Разработка методики оперативной оценки антизадирных свойств масел для двухтактных бензиновых двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат наук Самусенко Владимир Дмитриевич

• Самусенко Владимир Дмитриевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Самусенко Владимир Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 МАСЛА ДЛЯ ДВУХТАКТНЫХ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И МЕТОДЫ ИХ ИСПЫТАНИЙ

1.1 Условия работы и тр е б о в ан ия, пр е дъявля ем ы е к м асл ам для дв ухтакт ных бензиновых дв иг ат ел ей

1.2 Особенности состава масел для двухтактных бензиновых двигателей

1.3 Классификации и методы испытаний масел для двухтактных бензиновых двигателей

1.3.1 Методы испытаний по классификации API

1.3.2 Методы испытаний по классификации JASO

1.3.3 Методы испытаний по классификации ISO

1.3.4 Методы испытаний по классификации NMMA

1.3.5 Моторные испытания

1.3.6 Испытания на установке ИМЗ-2ТД

1.3.7 Лабораторные методы оценки трибологических свойств

1.3.8 Оценка термоокислительной стабильности масел

1.4 Характеристика детергентов и их влияние на смазочную способность

масел

Выводы по главе 1, постановка цели и задач исследования

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования

2.2.1 Оценка трибологических характеристик масел температурным методом

2.2.2 Метод высокотемпературного каталитического окисления масел

2.2.3 Определение элементного состава поверхностей трения

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕТЕРГЕНТОВ НА СМАЗОЧНЫЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ

3.1 Оценка температурной стойкости детергентов

3.2 Исследование поверхности

3.3 Взаимодействие детергентов с присадками других типов

3.3.1 Взаимодействие с дисперсантом (сукцинимид)

3.3.2 Взаимодействие с диалкилтитиофосфатом цинка

Выводы по главе

ГЛАВА 4 МЕХАНИЗМ СМАЗОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ МАСЕЛ ДЛЯ

ДВУХТАКТНЫХ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Выводы по главе

ГЛАВА 5 ЛАБОРАТОРНАЯ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПРОТИВОЗАДИРНЫХ СВОЙСТВ МАСЕЛ ДЛЯ ДВУХТАКТНЫХ БЕНЗИНОВЫХ Д.ВИ.ГАТЕЛ.ЕЙ

5.1 Смазочные свойства масел для двухтактных бензиновых двигателей

5.2 Моющая способность масел для двухтактных бензиновых двигателей

5.3 Термоокислительная стабильность масел для двухтактных бензиновых двигателей

5.4 Оценка противозадирных свойств масел для двухтактных бензиновых

двигателей

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

102

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики оперативной оценки антизадирных свойств масел для двухтактных бензиновых двигателей»

Актуальность темы

В настоящее время двухтактные бензиновые двигатели (ДТБ Д) получили большое распространение в разных сферах производственной деятельности. В связи с этим вырос интерес к моторным маслам соответствующего назначения, так как их использование является одним из необходимых условий надежной и долговечной эксплуатации ДТБ Д. В связи с особенностями конструкции ДТБ Д, для оценки качества таких масел требуются методы, учитывающие специфику их функционир ования.

Почти во всех ДТБД применяются масла, полностью утрачиваемые в процессе эксплуатации. Масло не циркулирует, как в четырёхтактных двигателях, а вводится в топливо. Часть масла оседает на деталях двигателя, образуя тонкие защитные пленки на поверхностях трения, а оставшаяся часть сгорает вместе с топливом в камере сгорания. Поэтому наиболее важными эксплуатационными свойствами масел для ДТ Б Д являются моющие и противозадирные. Первые обеспечивают требуемую чистоту камеры сгорания, в то время как вторые позволяют исключить возможное заклинивание поршня в цилиндре и выход двигателя из строя.

Специфика функционирования масел в ДТБ Д предопределяет их состав. Эти масла содержат порядка 82-93% базового масла, а также различные присадки, которые обеспечивают им требуемые характеристики. Точно так же, как и в маслах для четырёхтактных двигателей, в маслах для двухтактных дви.гателей содержатся противоизносные, моюще-диспергирующие присадки, небольшие количества антиоксидантов, ингибиторов коррозии, антипенных присадок и присадок, улучшающих текучесть (депрессоров), но подбор их обусловлен особенностями работы ДТ Б Д.

Одним из основных компонентов современных моторных масел являются моющие присадки (детергенты). Они проявляют нейтрализующее и стабилизирующее, а также непосредственно моющее действие. Помимо этого,

согласно литературным данным, детергенты обладают определёнными антифрикционными и противоизносными свойствами, а также влияют на трибологические свойства присадок других типов. Таким образом, они могут оказывать значительное влияние на трибологические свойства смазочной композиции. Поэтому поведение детергентов в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) представляет значительный интерес.

Одной из важнейших характеристик масел для ДТБД является их способность противодействовать подклиниванию поршня в цилиндре двигателя. Это явление приводит к резкому падению КПД двигателя и может привести к окончательному заклиниванию и выходу двигателя из строя. Способность масел предотвращать такие явления в настоящей работе предлагается называть «противозадирными (антизадирными) свойствами масел для Д ТБД».

Актуальность работы заключается в необходимости иметь в оперативном управлении надёжный химмотологический способ оценки качества масел для ДТБД на этапе разработки продукции (оптимизации состава) или на случай принятия решений в крайне сжатые сроки на ограниченном количестве образца. Целесообразность такой постановки диктуется также Постановлением Правительства РФ от 11.10.2012 №1036, касающимся необходимости уделять особое внимание объективной химмотологической оценке продукции, поставляемой по гособоронзаказу.

В настоящее время в России общепринятых и надёжных лабораторных методов, позволяющих оперативно оценивать противозадирные свойства моторных масел для ДТБ Д, не существует. Поэтому работа по созданию метода предварительной оценки в лабораторных условиях противозадирных свойств масел для двухтактных двигателей является актуальной. Также важной задачей является выявление влияния характерных детергентов на смазочные свойства масел для ДТБ Д.

Степень разработанности темы

Первый в СССР моторный метод, позволивший разработать специализированное моторное масло для ДТБ Д, разработан В.Ф. Филиповым,

В.М. Буколовым, В.М. Гаврюхиным. В дальнейшем Ю.К. Исаенко и Н.Г. Загородний создали моторную установку, для которой разработали методы оценки противозадирных и моющих свойств масел для ДТБД. Исследования в данном направлении велись Е.М. Мещериным, М.Е. Островской. Разработкой масел для двухтактных двигателей в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина занимались Г.И. Шор и его ученики. В МГАУ им. В.П. Горячкина исследовали обкатку двухтактных двигателей А.В. Карпенков, В.В. Стрельцов, А.М. Колокатов. Тем не менее, к выделению масел для ДТБД из группы моторных масел проделанная ими работа не привела, хотя требования к этим маслам отличаются от требований, предъявляемых к маслам для четырёхтактных двигателей. Направление по исследованию масел для Д ТБ Д в России остаётся недостаточно развитым.

В США, Японии и Европе исследованию и контролю качества масел для ДТБД уделяется гораздо больше внимания. Они выделяются в отдельную группу, имеют собственные классификации, разработанные организациями API, NMMA, JASO и ISO, для них сформированы методы оценки основных показателей.

Большое внимание маслам для ДТБ Д уделяется в азиатских странах в связи с тем, что там в городах в больших количествах используются транспортные средства с двухтактными бензиновыми двигателями. Так в Индии маслами данного назначения занимались V.K. Jain, R.P.S. Bisht, M. Gupta, A.K. Singh и другие. В Таиланде установлен государственный стандарт по контролю за качеством масел для Д ТБ Д.

В Украине занимались разработкой масел на растительной основе И.И. Сысенко и В.В. Войтов, с целью повышения износостойкости трибологических узлов двухтактных двигателей.

Недостаточное внимание в России исследованиям и разработке моторных масел, предназначенных специально для ДТ Б Д, привело к тому, что основную часть рынка таких масел занимают масла иностранного производства.

Целью диссертационной работы являлась разработка лабораторной методики оперативной оценки противозадирных свойств масел для ДТБ Д.

Основные задачи исследования:

1. Исследовать влияние на противозадирные свойства масел присадок: сульфонатов и фенолятов кальция, диалкилдитиофосфатных и сукцинимидных.

2. Исследовать механизм смазочного действия масел для ДТБ Д.

3. Разработать лабораторную методику оценки противозадирных свойств масел для ДТБ Д.

4. Провести апробацию методики оперативной оценки противозадирных свойств масел для ДТБ Д на товарных образцах масел.

Научная новизна работы

1. Предложено объяснения механизма смазочного действия масел для двухтактных бензиновых двигателей, согласно которому происходит адсорбция на нагретой металлической поверхности детергентов и их последующее «выгорание» с неё вместе с предвестниками высокотемпературных отложений при высокой температуре. Эффективность собственно моющего действия возрастает с повышением степени «выгорания» присадок с поверхности, что, приводит к уменьшению количества высокотемпературных отложений. Вместе с тем, уда..лен.ие («вы..гора...н..ие») детергента с поверх..ности при..вод..ит к её «оголен..и..ю», что повышает вероятность появления задира в узле трения.

2. Показано, что при граничной смазке детергенты в условиях объёмного нагрева имеют схожие с химически активными присадкам зависимости коэффициента трения от температуры. Так при испытании ПАО-4 с детергентами под воздействием температуры и трения на поверхности образуется защитный слой, способствующий снижению трения и износа.

3. Методом энергодисперсионной спектроскопии установлено, что образование защитной плёнки, обеспечивающей снижение трения, имеет место только на поверхности трения. В зоне пятна износа образуется плёнка, содержащая кальций и серу при испытании сульфоната кальция, а при испытании фенолята кальция выявлено содержание в плёнке только кальция.

4. При испытаниях композиций, содержащих сульфонаты кальция, установлено, что по мере повышения их щелочности в центре пятна износа увеличивается содержание кальция, а содержание серы уменьшается. Теоретическую и практическую значимость работы Разработана и утверждена к применению АО "ВНИИ НП", ФГБУН Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, ФАУ "25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России" и ЗАО фирма "НАМИ-ХИМ" методика оперативной оценки противозадирных свойств масел для ДТБД (приложение 1). Методика предназначена для предварительной оценки смазочной способности масел на этапе их создания и оптимизации их композиций. Методы и методология исследования.

Для выполнения исследования использовали методы - экспериментальной о ц е нки температурной стойкости смазочных материалов при трении и оценки термоокислительной стабильности масел по уровню их оптической плотности, многократно успешно опробованные в научных исследованиях. Применялись методы математической обработки результатов экспериментов. Элементный состав поверхностей трения определяли методом энергодисперсионной спектроскопии при помощи установки FEI Quanta 200. Положения, выносимые на защиту

1. Предложенный механизм смазочного д е й с т в ия м ас ел для д в ухт акт ны х б енз ин о в ы х дв и г ат ел е й.

2. Лабораторная методика оценки противозадирных свойств масел для ДТБД.

3. Влияние на трибологические свойства масел детергентов и их смесей с присадками других типов (диалкилдитиофосфатом цинка и сукцинимидом).

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность экспериментальных данных и выводов обусловлена проведением проверочных экспериментов и статистической обработкой экспериментальных данных.

Основные результаты диссертационной работы прошли апробацию в виде выступлений автора и обсуждении на научных конференциях и семинарах, в

частности: X юбилейной Всероссийской научно-технической конференции с участием иностранных специалистов «Трибология - машиностроению», ИМАШ РАН, Москва, 2014; XIX Московской международной межвузовской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы», 2015; Международной научно-технической конференции «Полимерные композиты и трибология», ИММС НАНБ, Гомель, 2015; IV Международной научно-практической конференции «Техника и технологии трибологических исследований», Иваново, 2015; IV Международной научной конференции «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении», ИМАШ РАН, Москва, 2015; XXVII Международной Инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов, ИМАШ РАН, Москва, 2015; XX Международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2016», НИУ МГСУ, Москва, 2016; XI международной научно-технической конференции «Трибология -машиностроению», ИМАШ РАН, Москва, 2016.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 6 публикаций в центральных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Благодарности

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность за ценные советы и рекомендации при работе над диссертацией своему научному руководителю д.т.н. А.И. Доценко, за руководство при проведении экспериментальных исследований и обсуждение результатов д.т.н. И.А. Буяновскому, за предоставление материалов для проведения исследования и сотрудничество д.т.н. В.Л. Лашхи и д.т.н. А.Л. Чудиновских, за поддержку и ценные замечания к.т.н. Л.Н. Багдасарову и к.т.н. И.Р. Татуру

ГЛАВА 1 МАСЛА ДЛЯ ДВУХТАКТНЫХ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

И МЕТОДЫ ИХ ИСПЫТАНИЙ

Двухтактные бензиновые двигатели применяются в оборудовании, где основными параметрами для выбора двигателя являются высокая удельная мощность, низкая цена и малый вес. Эти двигатели, в частности, используются в строительном оборудовании (виброплиты, бензорезы, резчики швов и др.), небольших генераторах электрического тока, в коммунальном и лесопарковом хозяйстве (триммеры, мотобуры, воздуходувки, бензопилы), моторных лодках (подвесные лодочные двигатели), мотоциклах, летательных аппаратах [1] и другой малогабаритной технике [2].

Главными недостатками двухтактных бензиновых двигателей являются их неэкономичность - более высокое потребление топлива и масел по сравнению с четырёхтактными двигателями, а также высокое дымление. Это ограничивает возможности использования ДТБД в связи с ужесточающимися экологическими требованиями к технике. Поэтому уделяется повышенное внимание улучшению экологичности ДТБД. Данная цель может быть достигнута путем совершенствования конструкции двигателей [3] и оптимизацией состава масел.

1.1 Условия работы и требования, предъявляемые к маслам для двухтактных бензиновых двигателей

Одной из главных конструктивных особенностей ДТБД является отсутствие почти во всех таких двигателях системы смазки. В топливо вводится рекомендуемое количество моторного масла, и через карбюратор эта топливно-масляная смесь попадает в двигатель. Смесь проходит через двигатель с большой скоростью, часть масла оседает на деталях в виде тонкой плёнки, и именно она осуществляет смазку. Оставшаяся часть масла сгорает вместе с топливом в камере сгорания. Для простых двигателей масло предварительно смешивается вручную с бензином в соотношении от 1:20 до 1:100. В более прогрессивных конструкциях

двигателей применяются автоматические системы дозирования, в которых масло вводится в топливо в зависимости от нагрузки на двигатель. В подобных системах типичные соотношения от 1:50 до 1:400 [4].

Таким образом, в ДТБД масло рассчитано на одноразовое действие, а масла для четырёхтактных двигателей, в которых используется циркуляционная система смазки, предназначены для длительной эксплуатации б е з з а м е н ы. Масло предназначенное для Д Т Б Д должно создавать прочные плёнки на поверхностях трения. Если прочность масляной плёнки недостаточна, особенно п р и высоких температурах, т о наблюдаются повышенные и з н о с ы поршней, поршневых кол ец , цилиндров, подшипников и других д ет ал ей. А если для двигателя также характерны высокие контактные нагрузки, то возможно появление серьезных повреждений поверхности деталей: прихваты, задиры. Эта особенность обуславливает следующие требования к маслу для Д Т Б Д: оно должно обеспечивать п р и незначительном содержании в топливной с м е с и высокие смазочные свойства и при этом сгорать с образованием минимального количества сажи, золы и углеродистых отложений; масло должно хорошо смешиваться с топливом, не ухудшая эксплуатационных характеристик последнего и не снижая надежности и экономичности двигателя.

Другая особенность Д ТБ Д состоит в том, что рабочий процесс в них осуществляется за два хода поршня (2 такта), то есть на каждом обороте коленчатого вала, вследствие чего в единицу времени выделяется большее количество тепла по сравнению с четырёхтактным двигателем.

Условия работы ужесточаются также из-за того, что процесс наполнения свежей смесью и очистка цилиндра от отработавших газов в связи с отсутствием клапанного распределения (еще одна особенность Д Т Б Д) протекает почти одновременно, и невозможно избежать утечки части топливовоздушной смеси и перемешивания свежей смеси с частью продуктов сгорания в период продувки. Практически на протяжении всего рабочего процесса масло в Д Т Б Д подвергается действию высоких температур и давлений, а в конце такта сжатия, как уже

указывалось выше, оно сгорает вместе с топливом. В центре головки поршня температура в большинстве с л уч а ев выше 300° С (рисунок 1.1) [5].

С 400 Условия испытания:

350 полная нагрузка, 6000 мин1

300

250

200 1

2

150

100

1 ! : : ; . ( 1___

з | 1

0 Ь, мм

Рисунок 1.1 - Распределение температуры поршня автомобильного двигателя по высоте: 1 - двухтактный двигатель с воздушным охлаждением; 2 - четырёхтактный двигатель с воздушным охлаждением [5]

По мнению авторов обзора [6], наиболее корректно распределить требования к маслам для ДТБД по значимости в зависимости от типа двигателя, его назначения и эксплуатационных характеристик (таблица 1.1), т.к. в двигателях

разного назначения, разной степени нагрузки и разных конструктивных исполнений эти требования будут иметь различную значимость.

Таблица 1.1 - Требования к маслам для ДТБД в зависимости от области назначения двигателей [6]

Требования Область назначения ДТБД

Мотоциклы, мопеды, мотороллеры Подвесные лодочные моторы Бензопилы Генераторы Культиваторы, газонокосилки Снегоходы

Предотвращать интенсивный износ и задир поршня при условии минимального поступления масла в зоны трения 1 1 1 1 1 1

Обеспечивать полную подвижность поршневых колец 1 1 1 1 1 1

Предотвращать отложения лака и нагара на деталях 1 1 1 1 1 1

Не вызывать замыкания свечей зажигания 2 2 2 1 2 2

Предупреждать калильное зажигание, предотвращая преждевременное воспламенение топливной смеси 2 2 2 2 2 2

Предотвращать коррозию и ржавление деталей 2 1 2 2 2 2

Обеспечивать полную смешиваемость и стабильность смеси при хранении и эксплуатации при температуре окружающего воздуха от -40° до 40° С 3 3 2 3 3 2

Обеспечивать хорошую прокачиваемость смеси в системе 2 2 2 2 2 2

Не снижать октановое число бензина более чем на 1 -2 единицы 3 3 3 3 3 3

Не содержать токсичных компонентов 2 2 1 1 2 2

Сгорать полностью без дымного выхлопа 2 2 1 2 1 2

Предотвращать отложения в системе выхлопа 2 2 2 2 2 2

Разлагаться в воде и почве 3 1 1 - 3 -

Примечание: цифрами 1,2,3 обозначена степень важности отдельных требований к маслу для конкретного типа двигателя.

Как видно из таблицы 1.1. для двухтактных двигателей разных типов на первое место ставятся такие характеристики масел, как смазочная способность -снижение интенсивности изнашивания и предотвращение задира поршня; сохранение общей чистоты двигателя от нагара и лакообразования в течение длительного времени для увеличения сроков межремонтных периодов.

1.2 Особенности состава масел для двухтактных бензиновых

двигателей

Для надежной эксплуатации и долговечности ДТБД нуждаются в специальных маслах. Применение высококачественных масел в низких концентрациях в топливе увеличивает ресурс двигателей, снижает эксплуатационные расходы и уменьшает загрязнение окружающей среды. Такой важный показатель как образование лако- и нагароотложений в зоне поршневых колец и камере сгорания, влияющий на работу двигателя [7], при использовании специального масла М-12ТП снижается в 2-4 раза (рисунок 1.2) [6].

Рисунок 1.2 - Сравнение склонности к нагарообразованию моторных масел в двигателях различного назначения: I - стационарный двигатель СД-60Б; II - бензопила; III - мотоцикл; IV - лодочный мотор; V - снегоход [6]

Обычно используется следующий состав масел: примерно 82-93% об. основы (базового масла или смеси масел), остальное - различные присадки, которые придают маслам необходимые характеристики [4, 8]. В качестве основы используются нефтяные, частично синтетические и синтетические масла, в зависимости от желаемых характеристик. Также активно ведутся разработки по созданию масел для ДТБД на растительной основе [9-14]. Поскольку для большинства масел, использующихся в двухтактных двигателях, хорошие низкотемпературные характеристики необязательны, для достижения желаемой вязкости могут применяться брайтстоки [15]. Высококачественные масла для двухтактных двигателей, кроме углеводородных компонентов, часто содержат различные синтетические сложные эфиры, особенно в случае биологически разлагаемых масел, которые были специально разработаны для лодочных подвесных двигателей.

Присадки к маслам для двухтактных двигателей подбирают в соответствии с требованиями к ним. Точно так же, как и в маслах для четырёхтактных двигателей, в маслах для двухтактных двигателей содержатся противоизносные присадки, которые химически взаимодействуют с металлическими поверхностями, снижая интенсивность изнашивания в условиях граничной смазки. Наряду с традиционно применяемыми диалкилдитиофосфатами цинка, используют беззольные присадки типа сложных эфиров дитиофосфорной кислоты, алкиловых и ариловых эфиров фосфорной кислоты.

Для предотвращения образования отложений в камере сгорания и вокруг поршневых колец, а также поддержания продуктов загрязнения во взвешенном состоянии в масло вводят моюще-диспергирующие присадки (детергенты и дисперсанты). В мировой практике в качестве детергентов используются с ал иц и л ат ы , ф е н о л ят ы и с ул ь ф о н ат ы металлов, преимущественно кальция. Как диспергирующие агенты используют высокомолекулярные соединения, способные улавливать и удерживать загрязняющие примеси во взвешенном состоянии. Примерами веществ этих типов могут служить сукцинимиды, свойства

которых являются результатом химической связи полярного сукцинимида с маслорастворимыми полибутенами.

Кроме того, масла для двухтактных двигателей содержат в дополнение к противоизносным и моюще-диспергирующим присадкам небольшие количества антиоксидантов, ингибиторов коррозии, антипенных и депрессорных присадок.

Малодымные масла для двухтактных двигателей содержат значительное количество полибутенов (от 10 до 50%). Это полностью синтетические жидкости различных классов вязкости. По сравнению с нефтяными маслами эти жидкости, кроме хороших смазочных свойств, обеспечивают еще и намного более чистое сгорание, и значительно меньшую степень коксообразования [4, 15].

1.3 Классификации и методы испытаний масел для двухтактных

бензиновых двигателей

В мировой практике существует несколько классификаций моторных масел для ДТБД созданных организациями API, JASO, ISO и NMMA. Масла для двухтактных двигателей подразделяют на функциональные группы, дающие информацию об областях применения. Основным методом испытаний для масел, используемым для присвоения категорий, служат моторные испытания. Лабораторные испытания при присвоении категорий применяют для определения физико-химических свойств масел.

На этапе разработки масел для ДТБД в целях предварительной оценки их смазочных свойств используют различное лабораторное оборудование: машины трения возвратно-поступательного действия, дисковые машины, вибротрибометры, четырёхшариковые машины.

1.3.1 Методы испытаний по классификации API

В классификации A P I (American Petroleum Institute - Американский институт нефти) моторные масла для ДТБД разделены по назначению на 3 основные категории (таблица 1.2). Большая часть категорий являются

устаревшими [16] и классификация должна быть заменена на японскую JASO и глобальную ISO. Моторные испытания больше не выполняются в связи с тем, что регламентированные для испытаний двигатели перестали производиться. Однако на рынке все еще много масел классификации API, потому что эта система была широко распространена.

Таблица 1.2 - Категории масел для ДТБД по классификации API

Категория Назначение Двигатель для испытания Критерии для тестирования

TA Устаревшая Мопеды, газонокосилки, электрогенераторы, насосы Yamaha CB 50 S (50 см3) Заедание поршня, нагар в выхлопной системе.

TB Устаревшая Скутеры, маленькие мотоциклы Vespa 125 TS (125 см3) Преждевременное воспламенение, потеря мощности из-за отложений в выхлопной системе.

TC Действующая Мотоциклы высокой мощности, цепные пилы Yamaha Y 350 М2 (350 см3), Преждевременное воспламенение, потеря мощности из-за отложений в выхлопной системе.

Yamaha CE 50 S Заедание поршня, пригорание поршневых колец.

TD Устаревшая Подвесные лодочные двигатели Разработана для подвесных двигателей с водяным охлаждением, эта категория использовала идентичные испытания National Marine Manufacturers association (NMMA) категории TC-W.

Классификации ISO и JASO не регламентируют назначение масел, а подразделяют их на классы по уровню эксплуатационных свойств, определяемых комплексом моторных испытаний, при которых классифицируемые масла

сравнивают с эталонным маслом по смазочной способности, моющим свойствам, дымности отработавших газов и загрязнению отложениями выпускного тракта.

1.3.2 Методы испытаний по классификации JASO

В классификации JASO (Japan Automobile Standards Organization - Японская организация по стандартизации в области автомобилестроения), масла разделяются на четыре категории FA, FB, FC и FD. Основными методами испытаний для присвоения категорий являются моторные испытания [17].

Испытания проводятся для всех категорий на одних и тех же двигателях (таблица 1.3), а соответствующую категорию качества присваивают по заранее определенным пороговым значениям (таблица 1.4). Результаты испытаний определяют в сравнении с эталонным маслом (JATRE 1). Испытываемое масло по каждому критерию оценивается в баллах. Чем выше баллы по результатам испытаний, тем выше оцениваемые характеристики масла. Для присвоения определенной категории, необходимо чтобы по результатам испытаний масла, полученные баллы превышали установленные пороговые значения для этой категории. Ключевые испытываемые характеристики - смазочная способность и моющий эффект, а также склонность к образованию дыма и отложений в выхлопной системе.

Первая спецификация для малодымных масел была создана и сформулирована в JASO как FC. В дальнейшем была разработана категория JASO FD для малодымных масел с высокими моющими свойствами, соответствующая категории ISO-L-EGD.

Таблица 1.3 - Критерии оценки результатов моторных испытаний масел по классификации JASO

Используемый двигатель Тестируемый критерий Исследуемые параметры

Honda Dio AF 27 Смазочная способность Износ поршневых колец, приго-рание колец, заедание поршня

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Самусенко Владимир Дмитриевич, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Торхов, С.М. Двухтактные двигатели ультралегких и легких летательных аппаратов: справочное пособие / С.М. Торхов. - Пермь: Звезда, 2009. - 263 с.

