Методы диагностики машин по анализу работающего масла (В помощь владельцу маслотестера)

 

Одним из основных условий надежной и безопасной эксплуатации машин является их контроль и диагностика непосредственно при эксплуатации. При этом контроль должен быть оперативным, своевременным и достоверным без разборки систем и вмешательства в конструкцию техники, обеспечивая ее надежную эксплуатацию в течение установленного ресурса. Диагностика машин по анализу работающего масла является одним из способов безразборного контроля состояния машин.

Многолетний опыт, накопленный в разных странах, дает основание утверждать, что диагностика машин по анализу работающего масла — это надежный способ выявления неисправностей. При разборке и ремонте машин прогнозируемые дефекты подтверждаются в 95% случаев. Изложенные предпосылки обосновываются тем, что масло является наиболее эффективным, гибким, изменяемым и контролируемым элементом и накопителем информационных признаков состояния  машины.

Для достижения максимального эффекта необходима правильная система сбора информации и ее точная интерпретация. Систематический оперативный контроль качества масла и статистическая обработка результатов этого контроля позволяют определять, на каких стадиях возникают дефекты в машине, устанавливать и устранять причины их образования.

Опыт показывает, что при условии контроля параметров масла и систем в эксплуатации можно обеспечивать надежную работу машины в пределах установленного ресурса.

В то же время анализ одной пробы работающего масла может указать лишь на необходимость его смены или выявить повышенный износ деталей, если в масле велико содержание металлов (продуктов износа). Для целей диагностики необходимо иметь зависимости изменения состава и свойств масла от времени его работы. Обычно в течение указанного в инструкции срока смены масла достаточно  2-3 раза через равные промежутки времени маслотестером определить у смазочного материала: вязкость, вязкостно-температурный показатель, плотность, коррозионную активность и наличие намагничиваемых продуктов износа, моюще-диспергирующие свойства (по масляному пятну), которые непосредственно связаны с дефектами систем смазки (вентиляции картера),  охлаждения, питания (очистки поступающего на смешение с топливом воздуха от пыли), зажигания. Кроме этого видно, в каком состоянии масло, поднимающееся из картера в маслотестер. Если в масле более 0,3% воды или охлаждающей жидкости, масло мутнеет.

 

1. Система смазки двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Моторное масло – это важный элемент конструкции двигателя оно смазывает, защищает от коррозии, износа, охлаждает и т. д.
На рисунке 1 изображена зависимость износа узла трения от пробега автомобиля на одном масле.

Рис. 1 Зависимость износа в узле трения от пробега автомобиля до замены масла.

I – приработка (обкатка); II – устойчивая работа; III – аварийный износ.

Самым продолжительным и стабильным является период II (устойчивая работа), износ практически не наблюдается. Именно поэтому очень важно знать ресурс масла, время его замены. Если промедлить или поторопиться с заменой масла, то процесс  изнашивания двигателя увеличивается. Использование качественного масла, правильность его подбора, наряду с правильной эксплуатацией, и своевременной заменой поможет существенно продлить ресурс автомобиля.

Анализ масла – информативный метод оценки качества и ресурса масла, позволяющий на ранних стадиях обнаружить основные неисправности систем автомобиля.

Система смазки ДВС состоит из следующих основных элементов, рис 2:
— поддона картера;
— масляного насоса;
— масляного фильтра;
— трубок, каналов и отверстий для подачи масла.

Рис. 2. Схема двигателя внутреннего сгорания (Вид спереди):

1 – поддон картера; 2 – передний сальник коленчатого вала; 3 – коленчатый вал; 4 – зубчатый шкив коленчатого вала; 5 – масляный насос; 6 – шкив привода генератора; 7 – зубчатый ремень; 8 – передняя крышка привода механизма газораспределительного вала; 9 – зубчатый шкив насоса охлаждающей жидкости; 10 – натяжной ролик; 11 – зубчатый шкив распределительного вала; 12 – задняя крышка; 13 – сальник распределительного вала; 14 – выпускной распределительный вал; 15 – гидротолкатель; 16 – пружина клапана; 17 – направляющая втулка клапана; 18 – выпускной клапан; 19 – ресивер; 20 – крышка подшипников распределительного вала;  21 – направляющая труба; 22 – крышка головки блока цилиндров; 23 – пластиковая крышка; 24 – свеча зажигания; 25 – распределительный вал; 26 – впускной клапан; 27 – головка блока цилиндров; 28 – соединительная муфта; 29 – топливная рампа; 30 – шланг вентиляции картера; 31 – форсунка; 32 – впускной коллектор; 33 – маховик; 34 – держатель заднего сальника коленчатого вала; 35 – задний сальник коленчатого вала; 36 – блок цилиндров; 37 – масляный щуп; 38 – поршень; 39 – шатун; 40 – крышка шатуна; 41 – крышка коренного подшипника коленчатого вала.

Важная роль для функционирования системы смазки ДВС отводится вентиляции картера. Она выводит продукты неполного сгорания и воду (в виде паров) из картера на дожиг. Если воздушный фильтр неисправен (неплотно сидит в корпусе, загрязнен, имеет дефекты), то в камеру сгорания вместе воздухом попадает пыль. Засоренный фильтр не подает нужного количества воздуха в камеру сгорания, что также ведет к увеличению содержания продуктов неполного сгорания топлива и ухудшению вентиляции картера (рис.3).

Также причинами образования в масле механических примесей могут быть: неполное сгорание топлива, неисправности системы зажигания, загрязнение магистралей фильтров, дефекты выхлопной системы. Все это может привести к: нарастанию сажи и нагара на клапанах и поршнях, ухудшению теплообмена, повышенному износу, повышению расхода топлива, ухудшению компрессии.

Рис.3 . Схема вентиляции картера:

1 — корпус воздушного фильтра; 2 — фильтрующий элемент; 3 — всасывающий коллектор вентиляции картера; 4 — карбюратор; 5 — впускной трубопровод; 6 — впускной клапан; 7 — шланг вентиляции картера; 8 — маслоотделитель; 9 — сливная трубка маслоотделителя; 10 — картер двигателя; 11 — поддон картера.

При неисправности воздушного фильтра в камеру сгорания попадает пыль.  Пыль приводит к износу поршня, компрессионных и маслосьёмных колец, гильз цилиндров, образуются зазоры, через которые в масло проникают продукты неполного сгорания, пыль, частицы износа, топливо (рис.4).  Недостаточная вентиляция картера (неисправность коллектора или загрязненность воздушного фильтра) наряду с проникающей пылью (различные дефекты и неисправности воздушного фильтра) ведет к более тяжелым последствиям для ДВС.

Рисунок 4. Последствия износа  поршня:

1 — поршень; 2 — блок цилиндров; 3 — головка блока цилиндров; 4 — охлаждающая жидкость; 5 — выпускной клапан; 6 — впускной клапан; 7 — свеча зажигания; 8 — топливная форсунка; 9 – картер; 10 – топливо; 11 – масло.

Загрязнение абразивными частицами (пылью) зависит от  концентрации в масле кремния – основного элемента абразивных частиц. Как известно, абразивные частицы, попадая в двигатель, приводят к износу металлических частей двигателя. На рис. 5 показана зависимость  концентрации железа (металлических частиц износа) от содержания в масле кремния, попадающего в масло с пылью.

Рис.5. Взаимосвязь концентраций железа и кремния в работающем масле

Рассматривая износ различными частицами (металлическими и абразивными) нужно заметить, что наиболее сильный износ провоцируют отдельные частицы размером от 8 до 60 мкм, а самыми разрушительные из них являются частицы размером 18-30 мкм. (рис.6).

Рис.6. Диаграмма износа от размера абразивных частиц

Частицы разных размеров оказывают различное влияние на износ, также на износ существенно влияет концентрация частиц. На рис. 7. представлена зависимость износа от концентрации частиц трёх разных диаметров. При высокой их концентрации в масле мелкие частицы могут влиять на износ и истирание столь же активно, как и крупные.

Рис.7. Диаграмма износа  в зависимости от концентрации частиц

Как видно из графиков, попадание пыли внутрь двигателя и далее в масло приводит к изнашиванию узлов трения. Также со временем моторное масло просто стареет, поэтому регулярный анализ его качества во время работы позволит своевременно выявить неполадки, оценить ресурс масла, а также определить время его замены.

