СПОСОБ ОЦЕНКИ ДИСПЕРГИРУЮЩИХ И СОЛЮБИЛИЗИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ТОПЛИВ И МАСЕЛ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01N33/22 G01N33/26 

Изобретение относится к технологиям и устройствам для испытания топлив и масел и может быть использовано для оценки их эксплуатационных свойств.

Для оценки новизны и изобретательского уровня первого независимого объекта заявленного технического решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Тестирование различных топлив и моторного масла - это процесс очень сложный и разносторонний. Начинается он с исследования базовых физико-химических параметров. Для масел - это кинематическая вязкость, индекс вязкости, щелочное число, температура вспышки в открытом тигле, плотность, динамическая вязкость, содержание сульфатной золы. Эти параметры являются основными и каждый производитель должен проверять свою продукцию на соответствие им. Численные величины параметров изменяются в зависимости от класса топлив и масел, и если они не укладываются по какому-либо из них, то считается, что продукт не соответствует заявленному классу. В этом случае перед нами явный производственный брак или заведомый обман покупателя.

Подобные исследования гостированы, но имеют один недостаток - они не могут дать информации о том, как топливо или масло будет вести себя в конкретном двигателе автомобиля. Их задача - служить своеобразным ОТК технологии изготовления при производстве, чтобы не выпустить в продажу заведомо некачественный продукт.

Для того чтобы оценить эксплуатационные свойства моторного масла, необходимо обратиться к так называемым лабораторным или исследовательским методам тестирования.

Важными эксплуатационными свойствами масел и топлив являются диспергирующие и солюбилизирующие свойства, которые характеризуют способность масла или топлива очищать детали двигателя от различных отложений, нагара и т.д. Эти свойства обеспечиваются введением специальных присадок, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые "отрывают" частички отложений от деталей и переносят их в масло или топливо. Диспергирующие свойства (от лат.dispersio - рассеяние) удерживают нерастворимые в масле или топливе вещества (частицы нагара, продукты неполного сгорания топлива и т.д.) во взвешенном состоянии и не дают им выпасть в осадок. Солюбилизирующие свойства масла или топлива характеризуют их способность к растворению жировых компонентов.

В двигателе внутреннего сгорания неизбежны высокотемпературные отложения. Способность их смывать - одно из важнейших свойств моторного масла и топлива. Но смыть недостаточно, частицы этих отложений необходимо измельчить и нейтрализовать. За это «отвечают» диспергирующие свойства масла и топлива, т.е. их способность обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Чем выше эти свойства, тем больше нерастворимых веществ - продуктов старения - может удерживаться в работающем масле или топливе без выпадения в осадок и тем меньше нагаров и лакообразных отложений образуется на поверхности деталей. А вследствие этого может достигаться более высокая допустимая температура в двигателе (степень форсирования ДВС) и большая надежность его работы.

В составах моторных масел в качестве моющих присадок используют сульфонаты, алкилфеноляты, алкилсалицилаты и фосфаты кальция или магния. Рациональное сочетание этих зольных присадок друг с другом и с беззольными дисперсантами-присадками обеспечивает уменьшение низкотемпературных отложений в двигателе и существенно уменьшает скорость загрязнения масляных фильтров. Модифицированные термостойкие беззольные дисперсанты также способствуют уменьшению нагарообразования на поршнях и кольцах.

При работе ДВС на топливе с увеличенным содержанием серы моющие присадки, повышающие в масле щелочное число, препятствуют образованию отложений на деталях двигателя путем нейтрализации кислот, образующихся из продуктов сгорания топлива.

Известен метод определения диспергирующих свойств масла или топлива, основанный на применении методов хроматографии на бумаге (метод "капельной пробы"). Он заключается в нанесении капли работавшего масла на специальную хроматографическую бумагу и определении характеристик пятна, очерченного нерастворимыми в масле примесями вокруг центрального ядра. По площади зоны диффузии и другим параметрам пятна судят о диспергирующих свойствах масла (способности смывать и удерживать во взвешенном состоянии загрязняющие вещества), степени его загрязненности и окисления, наличии в нем воды, утечке топлива или охлаждающей жидкости. Данная визуальная оценка дает только грубокачественный приближенный результат, не дает количественной оценки качеств масел или топлив и не всегда однозначна.

Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, включающий следующие операции: нагревание смазочного материала в присутствии воздуха, перемешивание, определение фотометрированием коэффициента поглощения светового потока, испытание пробы смазочного материала постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала. Причем пробу окисленного смазочного материала делят на две части, первую фотометрируют и определяют коэффициент поглощения светового потока, а вторую испытывают на машине трения со схемой «шар-цилиндр» не менее 2 часов, определяют размер пятна износа на шаре и строят графическую зависимость размера пятна износа на шаре от коэффициента поглощения светового потока, по которой определяют термоокислительную стабильность, см. патент РФ №2408886.

Недостатком описанных и других известных способов является ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что он позволяет оценить только термоокислительную стабильность смазочных материалов, не давая информации о других не менее важных эксплуатационных свойствах топлив и масел, например о их диспергирующих и солюбилизирующих свойствах, которые характеризуют их способность образовывать на поверхности мельчайших частиц - «примесей» - поверхностную пленку, благодаря чему из-за разности поверхностных натяжений такие сверхмелкие первичные частицы вещества поддерживаются в виде взвеси или так называемого мицеллярного раствора, не оседают и не слипаются друг с другом, не превращаются в более крупные агрегаты, осаждающиеся на деталях. Эти свойства применительно к топливам и маслам иногда сугубо условно называют «моющими», поскольку детали двигателя, например, при использовании таких масел по мере работы становятся чище, то есть происходит процесс как бы их «отмывания» от грязи.

Задача изобретения заключается в создании методики и инструментария для оценки диспергирующих и солюбилизирующих свойств топлив и масел в условиях, максимально приближенных к условиям, существующим в картере, в трубопроводах, в маслобаке, в зоне цилиндропоршневой группы двигателя и т.п.

Сущность первого независимого объекта заявленного изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков.

Способ оценки диспергирующих и солюбилизирующих свойств топлив и масел, включающий испытание пробы исследуемого материала при оптимальной температуре, характеризующийся тем, что испытания проводят в замкнутой циркуляционной системе, при этом осуществляют контакт циркулирующего оцениваемого масла или топлива с поверхностью специально подготовленного растворяемого контрольного вещества, растворяют это вещество в процессе контакта в потоке циркулирующего масла или топлива, периодически фиксируют параметры его растворения в зависимости от температуры циркулирующего масла или топлива, интенсивности их циркуляции, величины поверхности контакта контрольного вещества с потоком циркулирующего масла или топлива, времени контакта циркулирующего масла или топлива с поверхностью контрольного вещества, при этом диспергирующие и солюбилизирующие свойства масла или топлива оценивают по скорости растворения контрольного вещества, которую оценивают по убыли веса или накопления в составе масла или топлива контрольного вещества по мере его контактирования с потоком масла или топлива.

В этом заключается совокупность существенных признаков первого независимого объекта заявленного технического решения.

Первый независимый объект заявленного технического решения характеризуется также наличием ряда факультативных признаков, а именно:

- скорость растворения контрольного вещества дополнительно оценивают по содержанию контрольного вещества в составе циркулирующего потока масла или топлива;

- содержание контрольного вещества в составе циркулирующего потока масла или топлива определяют по степени изменения окраски циркулирующего потока масла или топлива с учетом пропорциональной зависимости интенсивности окраски от количества контрольного вещества, растворенного в потоке масла или топлива;

- содержание контрольного вещества в составе циркулирующего потока масла или топлива определяют по изменению количественного содержания в потоке масла или топлива предварительно введенного в контрольное вещество маркера - индикатора;

- дополнительно проводят сравнительные испытания масла или топлива в одинаковых условиях в несколько этапов, при этом на первом этапе исследуют масло или топливо, принимаемое за эталон, на втором этапе - оцениваемое масло или топливо, в которые добавляют присадку, а на третьем этапе - вновь масло или топливо, принимаемое за эталон;

- осуществляют предварительную подготовку контрольного вещества путем его постепенного нагрева до температуры 360°С с последующей выдержкой в течение 4 часов.