2. Кондрашов, В.М. Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания / В.М. Кондрашов, Ю.С. Григорьев, В.В. Тупов и др. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

3. Hooper, P.R. Advanced modern low-emission two-stroke cycle engines / P.R. Hooper, T. Al-Shemmeri, M.J. Goodwin // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. - 2011. - V. 225. -№ 11. - P. 1531-1543.

4. Mang, T. Lubricants and lubrication / Mang, T., Dresel W. (ed.). - John Wiley & Sons, 2007. - 890 p.

5. Карпенков, А.В. Повышение качества обкатки двухтактных двигателей внутреннего сгорания при помощи металлосодержащих присадок к маслу: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03 / Карпенков Артем Владимирович - М., 2000. - 226 с.

6. Мещерин, Е.М. Масла для двухтактных бензиновых двигателей. Тематический обзор / Е.М. Мещерин, М.Е. Островская. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1989. - 72 с.

7. Лобанов, И.Е. Влияние слоя нагара на поверхностях камер сгорания на параметры рабочего тела / И.Е. Лобанов, А.И. Доценко // Механизация строительства. - 2009. - № 5. - С. 23-26.

8. Rudnick, L.R. (ed.). Synthetics, mineral oils, and bio-based lubricants: chemistry and technology / L.R. Rudnick (ed.). - CRC press, 2013. - 1008 p.

9. Воробьева, Е.В. Исследование и разработка экологически улучшенного масла для двухтактных бензиновых двигателей: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.07 / Воробьева Елена Владимировна. - М., 2001. - 90 с.

10. Облащикова, И.Р. Исследование рапсового масла в качестве основы альтернативных смазочных материалов: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.07 / Облащикова Ирина Рудольфовна. - М., 2004. - 104 с.

11. Sivasankaran, G.A. Jojoba-oil-based two-stroke gasoline engine lubricant / G.A. Sivasankaran, R.P.S. Bisht, V.K. Jain, M. Gupta, A. Sethuramiah, V.K. Bhatia // Tribology international. - 1988. - V. 21. - № 6. - P. 327-333.

12. Singh, A.K. Castor oil-based lubricant reduces smoke emission in two-stroke engines / A.K. Singh // Industrial Crops and Products. - 2011. - V. 33. - №2 2. - P. 287-295.

13. Kumar, G.S. Tribological and emission studies on two stroke petrol engine lubricated with sunflower methyl ester / G.S. Kumar, A. Balamurugan, S. Vinu, M. Radhakrishnan, G. Senthilprabhu // J Sci Ind Res. - 2012. - V. 71. - P. 562-565.

14. Сысенко, И.И. Повышение износостойкости трибосистем двухтактного двигателя применением моторных масел на растительной основе: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.04 / Сысенко Игорь Иванович. - Харьков, 2014. - 190 с.

15. Mortier, R.M. Chemistry and technology of lubricants. 3rd edn. / R.M. Mortier, M.F. Fox, S. Orszulik (eds). - London : Springer, 2010. - 560 p.

16. http://www.oilspecifications.org/api_2t.php (дата обращения 03.05.2016)

17. Two cycle gasoline engine oil performance classification (JASO M345) implementation manual, 1994 (revised 2004).

18. ISO 13738:2011 Материалы смазочные, индустриальные масла и родственные продукты (класс L). Группа Е (Масла для двигателей внутреннего сгорания). Технические условия на масла для двухтактных карбюраторных двигателей (категории EGB, EGC и EGD).

19. TC-W3®. NMMA Product Approval System.

20. Филипов, В.Ф. Подбор и моторная оценка эксплуатационных свойств масел и присадок к ним для двухтактных бензиновых двигателей / В.Ф. Филипов,

B.М. Буколов, В.М. Гаврюхин // Присадки к маслам: Труды второго всесоюзного научно-технического совещания. Под рук. Крейна С.Э. и др. - М.: Химия, 1966. -

C. 319-324.

21. Thai industrial standard 1040-2541. Two-stroke gasoline engine lubricating oil - 1998.

22. Авторское свидетельство №316009 Стенд для испытания моторных масел / В.Ф. Филиппов, Ю.К. Исаенко, Н.Г. Загородний, Н.Г. Однолько, Ю.Н. Веретенов

- Опубл. 01.10.1971.

23. Загородний, Н.Г. Исследование моторных свойств масел и присадок для двухтактных карбюраторных двигателей: дис. ... канд. техн. наук: 05.346 / Загородний Н.Г. - М., 1972. - 120 с.

24. Исаенко, Ю.К. Разработка метода оценки и исследования противозадирных свойств масел с присадками на двухтактных бензиновых двигателях: дис. ... канд. техн. наук: 05.346 / Исаенко Ю.К. - М., 1972. - 140 с.

25. Адель Хузама Исследование и разработка моторных топлив и масел на эмульсионной основе: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.07 / Адель Хузама. - М., 2001. - 135 с.

26. Матвеевский, Р.М. Температурный метод оценки предельной смазочной способности машинных масел / Р.М. Матвеевский - М.: Издательство Академии наук СССР, 1956. - 143 с.

27. Матвеевский, Р.М. Противозадирная стойкость смазочных сред при трении в режиме граничной смазки / Р.М. Матвеевский, И.А. Буяновский, О.В. Лазовская

- М.: Наука, 1978. - 192 с.

