Начало статьи здесь:
Часть 1. Двухтактное масло в дизельное топливо. Введение.
Часть 2. Топливо как смазка. Теоретическая основа исследования.
Дизельное оборудование впрыска современного двигателя требует достаточной смазки для предотвращения чрезмерного износа деталей. Процессы удаления серы из дизельного топлива устраняют соединения (полярные молекулы), улучшающие его смазывающие свойства. Это явление компенсируется применением смазывающих присадок.
Достоверная методика измерения смазывающей способности дизельного топлива необходима для определения стандарта (спецификаций), в котором заинтересованы стороны отрасли: нефтеперерабатывающие заводы, производители автомобилей, конечные потребители. Возникла необходимость разработать репрезентативные методы испытаний. Было предложено два основных метода. Изначально отрасль разделилась во мнениях, результаты какого метода наиболее представительны. Этот раздел поможет понять, какой метод лучше подходит для темы исследования.
Предлагаемыми методами стали испытания смазывающих свойств топлива на высокочастотной возвратно-поступательной установке (High Frequency Reciprocating Rig — HFRR) и менее используемый метод оценки смазывающей способности нагружаемым шариком на цилиндре (Scuffing Load Ball-On-Cylinder Lubricity Evaluator — SLBOCLE).
Испытательное устройство SLBOCLE прижимает стальной шарик к вращающемуся стальному кольцу (цилиндру), которое частично погружено в смазочную жидкость. На шар прикладывается нагрузка, которая увеличивается до тех пор, пока не будет превышена удельная сила трения, соответствующая появлению метки потертости на вращающемся цилиндре. Нагрузка в граммах, при которой это происходит, записывается как результат теста.
В Соединенных Штатах в соответствии с рекомендациями Ассоциации производителей двигателей (Engine Manufacturer’s Association — EMA) результат теста SLBOCLE должен превышать 3100 грамм в качестве минимального требования достаточных смазывающих свойств дизельного топлива. Другие источники рекомендуют 3500 грамм как минимально приемлемый эталон.
Хотя метод испытаний SLBOCLE никогда не входил в принятую спецификацию (Европейский стандарт EN 590) дизельного топлива, полученные результаты испытаний все же можно использовать для исследования.
Альтернативным инструментом испытаний является высокочастотная возвратно-поступательная установка HFRR, состоящая из стального шарика, который прижимается к плоской поверхности фиксированной нагрузкой 200 г. Шарик быстро вибрирует вперед-назад с амплитудой 1 мм. Спустя 75 минут, плоское пятно (след износа) измеряется с помощью микроскопа. Размер пятна износа (в микронах) напрямую связан со смазывающими свойствами испытуемого топлива.
Согласно результатам испытаний на установке HFRR пятно износа должно составлять менее 460 микрон для удовлетворительной работы топливной автоматики дизельного двигателя.
Европейские производители дизельных двигателей и топливной автоматики разработали программу циклического перебора результатов испытаний в попытке сравнить репрезентативность методов SLBOCLE и HFRR. Они пришли к выводу, что результаты испытаний методом HFRR служат более достоверным показателем смазывающей способности топлива в среде работы дизельного двигателя. В итоге размер пятна износа теста HFRR (менее 460 мкм) установлен в качестве нормы смазывающих свойств и введен в европейский стандарт дизельного топлива EN 590.
Описание принципов испытаний методами SLBOCLE и HFRR дает понять, что фактически они не измеряют одно и то же.
В тесте SLBOCLE, начиная с небольшой нагрузки, приложенной к шарику, первоначально создаются условия полной гидродинамической смазки, ухудшаемые при увеличении нагрузки. Процесс переходит в граничные условия смазки, поскольку нагрузка продолжает расти. Испытание окончательно заканчивается, когда достигаются пределы граничной смазки и шар задирает поверхность цилиндра.
В тесте HFRR начальные условия явно выходят за границы зоны работы смазки, потому что износ всегда имеет место. Однако по мере того, как пятно износа шарика увеличивается в размерах, достигается точка, где приложенная нагрузка распространяется на достаточно большую площадь контактного трения, чтобы граничная смазка начала действовать. Шарик продолжает совершать возвратно-поступательные движения (стоп — старт — стоп), и пятно износа растет до тех пор, пока полная гидродинамическая смазка не сможет удержать металлические поверхности отдельно друг от друга.
Можно сказать, что тест SLBOCLE измеряет точку, в которой граничная смазка прекращает работать, тогда как тест HFRR измеряет точку, в которой достигается полная гидродинамическая смазка.
Таким образом тест SLBOCLE показывает характеристики смачивания трущихся поверхностей топливом, присутствие полярных молекул и является методом испытаний на заклинивание. Тест HFRR является более показательным касательно влияния вязкости топлива на смазывающую способность. Поскольку методы измеряют различные режимы смазки, неудивительно, что между ними плохая корреляция.
В целом большинство видов топлива, которые соответствуют спецификации HFRR, также обеспечивают достаточную защиту от заклинивания, но не гарантируют ее. Для обеспечения адекватной смазывающей способности важно учитывать все возможные характеристики топлива.
Для исследования влияния двухтактного масла на смазывающие свойства дизельного топлива очевидно, что потребуются результаты испытаний как SLBOCLE, так и HFRR. Целью первого этапа стала оценка влияния двухтактного масла на ситуацию с граничной смазкой (то есть на решение гипотетической проблемы низкого содержания серы), а второго — оценка влияния на полную гидродинамическую смазку.
Продолжение статьи здесь: