Цель и задачи лабораторной работы

Формирование и закрепление знаний по разделу курса «Моторные масла». В результате исследования образца студент должен определить сорт и марку, дать заключение о качестве моторного масла.

Приобретение навыков по оценке качества моторного масла путем оценки изменения вязкости в зависимости от температуры, определения индекса вязкости, температуры вспышки, наличия воды и механических примесей.

Последовательность выполнения работы

2.1. Определить вязкость масла при 40 ⁰С 50 ⁰С 60 ⁰С 80 ⁰С и 100 ⁰С.

2.2. Вычислить отношение вязкости при 50 °С к вязкости при 100 °С

2.3. Определить индекс вязкости: по ГОСТу 25371-97

2.4. Построить вязкостно-температурную характеристику масла.

2.5. По полученным значениям показателей качества дать заключение о пригодности масла к эксплуатации.

4.3. Оборудование и приборы:вискозиметр, термостат VIS-T.

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 наих 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.

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 центробежный; 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, 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.

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.

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.

                                                       4.8. 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)

                                                            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

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

Лабораторная работа № 5

 Исследование свойств консистентных смазок