28. Жилко, В.Н. О связи между температурной стойкостью моторных масел и их противоизносными свойствами / В.Н. Жилко, И.А. Буяновский, Ю.Г. Лисенков // Трение и износ. - 1983. - Т. 4, № 4. - С. 724-727.

29. Igartua, A. Alternative eco-friendly lubes for clean two-stroke engines / A. Igartua, R. Nevshupa, X. Fernandez et al. // Tribology International. - 2011. - V. 44.

- № 6. - P. 727-736.

30. Olander, P. Testing scuffing resistance of materials for marine 2-stroke engines

- Difficulties with lab scale testing of a complex phenomenon / P. Olander, S.S. Eskildsen, J.W. Fogh, P. Hollman, S. Jacobson // Wear. - 2015. - V. 340. - P. 9-18.

31. Olander, P. Scuffing resistance testing of piston ring materials for marine two-stroke diesel engines and mapping of the operating mechanisms / P. Olander, S. Jacobson // Wear. - 2015. - V. 330. - P. 42-48.

32. Stolarski, T.A. Temperature-friction characteristics of used lubricant from two-stroke cross-head marine diesel engines / T.A. Stolarski, Q. Zhou // Wear. - 2002. -V. 252. - № 3. - P. 300-305.

33. Jain, V.K. A new method for assessing the lubricating ability of two-stroke engine oil / V.K. Jain // Tribology International. - 1978. - V. 11. - № 4. - P. 243-247.

34. Jain, V.K. Further investigation of lubricating ability of two-stroke engine oils / V.K. Jain, A. Sethuramiah, M. Ram // Tribology International. - 1981. - V. 14. - № 2. - P. 91-94.

35. Jain, V.K. A new approach for assessing the cleanliness characteristics of two-stroke engine oils / V.K. Jain, R.P.S. Bist // Tribology International. - 1981. - V. 14. -№ 2. - P. 95-99.

36. Шор, Г.И. Механизм действия и экспресс-оценка качества масел с присадками / Г.И. Шор. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1996. - 109 с.

37. Шор, Г.И. Экспресс-метод оценки термической стабильности присадок в маслах / Г.И. Шор, Г.Л. Трофимова, О.В. Иванова и др. // ХТТМ. - 1986. - № 10. -С. 35-37.

38. Шор, Г.И. Особенности противонагарного действия сульфонатных и алкилсалицилатных присадок в моторных маслах / Г.И. Шор, С.К. Кюрегян, Е.М. Мещерин и др. // ХТТМ. - 1989. - № 10. - С. 13-16.

39. Трофимова, Г.Л. и др. // Труды ВНИИНП., 1992. - Вып. 67. - C. 124-129.

40. Лашхи, В.Л. Физико-химические основы химмотологии моторных масел / В.Л. Лашхи, А.Л. Чудиновских. - М.: ООО "Издательский дом "Недра", 2015. -355 с.

41. Чудиновских, А.Л. Химмотологические аспекты действия детергентов в моторных маслах / А.Л. Чудиновских, В.Л. Лашхи - М.: ООО "Издательский дом "Недра", 2015. - 156 с.

42. Куцев, А.В. Повышение эффективности действия моюще-диспергирующих присадок в моторных маслах: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.07 / Куцев Алексей Викторович. - М., 2010. - 177 с.

43. Лейметер, Т. Коллоидно-химические аспекты нейтрализующего действия детергентов в моторных маслах: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.07 / Лейметер Тибор. - М., 2002. - 109 с.

44. Рудник, Л.Р. Присадки к смазочным материалам. Свойства и применение: пер. с англ. яз. 2-го изд. под ред. А.М. Данилова. - СПб.: ЦОП «Профессия», 2013. - 928 с.

45. Главати, О.Л. Физико-химия диспергирующих присадок к маслам / О.Л. Главати. - Киев: Наукова думка, 1989. - 183с.

46. Заславский, Ю.С. Новое в трибологии смазочных материалов: Монография / Ю.С. Заславский, В.П. Артемьева - М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им И.М. Губкина, 2001. - 480 с.

47. O'connor, S.P. Overbased lubricant detergents - a comparative study / S.P. O'connor, J. Crawford, C. Cane // Lubrication Science. - 1994. - V. 6. - № 4. -P. 297-325.

48. Bakunin, V.N. Tribological properties of detergent additives and characteristics of their core / V.N. Bakunin, O.P. Parenago, V.A. Zolotov // Abstracts of Papers from 2nd World Tribology Congress. (Vienna, 2001, Sept. 3-7). The Austrian Tribology Society. - 2001. - Р. 355.

49. Бакунин, В.Н. Трибологические характеристики детергентов / В.Н. Бакунин, В.А. Золотов // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2007. -№ 11. - C. 8-10.

50. Reyes, M. The effect of anti-wear additives, detergents and friction modifiers in boundary lubrication of traditional Fe-base materials / M. Reyes, A. Neville // Tribology Series. - 2003. - V. 41. - P. 57-65.

51. Chinas-Castillo, F. Film formation by colloidal overbased detergents in lubricated contacts / F. Chinas-Castillo, H.A. Spikes // Tribology transactions. - 2000. -V. 43. - № 3. - P. 357-366.

52. Topolovec-Miklozic, K. Film forming and friction properties of overbased calcium sulphonate detergents / K. Topolovec-Miklozic, T.R. Forbus, H. Spikes // Tribology Letters. - 2008. - V. 29. - № 1. - P. 33-44.

53. Cizaire, L. Tribochemistry of overbased calcium detergents studied by ToF-SIMS and other surface analyses / L. Cizaire, J.M. Martin, E. Gresser, N.T. Dinh, C. Heau // Tribology Letters. - 2004. - V. 17. - № 4. - P. 715-721.

54. Vipper, A.B. Tribological performance and mechanism of action of overbased detergents / A.B. Vipper, S.J. Cook, A.K. Karaulov, D.J. Moreton, O.A. Mischuk, R. Leahy // Lubrication Science. - 1997. - V. 9. - № 2. - P. 207-217.

55. Kubo, T. TOF-SIMS analysis of boundary films derived from calcium sulfonates / T. Kubo, S. Fujiwara, H. Nanao et al. // Tribology Letters. - 2006. - V. 23.

- № 2. - P. 171-176.

56. Kapsa, P. Antiwear mechanism of ZDDP in the presence of calcium sulfonate detergent / P. Kapsa, J.M. Martin, C. Blanc, J.M. Georges // Journal of Lubrication Technology. - 1981. - V. 103. - № 4. - P. 486-494.

57. Железный, Л.В. Влияние природы загустителя на трибологические характеристики высокотемпературных смазок / Л.В. Железный, И.А. Любинин // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2009. - № 5. - С. 17-22.

58. Makedonsky, O. Structure and physico-chemical properties of overbased calcium sulfonate complex greases / O. Makedonsky, E. Kobylyansky, Yu. Ishchuk // Eurogrease. - 2003. - July-August. - P. 5-23.

59. Караулов, А.К. Автомобильные масла / А.К. Караулов, Н.Н. Худолий. -Киев: Журнал Радуга, 2000. - 436 с.

60. Tung, S.C. Automotive Lubricants and Testing / S.C. Tung, E.G. Totten. -ASTM International, 2012.

61. Цветков, О.Н. Полиальфаолефиновые масла: химия, технология и применение / О.Н. Цветков. - М.: издательство «Техника» ТУМА ГРУПП, 2006. -192 с.

62. Benda, R. Polyalphaolefins - Base Fluids for High Performance Lubricants / R. Benda, J. Bullen, A. Plomer // CHEMICAL WEEKLY-BOMBAY-. - 1995. - V. 40.

- P. 153-168.

63. Румшиский, Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента: Справочное руководство. / Л.З. Румшиский. - М.: Наука, 1971. - 192 с.

64. Stachowiak, G. Experimental methods in tribology / G. Stachowiak, A.W. Batchelor. - Elsevier, 2004. - V. 44.

65. Matveevsky, R.M. Transition temperatures and tribochemistry of the surfaces under boundary lubrication / R.M. Matveevsky, I.A. Buyanovsky, A.K. Karaulow et al. // Wear. - 1990. - V. 136. - № 1. - P. 135-139.

66. Шор, Г.И. Влияние особенностей коллоидного строения на эксплуатационные свойства масел с присадками / Г.И. Шор, В.Л. Лашхи // ХТТМ. - 1992. - № 11. - С. 13-19.

67. Попов, П.С. Влияние состава и свойств дисперсионной среды на качество сульфонатных пластичных смазок: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.07 / Попов Павел Станиславович. - М., 2016. - 139 с.

68. Rounds, F. Changes in friction and wear performance caused by interactions among lubricant additives / F. Rounds // Lubrication Science. - 1989. - V. 1. - № 4. -P. 333-363.

69. Greenall, A. Investigation of the interactions between a novel, organic anti-wear additive, ZDDP and overbased calcium sulphonate / A. Greenall, A. Neville, A. Morina, M. Sutton // Tribology International. - 2012. - V. 46. - № 1. - P. 52-61.

Приложение 1

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ОАО «ВНИИ НП»

УТВЕРЖДАЮ Начальник ФАУ «25 ГосНИ

УТВЕРЖДАЮ Зам. директору 1ЛКЛ Л III в А и Л-

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ЗАО фирма «НАМИ-ХИМ»

РЕШЕНИЕ

о применении методики оперативной оценки антизадирных свойств масел для двухтактных бензиновых двигателей

В целях повышения оперативности оценки антизадирных свойств масел для двухтактных бензиновых двигателей (ДТБД) разработана методика, позволяющая на основании результатов исследований масел на четырехшариковой машине КТ-2 (предназначена для оценки трения при граничной смазке) и на лабораторной установке В КО (предназначена для оценки высокотемпературного каталитического окисления), прогнозировать антизадирные свойства масел в условиях испытания на одноцилиндровой моторной установке по методу ИМЗ-2ТД.

Методика разработана ОАО «ВНИИ НП», ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии», ИМАШ РАН и ЗАО фирма «НАМИ-ХИМ».

Методика апробирована на 10 образцах моторных масел.

Разработанная методика может быть использована на этапе создания масел и оптимизации их композиций, при разработке рекомендаций и предложений по эффективному и рациональному применению масел указанного назначения в ДТБД.

Зав. отделом ОАО «ВНИИ НП* У! /,

И.о. начальника отдела ФАУ '«25 ГосНИИ химмотологии Минобороны

1ИИ химМотологи зон^М^ссии»/^/

7-г

.В. Ивано

7

Зав. отделом ИМАШ РАН

—Т~

А.Ю. Албагачиев

Зам. генерального Директора^

«НАМИ-ХИМ»

^АЙ. Первушк