Для оценки новизны и изобретательского уровня второго независимого объекта заявленного технического решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известно устройство для испытания трущихся материалов и масел, которое содержит станину, установленную на ней плиту с держателями образца и контробразцов, узлы нагружения, привод вращения образца и ванночку для испытуемого масла, которая размещена в термостате, соединенном с блоком регулирования и автоматического поддержания температуры. Устройство также содержит механизмы для передачи нагрузки на контробразцы, которые выполнены в виде рычажных механизмов, установленных на плите шарнирно, причем боковые рычажные механизмы имеют два звена, одно из которых с закрепленным на нем узлом нагружения расположено горизонтально, а другое звено с закрепленным на нем держателем контробразца расположено под углом 45° к горизонтальному звену, а центральный рычажный механизм выполнен из одного звена, на котором установлены узел нагружения и держатель контробразца. Для подвода тока к образцу предусмотрено приспособление, содержащее блок питания, соединенный через потенциометры с приводом вращения образца и контробразцом, регулятором величины тока и блоком регистрации тока, соединенным с вычислительным устройством, см. патент РФ №2428677.

Известно устройство для оценки качества смазочных масел, содержащее маслобак с крышкой, маслонасос, нагревательный элемент с теплообменником и шестеренчатую пару трения, связанную через маслопроводы подачи и сброса масла в замкнутый контур, отличающееся тем, что в маслопровод сброса масла установлена герметичная испытательная камера с регулируемыми по углу установки испытуемыми образцами конструкционных и уплотнительных материалов относительно тока масла, причем она снабжена съемной крышкой, в которой установлены поперечины для крепления образцов, и термопары на входе и выходе масла из камеры, а съемная крышка маслобака выполнена с возможностью установки внутри над уровнем масла испытуемых образцов для оценки воздействия на них паров масла, см. патент РФ №2455629.

Недостатком описанного и других известных устройств является ограниченные функциональные возможности, не позволяющие оценить диспергирующие и солюбилизирующие свойства топлив и масел.

Сущность второго независимого объекта заявленного изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков.

Устройство, реализующее вышеуказанный способ, содержит замкнутую систему циркуляции исследуемого масла или топлива, испытательный узел, сообщенный нагнетательным и отводящим трубопроводами с циркуляционным насосом, связанным с электродвигателем и снабженным средствами для регулирования давления и скорости прокачки циркулирующего масла или топлива, при этом испытательный узел выполнен в виде вращающейся платформы, на поверхности которой укреплены плоскодонные емкости, в углублениях которых размещено контрольное отмываемое вещество, а в центральной части платформы размещен выход трубопровода, подводящего масло или топливо от насоса к испытательному узлу, при этом плоскодонные емкости с контрольным отмываемым веществом установлены с обеспечением возможности их обтекания циркулирующим потоком масла или топлива, кроме того, устройство снабжено нагревательным блоком с системой регулирования и стабилизации температуры циркулирующего масла или топлива и совокупностью запорных органов для отбора проб циркулирующего масла или топлива в процессе испытаний и слива их из системы.

Второй независимый объект заявленного технического решения характеризуется также наличием ряда факультативных признаков, а именно:

- плоскодонные емкости установлены с возможностью вращения от привода, обеспечивающего вращение платформы.

Достигаемый при использовании изобретения технический результат заключается в том, что контакт циркулирующего оцениваемого масла или топлива с поверхностью специально подготовленного растворяемого контрольного вещества, которое расположено в плоскодонной емкости, моделирует ситуацию работы масла или топлива в двигателе и по характеру и меняющимся показателям постепенного растворения и вымывания этого вещества циркулирующим потоком можно с большой степенью надежности судить о важных диспергирующих и солюбилизирующих свойствах испытываемых масла или топлива.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема лабораторной установки, реализующей заявленный способ, на фиг.2 - вид сверху на вращающуюся платформу, на поверхности которой укреплены вращающиеся плоскодонные емкости, на фиг.3 - усредненные результаты испытаний двух видов дизельного топлива тремя независимыми способами.

Заявленное устройство, реализующее вышеуказанный способ, содержит электродвигатель 1, насос 2, систему 3 регулирования давления и скорости прокачки циркулирующего масла или топлива, нагнетательный трубопровод 4, вращающуюся платформу 5 испытательного узла, в центре которой расположен выпуск 6 нагнетательного трубопровода, нагревательный блок 7 с системой регулирования и стабилизации температуры циркулирующего масла или топлива и совокупность запорных органов 8 для отбора проб циркулирующего масла или топлива в процессе испытаний и слива их из системы. Испытательный узел заявленного устройства выполнен в виде вращающейся платформы 5, на поверхности которой укреплены вращающиеся плоскодонные емкости 9, в углублениях которых размещено контрольное отмываемое вещество 10. В центральной части платформы 5 размещен выпуск 6 трубопровода 4, подводящего масло или топливо 11 от насоса 1 к испытательному узлу. Плоскодонные емкости 9 установлены с возможностью вращения от привода, обеспечивающего вращение платформы 5.

Заявленный способ с помощью заявленного устройства реализуют следующим образом.

Испытания проводят в замкнутой циркуляционной системе, в которой осуществляют контакт циркулирующего оцениваемого масла или топлива 11 с поверхностью специально подготовленного растворяемого контрольного вещества 10, размещенного в плоскодонных емкостях 9 на вращающейся платформе 5. Плоскодонные емкости 9 также вращаются, за счет чего обеспечивается постоянный контакт потока масла или топлива 11 с поверхностью контрольного вещества 10. В течение этого периодически фиксируют параметры растворения контрольного вещества 10 в зависимости от параметров потока циркулирующего масла или топлива 11, величины поверхности контакта контрольного вещества 10 с потоком циркулирующего масла или топлива 11 и времени этого контакта.

Диспергирующие и солюбилизирующие свойства масла или топлива оценивают в основном по скорости растворения контрольного вещества 10, которую оценивают по убыли веса контрольного вещества 10 по мере его контактирования с потоком масла или топлива 11.

Дополнительно скорость растворения контрольного вещества 10 оценивают по содержанию контрольного вещества 10 в составе циркулирующего потока масла или топлива 11. Этот показатель определяют по степени изменения окраски циркулирующего потока масла или топлива 11 с учетом пропорциональной зависимости интенсивности окраски от количества контрольного вещества 10, растворенного в потоке масла или топлива 11. Этот показатель также определяют по изменению количественного содержания в потоке масла или топлива жидкости 11 предварительно введенного в контрольное вещество 10 маркера - индикатора.

Для подтверждения полученных при испытаниях данных дополнительно проводят сравнительные испытания масла или топлива 11 в одинаковых условиях в несколько этапов, при этом на первом этапе исследуют масло или топливо, принимаемое за эталон, на втором этапе - оцениваемое масло или топливо, в которые добавляют присадку, а на третьем этапе - вновь масло или топливо, принимаемое за эталон.

Для достижения максимального сходства моделируемого при испытаниях процесса с реальным процессом смолообразования на поверхностях работающих деталей машин и механизмов осуществляют предварительную подготовку контрольного вещества путем его постепенного нагрева до температуры 360°C с последующей выдержкой в течение 4 часов.

На фиг.3 приведены усредненные результаты испытаний двух топлив: дизельного топлива с моющей присадкой CF-ADF-C (фирма Amsoil) в количестве 0,56% (на рисунке - сплошные линии) и того же топлива без присадки (на рисунке - штриховые линии) при оценке результатов испытаний тремя независимыми способами:

линии a и a* показывают убыль веса (в мг) пластинок в процессе испытаний: сплошная линия - топливо с моющей присадкой, штриховая - топливо без моющей присадки;

линии b и b* показывают нарастание оптической плотности циркулирующей жидкости (определение производилось на «Колориметре ЦНТ») в процессе испытаний: сплошная линия - при испытании топлива с моющей присадкой, штриховая линия - топливо без присадки;

линии с и е* показывают нарастание содержания в циркулирующей жидкости индикатора - серы, содержащегося в растворяемом веществе (определение производилось на спектрометре Спектроскан S) в процессе испытаний: сплошная линия - при испытании топлива с моющей присадкой, штриховая линия - топливо без присадки.

Заявленное техническое решение может быть реализовано с использованием известных, выпускаемых промышленностью технических средств и измерительных приборов.

Группа изобретений относится к испытанию топлив и масел и может быть использована для оценки их эксплуатационных свойств. Способ оценки диспергирующих и солюбилизирующих свойств топлив и масел включает испытание пробы исследуемого материала при оптимальной температуре в замкнутой циркуляционной системе, при котором осуществляют контакт циркулирующего оцениваемого масла или топлива с поверхностью растворяемого контрольного вещества, предварительную подготовку которого осуществляют путем его постепенного нагрева до температуры 360°C с последующей выдержкой в течение 4 часов, растворяют это вещество в процессе контакта с потоком циркулирующего масла или топлива, периодически фиксируют параметры его растворения в зависимости от температуры циркулирующего масла или топлива, интенсивности их циркуляции, величины поверхности контакта контрольного вещества с потоком циркулирующего масла или топлива, времени контакта циркулирующего масла или топлива с поверхностью контрольного вещества, при этом диспергирующие и солюбилизирующие свойства масла или топлива оценивают по скорости растворения контрольного вещества, которую оценивают по убыли веса контрольного вещества по мере его контактирования с потоком масла или топлива и по содержанию контрольного вещества в составе циркулирующего потока масла или топлива. Также представлено устройство для осуществления указанного способа. Достигается повышение надежности оценки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ оценки диспергирующих и солюбилизирующих свойств топлив и масел, включающий испытание пробы исследуемого материала при оптимальной температуре в замкнутой циркуляционной системе, при котором осуществляют контакт циркулирующего оцениваемого масла или топлива с поверхностью растворяемого контрольного вещества, предварительную подготовку которого осуществляют путем его постепенного нагрева до температуры 360°C с последующей выдержкой в течение 4 часов, растворяют это вещество в процессе контакта с потоком циркулирующего масла или топлива, периодически фиксируют параметры его растворения в зависимости от температуры циркулирующего масла или топлива, интенсивности их циркуляции, величины поверхности контакта контрольного вещества с потоком циркулирующего масла или топлива, времени контакта циркулирующего масла или топлива с поверхностью контрольного вещества, при этом диспергирующие и солюбилизирующие свойства масла или топлива оценивают по скорости растворения контрольного вещества, которую оценивают по убыли веса контрольного вещества по мере его контактирования с потоком масла или топлива и по содержанию контрольного вещества в составе циркулирующего потока масла или топлива.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание контрольного вещества в составе циркулирующего потока масла или топлива определяют по степени изменения окраски циркулирующего потока масла или топлива с учетом пропорциональной зависимости интенсивности окраски от количества контрольного вещества, растворенного в потоке масла или топлива.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание контрольного вещества в составе циркулирующего потока масла или топлива определяют по изменению количественного содержания в потоке масла или топлива жидкости предварительно введенного в контрольное вещество маркера - индикатора.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно проводят сравнительные испытания масла или топлива в одинаковых условиях в несколько этапов, при этом на первом этапе исследуют масло или топливо, принимаемое за эталон, на втором этапе - оцениваемое масло или топливо, в которые добавляют присадку, а на третьем этапе - вновь масло или топливо, принимаемое за эталон.

5. Устройство, реализующее вышеуказанный способ, содержит замкнутую систему циркуляции исследуемого масла или топлива, испытательный узел, сообщенный нагнетательным и отводящим трубопроводами с циркуляционным насосом, связанным с электродвигателем и снабженным средствами для регулирования давления и скорости прокачки циркулирующего масла или топлива, при этом испытательный узел выполнен в виде вращающейся платформы, на поверхности которой укреплены плоскодонные емкости, в углублениях которых размещено контрольное отмываемое вещество, а в центральной части платформы размещен выход трубопровода, подводящего масло или топливо от насоса к испытательному узлу, при этом плоскодонные емкости с контрольным отмываемым веществом установлены с обеспечением возможности их обтекания циркулирующим потоком масла или топлива, кроме того устройство снабжено нагревательным блоком с системой регулирования и стабилизации температуры циркулирующего масла или топлива и совокупностью запорных органов для отбора проб циркулирующего масла или топлива в процессе испытаний и слива их из системы.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что плоскодонные емкости установлены с возможностью вращения от привода, обеспечивающего вращение платформы.