Методические основы химмотологии

Химмотология как прикладная наука имеет свойственные ей методические основы, которые включают в себя специфические методы оценки эксплуатационных свойств ГСМ и специальных жидкостей
[2–5, 8, 12]. Эти методы делят на несколько групп:

- квалификационные (лабораторные);

- стендовые и эксплуатационные методы испытаний топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей;

- классификационные испытания моторных масел.

2.1 Квалификационные методы испытаний
горюче-смазочных материалов

Квалификационные методы оценки эксплуатационных свойств ГСМ и спецжидкостей являются, как правило, лабораторными методами и базируются на использовании различных модельных установок и специальных лабораторных приборов, позволяющих в заданных условиях (включая экстремальные) сравнивать эксплуатационные свойства опытных (исследуемых) и эталонных (товарных) образцов ГСМ. Существуют и широко применяются методы, основанные на использовании, помимо одноцилиндровых, полноразмерных двигателей и натурных агрегатов. Квалификационные методы испытаний позволяют быстро, надежно (с легкой воспроизводимостью результатов), с минимальными затратами, «в чистом виде» оценивать отдельные показатели, характеризующие эксплуатационные свойства ГСМ, выявлять механизмы и факторы, объясняющие эти свойства, целенаправленно находить способы улучшения этих свойств.

Одним из первых квалификационных методов испытаний ГСМ был метод оценки детонационной стойкости бензинов на одноцилиндровой моторной установке «Вокеша», предназначенной для определения октановых чисел (ОЧ) по исследовательскому и моторному методам. Позднее были созданы отечественные установки ИТ9-1; ИТ9-2М; ИТ9-5; ИТ9-6, представляющие собой одноцилиндровые четырехтактные бензиновые двигатели со степенью сжатия от 4 до 10. На установке ИТ9-1 определяют сортность бензинов на богатой смеси, на ИТ9-2М – октановые числа на бедной смеси по моторному методу, на ИТ9-5 определяют ОЧ и сортность на бедной смеси по моторному методу и на ИТ9-6 определяют ОЧ по исследовательскому методу. В настоящее время широко распространена универсальная четырехтактная бензиновая установка УИТ-65, выполненная на базе установок ИТ9-2М и ИТ9-6, предназначенная для определения ОЧ по моторному и исследовательскому методам. Для определения цетановых чисел (ЦЧ) дизельного топлива, характеризующих их самовоспламеняемость в дизелях, широко применяют установку ИТ9-3М, представляющую собой одноцилиндровый четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия и вихревой камерой сгорания.

Широкое применение в нашей стране и за рубежом получил квалификационный метод оценки противоизносных и противозадирных свойств смазочных материалов на четырехшариковой машине трения, показанной на рисунке 4.

Рисунок 4 – Четырехшариковая машина трения

Она существует в виде различных модификаций (КТ-2, КТ-4, МАСТ-1, машины фирмы SHELL и другие) и предназначена для исследования трения при граничной смазке, определения критических температур граничного слоя смазки на поверхностях трения, при которых слой смазочного материала разрушается. Кроме того, на машине трения определяют критическую нагрузку, при которой происходит «схватывание» (задир, спекание) стальных поверхностей шариков, являющихся ее составными элементами. Рабочими поверхностями в машине трения являются поверхности четырех стальных шариков диаметром 7, 94 мм, верхний из которых закреплен во вращающемся шпинделе, а три нижних – неподвижно зажаты в обойме, которая помещена в масляной чаше, оборудованной электронагревателем или термостатом. Противоизносные и противозадирные свойства смазочных материалов оценивают по величине диаметра «пятна износа» на контактирующих шариках и по значению критической нагрузки (или температуры), при которой происходит задир («спекание») шариков. Существуют также методы оценки противоизносных свойств ГСМ для различных деталей, узлов и механизмов, с применением машин трения, в которых в качестве трущихся пар используют конкретные геометрические формы и виды контакта в условиях трения: шарик и плоскость (кольцо, конус), шарик и цилиндр, два цилиндра, в том числе с взаимно перекрещивающимися осями, цилиндр и пластину, прямозубые шестерни и другие виды контактного взаимодействия.

Для оценки моющих и лакообразующих свойств моторных масел в нашей стране широко применяют метод, названный методом ПЗВ
(по первым буквам фамилий его разработчиков – К.К. Папок, А.П. Зарубин, А.Б. Виппер), схема установки для которого показана на рисунке 5.

Рисунок 5 – Установка ПЗВ: 1 – поршень; 2 – электроподогреватель;
3 – испытуемое масло

Установка ПЗВ представляет собой легкоразборную, действующую модель одноцилиндрового двигателя, в которой алюминиевый поршень приводится в движение в цилиндре электрическим двигателем. Цилиндр, моторное масло в картере и всасываемый воздух нагревают электрическим нагревателем, моделируя условия работы моторного масла в двигателе без подачи и сгорания топлива в цилиндре. По цвету образовавшегося на боковой поверхности поршня установки лака после испытания оценивают моющие свойства испытуемого моторного масла, сравнивая его по цветной эталонной шкале, состоящей из семи фотографий поршня, в баллах от 0 до 6. Химическим анализом оставшегося после испытаний в картере моторного масла оценивают его окисляемость в объеме картера. Кроме того, на этой установке можно изучать механическую деструкцию полимерных присадок, вводимых для улучшения вязкостно-температурных характеристик в моторные масла (загущенные). В нашей стране и за рубежом используются и другие квалификационные методы оценки моющих и диспергирующих свойств моторных масел, такие как ВНИИ НП ИМ-100ГД, ИДМ-60Ф, УИМ-6-НАТИ, НАМИ-1, Caterpillar 1-D (1-G, 1-Н), НD-4, MWM-А, Petter AV-1 и другие.

Для квалификационной оценки коррозионной активности смазочных масел применяют безмоторные и моторные методы. К безмоторным относятся методы Пинкевича и ДК-НАМИ, а к моторным – методы, основанные на использовании установки Petter W-1 и двигателя ЯАЗ-204. Необходимо отметить, что в настоящее время отечественные исследователи применяют свыше 200 квалификационных методов оценки различных показателей эксплуатационных свойств ГСМ и спецжидкостей. Поэтому для сокращения времени и экономии материальных средств испытания товарного образца (прототипа) во многих отраслях не проводят, если разработаны и утверждены нормы на показатели, оцениваемые квалификационным методом. Однако отдельные квалификационные методы не дают полной и комплексной информации об эксплуатационных свойствах и показателях качества исследуемого образца ГСМ. Поэтому применяют совокупность квалификационных методов в сочетании с результатами стандартных анализов.
В нашей стране разработан ряд комплексов методов квалификационной оценки ГСМ, каждый из которых включает в себя от 6 до 26 методов. Эти комплексы методов квалификационных испытаний разрабатывает, совершенствует и руководствуется ими в работе комиссия научной экспертизы (КНЭ), созданная при Госстандарте России. Комплексы методов позволяют за 1–3 месяца провести испытания и принять соответствующие решения о допуске к практическому применению или дальнейшим испытаниям исследуемых образцов ГСМ. Деятельность КНЭ направляет и контролирует Государственная межведомственная комиссия (ГМК) по испытаниям ГСМ и специальных жидкостей при Госстандарте России. Эта же комиссия разрабатывает, утверждает планы квалификационных, стендовых и эксплуатационных испытаний исследуемых образцов ГСМ. Предполагается, что по мере совершенствования методов и комплексов методов квалификационной оценки ГСМ квалификационные испытания будут основным видом испытаний в химмотологии автомобильных топлив и масел.