табл. 3).

Таблиця 3. Класифікація моторних масел за в’язкістю відповідно до ГОСТ 17479.1–85

Клас в’язкості		Кінематична в’язкість, мм2/с, при температурі
		100 оС	Мінус 18 оС, не більше
Зимові
3з	 3,8		1250
43	 4,1		2600
53	 5,6		6000
6з	 5,6		10400
Літні
6	5,6 до 7,0		-
8	7,0 до 9,3		-
10	9,3 до 11,5		-
12	11,5 до 12,5		-
14	12,5 до 14,5		-
16	14,5 до 16,6		-
20	16,3 до 21,9		-
24	21,9 до 26,3		-
Всесезонні
3з/8	7,0 до 9,3		1250
43/6	5,6 до 7,0		2600
43/8	7,0 до 9,3		2600
43/10	9,3 до 11,5		2600
53/10	9,3 до 11,5		6000
53/12	11,5 до 12,5		6000
53/14	12,5 до 14,5		6000
63/10	9,3 до 11,5		10400
63/14	12,5 до 14,5		10400
63/16	14,5 до 16,3		10400

Примітка. Дрібні класи вказують, що за в’язкістю при температурі мінус 18 С масло відповідає класу, зазначеному у чисельнику, а по в’язкості при 100^оС – класу, зазначеному у знаменнику.

Класифікація моторних масел за експлуатаційними властивостями

У залежності від області застосування, моторні масла за експлуатаційними властивостями, згідно ГОСТ 17479. 1–85, поділяють на групи А, Б, В, Г, Д і Е (табл. 4).

Таблиця 4. Групи моторних масел за призначенням й експлуатаційними властивостям

Група масла за експлуатаційними властивостями		Рекомендована область застосування
А		Нефорсовані бензинові двигуни і дизелі
Б	Б1	Малофорсовані бензинові двигуни, що працюють в умовах, які здатні утворювати високотемпературні відкладення і корозію підшипників
	Б2	Малофорсовані дизелі
В	В1	Середньофорсовані бензинові двигуни, що працюють в умовах, які здатні окислювати масло і утворювати відкладення усіх видів
	В2	Середньофорсовані дизелі, що пред’являють вимоги до антикорозійних, протизносних властивостей масел і здібності передувати утворенню високотемпературних відкладень
Г	Г1	Високофорсовані бензинові двигуни, що працюють у важких умовах експлуатації, здатні окислювати масло і утворювати відкладення усіх видів і корозії
	Г2	Високофорсовані двигуни без наддуву або із помірним наддувом, що працюють в умовах, які здатні до утворення високотемпературних відкладень
Д	Д1	Високофорсовані бензинові двигуни, що працюють у важких умовах експлуатації, і є більш важкими, ніж масла групи Г1
	Д2	Високофорсовані дизелі із наддувом, що працюють у важких умовах експлуатації, або коли застосоване паливо потребує використання масел з високою нейтралізуючою здатністю, протикорозійними, протизносними властивостями, малій здатності до утворення високотемпературних відкладень
Е	Е1 Е2	Високофорсовані бензинові двигуни і дизелі, що працюють у більш важких умовах експлуатації, ніж для масел групи Д1 и Д2 Відрізняються підвищеною диспергируючою здібністю, кращими протизносними властивостями

Групу моторних масел встановлюють за результатами оцінки їх властивостей при розробці нових масел і постановки на виробництво, а також при періодичних випробуваннях товарних масел.

Марки моторних масел, що застосовуються в автомобілях, тракторах, тепловозах, сільськогосподарській, дорожній, судовій та інший техніці, встановлює ГОСТ 17479.1–85. Позначення марки складається з груп знаків:

• перша позначається буквою М (моторне) і не залежить від складу і властивостей масла;

• друга позначається цифрами, що характеризують клас кінематичної в’язкості;

• третя – однієї чи двома прописними буквами (з індексами або без), і позначає приналежність до групи масел за експлуатаційними властивостях. Індекс 1 присвоюється маслам для бензинових двигунів, індекс 2 – дизельним маслам. Універсальні масла позначають буквою без індексу або двома різними буквами з відповідними індексами.

Припускається після основного позначення вказувати в дужках малими літерами і/або цифрами додаткові знаки, що характеризують відмінні риси моторного масла. Наприклад, (з) – для масел, що містять згущені присадки, (к) – для «камазовських» масел, (рк) – для робочо-консерваційних масел.

Приклади позначення моторних масел:

М-8-В₁,

де М – моторне масло;

8 – клас в’язкості;

В₁ – масло для середньо-форсованих бензинових двигунів.

М-6₃/10-В,

де М – моторна масло;

6₃/10 – клас в’язкості;

В – універсальне масло для середньо-форсованих дизельних і бензинових двигунів.

М-4₃/8-В₂Г₁,

де М – моторна масло;

4₃/8 – клас в’язкості;

В₂Г₁ - масло для використання, як у середньо-форсованих дизелях (В₂), так і високо-форсованих бензинових двигунах (Г₁).

Класифікація в’язкості за системою SAE

Остання редакція класифікації моторних масел по в’язкості (SAE) була затверджена у 1997 році (табл. 5).

Таблиця 5

Показник		Клас в’язкості
		20	30	40	50	60	0W	5W	10W	15W	20W	25W
В’язкість кінематична при 100 оС, мм2/с	не нижче	5,6	9,3	12,5	16,3	21,9	3,8	3,8	4,1	5,6	5,6	9,3
	не вище	9,3	12,5	16,3	21,9	26,1	-	-	-	-	-	-

Згідно з класифікацією SAE, масла поділяються на: