PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF USED MOTOR OIL IN MOTOR VEHICLES WHEN REPLACED IN ACCORDANCE WITH A FIXED PROCEDURE
PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF USED MOTOR OIL IN MOTOR VEHICLES WHEN REPLACED IN ACCORDANCE WITH A FIXED PROCEDURE
Abstract
The aim of the study was to identify patterns in changes to the physical and chemical properties of motor oil over the specified service interval, as well as to evaluate the impact of the technical condition of the engines on these parameters.
The experiments were carried out on a pool of 32 intercity buses fitted with Cummins engines. Motor oil samples were taken after 15,000 km of operation (adjusted oil change interval). Laboratory analysis included the determination of kinematic viscosity at 40°C and 100°C, density and flash point in accordance with standard methods (GOST 33-82, 3900-85, 1421-53).
It has been established that, by the time the engine oil is changed, its kinematic viscosity tends to decrease in most cases, which is attributed to the degradation of thickening additives. Changes in density proved to be insignificant and varied, making this parameter unsuitable for an unambiguous evaluation of the condition of the oil without further analysis. The most informative parameter was the flash point: in some samples, a sharp decrease (by a factor of 3 or more) was recorded, which directly indicates the dilution of the oil with fuel or the ingress of antifreeze, correlating with the high mileage of some buses without major engine overhauls and indicating wear of the cylinder-piston group or aging of the fuel injection equipment.
The research shows that, even with a fixed oil change interval, the actual properties of used oil vary significantly depending on the individual technical condition of each engine. Standard oil change schedules do not always ensure optimal maintenance, as they do not take into account the actual degree of oil degradation or hidden defects in the power unit. The obtained data substantiate the feasibility of introducing instrumental monitoring of key parameters of used oil to transition from a scheduled preventive maintenance system to a condition-based system, which will improve engine reliability and optimise operating costs.
1. Введение
Автомобильный транспорт играет ключевую роль в экономике любого государства, обеспечивая мобильность населения и перемещение грузов. И пока еще главной силовой установкой автомобилей и автобусов коммерческого сегмента остается двигатель внутреннего сгорания. Одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность эксплуатации автотранспорта, является качество моторного масла. Свойства моторных масел влияют, прежде всего, на надежность двигателя, пусковые свойства, затраты на эксплуатацию и т.д. , , .
Каким бы качественным ни было моторное масло, оно в процессе эксплуатации подвержено старению, деградации, и, в конечном счете, нуждается в замене , . Это происходит потому, что в процессе эксплуатации с увеличением наработки (пробега) изменяются физико-механические свойства масла, такие как вязкость, плотность, температура вспышки , , смазывающие свойства , , щелочное и кислотное числа и др. , . Операция по замене масла входит в перечень операций по техническому обслуживанию и выполняется по определенному регламенту . Как показали многочисленные исследования , , , производители автомобильной техники зачастую указывают неоптимальные интервалы смены моторных масел, поскольку условия эксплуатации порой различаются весьма значительно. В связи с этим, логичным мероприятием является корректировка нормативов периодичности в зависимости от условий эксплуатации, как правило, в сторону сокращения . С одной стороны, это повышает затраты на эксплуатацию, а с другой стороны, является вынужденной мерой по обеспечению требуемого уровня работоспособности. При этом остается также актуальным вопрос, как о классификации условий эксплуатации, так и о замене масла по фактическому состоянию. Выполненные работы по исследованию изменения параметров моторных масел, как правило, ограничивается наблюдением за единичными транспортными средствами или очень небольшими группами. В связи с этим проведение исследования, направленного на выявление закономерностей изменения физико-механических свойств масел у большой группы автотранспортных средств при замене их по фиксированной периодичности является актуальным и обладает научной новизной.
В работе поставлены следующие задачи:
1. Выполнить отбор проб отработавшего масла и исследовать их физико-механические свойства у парка однотипных автотранспортных средств при фиксированном межсервисном интервале;
2. Выполнить анализ эксплуатационных свойств моторных масел и оценить их разброс при фиксированном межсервисном пробеге.
2. Материалы и методы
Эксперименты проводились в условиях автотранспортного предприятия ООО «Автоколонна 1880» города Иркутска, занимающейся перевозкой пассажиров по междугородным маршрутам. В качестве объектов для наблюдения выбраны междугородные автобусы GOLDEN DRAGON, YUTONG и HIGER в количестве 32 единиц. Выбор их обусловлен тем, что они имеют сходную силовую установку Cummins, а также одинаковый регламент замены масла. Эти транспортные средства приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Автобусный парк предприятия ООО «Автоколонна 1880»
№ | Бортовой номер | Модель | Год выпуска | Общий пробег, км | Пробег после капитального ремонта, км |
1 | 100 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 946 650 | - |
2 | 101 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 1 200 768 | 100 768 |
3 | 102 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 1 326 786 | 376 786 |
4 | 103 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 1 276 423 | - |
5 | 105 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 1 373 948 | - |
6 | 107 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 1 342 764 | - |
7 | 108 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 1 165 863 | - |
8 | 109 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 1 052 445 | - |
9 | 111 | HIGER KLQ6128LQ | 2023 | 173 142 | - |
10 | 112 | HIGER KLQ6128LQ | 2023 | 170 866 | - |
11 | 114 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2020 | 817 358 | - |
12 | 116 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2020 | 863 301 | - |
13 | 117 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2020 | 844 743 | - |
14 | 118 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2018 | 862 943 | 100 000 |
15 | 119 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2019 | 507 009 | - |
16 | 120 | YUTONG ZK6122Н | 2023 | 373 016 | - |
17 | 121 | YUTONG ZK6122Н | 2023 | 351 898 | - |
18 | 122 | YUTONG ZK6938HB9 | 2023 | 241 794 | - |
19 | 123 | YUTONG ZK6938HB9 | 2023 | 217 971 | - |
20 | 124 | YUTONG ZK6938HB9 | 2023 | 316 487 | - |
21 | 125 | YUTONG ZK6938HB9 | 2023 | 249 997 | - |
22 | 126 | YUTONG ZK6938HB9 | 2023 | 227 652 | - |
23 | 131 | GOLDEN DRAGON XML 6126 | 2017 | 669 349 | - |
24 | 701 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 883 430 | - |
25 | 702 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 874 000 | - |
26 | 703 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 696 000 | 596 000 |
27 | 704 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 499 000 | 299 000 |
28 | 706 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 722 000 | 300 000 |
29 | 709 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 513 000 | 413 000 |
30 | 712 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 644 000 | 544 000 |
31 | 717 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 506 000 | 450 000 |
32 | 719 | GOLDEN DRAGON XML 6127 | 2013 | 1 615 826 | 55 000 |
Периодичность замены масла скорректирована в сторону уменьшения от интервала, рекомендованного заводом — изготовителем автобусов и составляет 15 тыс. км. пробега на основании опыта предприятия. Для указанных автобусов наавтотранспортном предприятии используется моторное масло PETRO-CANADA Heavy Duty Engine Oil 15W-40 API: CI-4 Plus, CI-4, CH-4, SL, ACEA: E7.
Пробы масел отбирались при проведении очередного технического обслуживания на 15 тыс. км. пробега в количестве 250 мл от каждого автобуса. Измерялись следующие свойства: плотность, вязкость при 40 и 1000С, а также температура вспышки в закрытом тигле по методикам, указанным в таблице 2.
Таблица 2 - Методики, применяемые при экспериментальных исследованиях образцов отработанного моторного масла
№, п/п | Параметр | Оборудование | ГОСТ |
1 | Вязкость | Вискозиметр капиллярный ВПЖ-2, термостат, нагревательный прибор, секундомер, термометр, образец масла |
ГОСТ 33-82 |
2 | Плотность | Ареометр, термометр, стеклянный цилиндр, образец масла | ГОСТ 3900-85 |
3 | Температура вспышки | Прибор для определения температуры вспышки — ПВН3, термометр, образец масла | ГОСТ 1421-53 |
4 | Метод бумажной хроматографии | Фотометр фотоэлектрический КФК-3, беззольный бумажный фильтр, образец масла | ГОСТ 2917-76 |
3. Результаты и обсуждение
На первом этапе было проверено соответствие заявленных характеристик фактическим данным. Результаты отображены в таблице 3.
Таблица 3 - Характеристики эксплуатационных свойств нового моторного масла
Характеристика | Заявленная | Эксперимент |
Кинематическая вязкость при 40 °С, сСт | 115,3 | 110,19 |
Кинематическая вязкость при 100 °С, сСт | 15,37 | 14,59 |
Плотность при 15 °С, кг/м3 | 863 | 884 |
Температура вспышки, °С | 231 (в открытом тигле) | 240 (в закрытом тигле) |
Анализ данных, представленных в таблице 3, позволяет сделать заключение о соответствии фактических показателей заявленным. На втором этапе производились измерения параметров моторных масел, отработавших на указанных в таблице 1 автобусах 15 тыс. км. пробега. Результаты представлены на рис. 1–4 и сведены в таблицу 4.
Результаты исследования плотности образцов
в качестве абсцисс указаны бортовые номера автобусов на предприятии
Результаты исследования вязкости при 40 °С
в качестве оси абсцисс указаны бортовые номера автобусов на предприятии
Результаты исследования вязкости при 100 °С
в качестве оси абсцисс указаны бортовые номера автобусов на предприятии
Результаты исследования температуры вспышки образцов
в качестве оси абсцисс указаны бортовые номера автобусов на предприятии
Анализ данных, представленных на рисунке 1 и табл. 4 позволяет заключить, что плотность отработавшего моторного масла к указанному интервалу может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Но пределы изменения, за исключением образца масла с бортовым номером № 703 отличаются незначительно. Но при этом, увеличение плотности в данных случаях, как правило, связано с наличием примесей в виде нагара, сажи и других механических загрязнений. Сам по себе параметр плотности без детального анализа причин, вызывающих его изменение недостаточно информативен.
Таблица 4 - Статистические параметры отработанного моторного масла
Параметр | Плотность | Вязкость при 40 градусах Цельсия | Температура вспышки |
Среднее | 0,880417 | 92,51853 | 190,625 |
Стандартная ошибка | 0,003026 | 1,013172 | 8,205249 |
Медиана | 0,880657 | 91,93 | 210 |
Мода | 0,890522 | 92,386 | 210 |
Стандартное отклонение | 0,017118 | 5,731364 | 46,4159 |
Дисперсия выборки | 0,000293 | 32,84854 | 2154,435 |
Эксцесс | 7,09823 | 12,98739 | 0,560101 |
Асимметричность | 1,543359 | 2,930948 | -1,32034 |
Интервал | 0,09864 | 33,733 | 160 |
Минимум | 0,848939 | 84,484 | 75 |
Максимум | 0,947579 | 118,217 | 235 |
Сумма | 28,17333 | 2960.593 | 6100 |
Наибольший(1) | 0,947579 | 118,217 | 235 |
Наименьший(1) | 0,848939 | 84,484 | 75 |
Уровень надежности (95,0%) | 0,006172 | 2,066377 | 16,73472 |
Числовые значения вязкости отработавших моторных масел качественно повторяют друг друга, как при 40 0С, так и при 100 0С, поэтому, на наш взгляд, достаточно измерения вязкости при одной температуре. Выполненный анализ позволил сделать вывод о тенденции уменьшения вязкости моторных масел к пробегу 15 тыс. км практически для всех рассматриваемых образцов. Это подтверждает в целом проведенные ранее исследования , , , и объясняется срабатыванием и разложением присадок-загустителей. Случай повышения вязкости единичен и связан по данным предприятия с эксплуатацией в условиях повышенной запыленности по дорогам с грунтовым покрытием. Двигатель данного автобуса подвергался капитальному ремонту 4 раза.
Особый интерес представляет анализ данных представленных на рис. 4 по температуре вспышки моторного масла. Значительная доля публикаций, посвященных ее изменению от наработки (пробега), не выявила сколько-нибудь значимых изменений , , . Наши исследования показывают, что у некоторых проб отработавших масел наблюдаются существенные отличия (более, чем в три раза), причем данные случаи не единичны и не являются выбросами, а автотранспортные средства при этом продолжают эксплуатироваться. Возможными причинами снижения температуры вспышки является наличие в масле топлива или антифриза. Попадание топлива, как правило, вызвано ухудшением технического состояния цилиндро-поршневой группы, о чем свидетельствуют достаточно большие пробеги автобусов без капитального ремонта. Другой причиной является ухудшение свойств резиновых уплотнительных колец форсунок вследствие длительного воздействия температуры, что провоцирует попадание топлива в масло. Так или иначе, это крайне нежелательное явление, требующие оперативного реагирования, поскольку влияет на угар масла, вероятность прогара поршня и даже ухода дизельного двигателя в «разнос».
Таким образом, проведенные нами исследования позволяют заключить, что сокращение периода замены отработавшего масла является недостаточной мерой по поддержанию работоспособности дизельных двигателей в эксплуатации, в случае, когда техническое состояние двигателя является предельным или близким к нему. В связи с этим необходимо применять комплексный подход, в том числе основанный на применении средств бортового мониторинга параметров моторных и иных масел, указывающих на достижение предельного состояния.
4. Заключение
1. В результате исследования проб масла, отобранных у однотипного парка автобусов через фиксированный интервал, установлено, что помимо естественной деградации и изменения свойств значительное влияние оказывает индивидуальное техническое состояние двигателей;
2. В зависимости от технического состояния при фиксированном интервале замены плотность топлива может, как оставаться практически неизменной, так и уменьшаться либо увеличиваться в достаточно небольших пределах, что делает этот параметр для оценки малоинформативным без детального анализа причин, вызывающих его изменение;
3. Вязкость отработавших моторных масел с увеличением пробега имеет общую тенденцию к снижению, увеличиваясь однако при эксплуатации двигателей в достаточно тяжелых условиях эксплуатации и повышенной запыленности;
4. Температура вспышки при фиксированном диапазоне может значительно изменяться в сторону уменьшения (разность может достигать три и более раза) при ухудшении технического состояния двигателя, например, при значительном износе цилиндро-поршневой группы, высыханию уплотнительных колец инжекторов, а также вследствие попадания в масло антифриза.