2. Система охлаждения ДВС


Рис. 8. Система охлаждения ДВС:
1 — радиатор; 2 — расширительный бачок; 3 — крышка расширительного бачка; 4 — термостат; 5 — выпускной патрубок головки блока цилиндров; 6 — радиатор; 7 — электровентилятор; 8 — ремень привода газораспределительного механизма; 9 — насос охлаждающей жидкости; 10 — кран отопителя; 11 – поток на обогрев салона; 12 — поток из двигателя (на охлаждение); 13 — поток в двигатель (после охлаждения); 14 — охлаждение жидкости воздухом; 15 — теплый воздух в салон.

При сгорании топлива в ДВС выделяется тепло, которое отводится системой жидкостного охлаждения, состоящей из следующих основных элементов, рис 8:

— рубашки охлаждения (двойные стенки блока цилиндров и головок), пространства, заполненного охлаждающей жидкостью;
— радиатора, выполняющего функцию теплообменника, состоящего из двух блоков, соединенных большим количеством трубок;
— расширительного бачка, поддерживающего постоянный объём циркулирующей жидкости и определенное давление в системе;
— насоса, обеспечивающего циркуляцию  охлаждающей жидкости в системе;
— термостата — автоматического клапана, открывающегося при достижении охлаждающей жидкостью температуры  90-1020 С;
— трубопроводов.

Причинами наличия в масле охлаждающей жидкости могут быть: дефектные уплотнения или корродирующие места пайки масляного радиатора, дефектная прокладка головки блока, микротрещины в рубашке охлаждения. Все эти причины приводят к серьезным повреждениям двигателя.

В случае неисправности в виде микротрещин в рубашке охлаждения, охлаждающая жидкость попадает в работающее масло, ухудшает его работоспособность (рис.9) В случае несвоевременного определения и устранения возникших дефектов в системе охлаждения  ДВС выходит из строя.

 

Рис. 9. Последствия микротрещин в рубашке охлаждения:

1 — поршень; 2 — блок цилиндров; 3 — головка блока цилиндров; 4 — охлаждающая жидкость; 5 — выпускной клапан; 6 — впускной клапан; 7 — свеча зажигания; 8 — топливная форсунка; 9 – картер; 10 – топливо; 11 – масло.

На рисунке 10 показано, как увеличивается износ шатунных вкладышей ДВС в зависимости от вида и количества охлаждающей жидкости в масле. В охлаждающей жидкости до 50% воды. Вода также попадает в масло с продуктами неполного сгорания, прорывающимися в картер при работе ДВС (при сгорании 1 кг топлива образуется 1,4 кг воды).

Рис.10. Зависимость потери массы шатунных вкладышей от длительности испытаний ДВС на масле:

1-с этиленгликолем и водой; 2-с водой; 3-без охлаждающей жидкости (чистое масло).

Своевременный анализ масла поможет обнаружить в нём воду или охлаждающую жидкость и предотвратить интенсивный процесс изнашивания.

3. Система питания двигателя

В системе питания топливо хранится, очищается, перемещается, смешивается с предварительно очищенным от пыли воздухом.  Большинство автомобилей в мире оснащены бензиновыми двигателями. В зависимости от вида устройства, осуществляющего подготовку топливовоздушной смеси, двигатели могут быть инжекторными или карбюраторными (рис.11, 12).

Рис. 11. Распределительный впрыск инжекторного двигателя:

1 – впускной клапан; 2 – камера сгорания; 3 – форсунка; 4 – впускной коллектор; 5 – распредвал; 6 – свеча зажигания; 7 – поршень; 8 – электронный блок управления; 9 – датчик потока воздуха; 10 – датчик температуры двигателя; 11 – датчик температуры; 12 – датчик положения дроссельной заслонки.

Рис. 12. Система питания карбюраторного двигателя:
1 – воздухозаборник холодного воздуха; 2 – терморегулятор; 3 – воздушный фильтр; 4 – воздухозаборник теплого воздуха; 5 – наливная труба; 6 – датчик указателя уровня топлива; 7 – топливный бак; 8 – трубопровод слива избытка топлива; 9 – трубопровод подачи топлива из бака, 10 – топливный насос; 11 – карбюратор.

Система питания состоит из следующих основных элементов  (рис.  12):

— топливного бака;

— фильтров очистки топлива;

— топливопроводов;

— топливного насоса;

— воздушного фильтра;

— карбюратора;

— форсунки (у инжекторного двигателя).

Причины высокого содержания топлива в масле: неполное сгорание топлива из-за неточных регулировок двигателя; плохая работа впрыска или карбюратора; неправильная установка зажигания; неправильная регулировка клапанов; дефектные распылители; изношенные поршневые кольца.

Неполадки в системе питания приводят к износу из-за разжижения масла (из-за попадания топлива и продуктов его неполного сгорания в картер) и попадания пыли с воздухом, подаваемым на смешение с топливом. Из-за закоксовывания свечи зажигания топливо стекает  в картер (не происходит зажигание при подаче топлива). Неисправная топливная форсунка подаёт слишком много топлива, которое полностью не сгорает и стекает по стенкам цилиндра и поршня в картер, смывая с их поверхности масло, что приводит к износу (рис.13).

 

Рис. 13. Неисправность системы питания:

1 — поршень; 2 — блок цилиндров; 3 — головка блока цилиндров; 4 — охлаждающая жидкость; 5 — выпускной клапан; 6 — впускной клапан; 7 — свеча зажигания; 8 — топливная форсунка; 9 – картер; 10 – топливо; 11 – масло.

Рассмотрим основные методы контроля работающего в машине масла, которые дают возможность определить показатели его качества, выявить дефекты в системах смазки, охлаждения, очистки воздуха, подаваемого на смешение с топливом, топливной аппаратуре и т.д.

Наиболее полное представление о работоспособности масла даёт анализ основных показателей качества: вязкости, по изменению которой можно судить о степени разжижения масла, а также о его окислении или разрушении загущающей присадки; плотности (при попадании топлива снижается, при попадании воды увеличивается, меняется при изменении углеводородного состава); коррозионного воздействия масла на металлы (при срабатывании антикоррозионных присадок); содержания в масле  охлаждающей жидкости (воды), механических примесей, продуктов износа и др. (характеризуют неисправности в системах охлаждения и очистки подаваемого на смешение с топливом воздуха от пыли).

 

Показатели качества масла.

Вязкость масла.

Вязкость — это величина, которая характеризует текучесть жидкости. Вязкость — свойство жидких и газообразных тел оказывать сопротивление их течению — перемещению одного слоя тела относительно другого — под действием внутренних сил. Вязкость зависит от температуры.

Вязкость очень важный показатель, который определяет поступление масла к смазываемым поверхностям, образование на них масляной пленки, легкость прокручивания двигателя при пуске, вытекание масла через неплотности в соединениях, легкость перекачивания масла.

По изменению вязкости в работающем масле можно судить о загрязненности масла, степени окисления, о его ресурсе. В процессе работы масла, как правило, происходит потеря начального значения вязкости в связи с несоблюдением норм эксплуатации или из-за неисправности двигателя. Если иметь возможность контроля изменения вязкости, то можно на ранних стадиях предупредить поломку двигателя.

В процессе работы масло может становиться более вязким из-за попадания в него нерастворимых веществ, которые могут привести к потере смазывающих свойств и работоспособности масла. Также масло в процессе работы может стать менее вязким из-за попадания топлива (продуктов неполного сгорания топлива) или разрушения загущающей присадки, что также приводит к потере смазывающих свойств масла и его работоспособности.

Если вязкость масла стала на 25% больше или меньше вязкости свежего масла, то оно считается непригодным для дальнейшего использования.

С помощью маслотестера вязкость определяется по времени заполнения объема 20 мл маслом, поступающим в емкость прибора по тонкой трубке. Чем больше время заполнения – тем выше вязкость.

Плотность масла

Плотность вещества — это соотношение его массы к объему (кг/м3). Плотность зависит от температуры. Показатель плотности масла – очень важный показатель. Плотность непосредственно связана с такими важными свойствами, как вязкость и сжимаемость. Она существенно влияет на передаваемую гидропередачей мощность и определяет запас энергии в масле при его циркуляции. Применение масел высокой плотности позволяет существенно уменьшить размеры гидропередачи при той же мощности. При повышении давления плотность масел возрастает вследствие их сжимаемости.

По изменению плотности при 20 оС можно судить о качестве масла и неполадках в двигателе. Например, известно, что бензин имеет плотность (около 760 кг/м3) , дизельное топливо (около 840кг/м3),  масло (около 880 кг/м3), и если бензин или дизельное топливо попадает в масло, то плотность масла уменьшается. Также известно, что вода с плотностью 1000 кг/м3 попадая в масло, увеличивает его плотность.  Исходя из анализа этих показателей можно, например, определить неполадки в системе охлаждения двигателя и вентиляции картера.

Маслотестер позволяет оценить плотность жидкости по уровню жидкости в момент начала погружения поплавка. Для этого трубку маслотестера опускают в масло, и, сжав и отпустив пружину, создают разрежение. Под действием разрежения поплавок увеличивается и плавает на поверхности масла. По мере поступления масла в емкость давление приближается к атмосферному и плотность поплавка увеличивается за счет уменьшения размера (вследствие уменьшения перепада давлений), поплавок начинает тонуть. По шкале на цилиндрической емкости фиксируется момент остановки и начала погружения поплавка (момент отделения верхней части поплавка от поверхности масла). Чем позже начинает погружаться поплавок, тем выше плотность жидкости. Зная отметку, при достижении которой поплавок тонет в свежем масле, можно судить об изменении плотности масла. Поплавок в маслотестере позволяет измерить плотность моторного масла в диапозоне 830-910кг/м3. Зная, что плотность синтетического моторного масла составляет 845-855кг/м3 а у минерального 880-900кг/м3 можно установить синтетическое, полусинтетическое или минеральное моторное масло.

 

Коррозионная активность масла.

Испытание коррозионного воздействия масла на медь является одним из  важнейших показателей старения и работоспособности масла. Причиной коррозии является попадание в масло продуктов износа, охлаждающей жидкости, воды, продуктов сгорания сернистого топлива (серный и сернистый ангидрид, оксид азота взаимодействуя с водой образуют серную, сернистую, азотную кислоты), которые создают коррозионную среду, разрыхляют поверхности деталей, разрушают оксидную пленку.

Износ в результате совместного действия коррозии и механических нагрузок выше, чем при наличии каждого фактора в отдельности. Коррозия как бы подготавливает поверхность детали к дальнейшему интенсивному износу. Накопление воды в масле повышает его коррозионную активность и ухудшает смазывающие свойства.

Наличие частиц износа в масле свидетельствует о том, что происходит интенсивный износ в узлах трения машины. Присутствие в масле металлических частиц может свидетельствовать также о попадании примесей (например, пыли), способствующих абразивному износу.

Определение коррозионной активности масла проводится на медной пластинке. Подготовленную медную пластинку погружают в масло, нагревают и выдерживают при определённой температуре в течение времени, установленного для испытуемого материала. Затем металлическую медную пластинку вынимают, промывают, сушат и сравнивают с эталонами степени коррозии.

На конце трубки маслотестера находится медная скоба, которая при проведении анализа погружается в масло. Через 10 минут после погружения ее достают и определяют степень коррозии по эталонной шкале (рис. 14). При коррозии медной скобы по эталонной шкале  балла (В) необходимо устранить причину и заменить масло.

 

Рис. 14. Эталонная шкала для определения коррозионной активности масла.

Наличие намагничиваемых частиц износа в масле.

В моторном масле в процессе работы накапливаются механические примеси, наибольшую опасность из них представляют мельчайшие металлические частицы износа. Наличие частиц износа в масле свидетельствует об износе узлов трения в двигателе, из-за неисправностей в системах: охлаждения, очистки подаваемого на смешение с топливом воздуха от пыли, системе питания двигателя, системе смазки. В случае выявления износа в начальной стадии, своевременное устранение причины позволяет предупредить аварийный выход двигателя из строя.

Существует метод магнитного осаждения металлических частиц износа из проб смазочного материала – феррография. Он позволяет определить вид износа, интенсивность и режимы трения по форме частиц, состоянию их поверхности, распределению размеров частиц, материалам отдельных частиц, наличию посторонних примесей и продуктов деструкции масла. Совокупность этих параметров позволяет идентифицировать вид износа, определить место возможного отказа и оценить степень опасности дефекта. Существует два вида феррографического анализа: качественный и количественный. Качественный анализ позволяет определить изнашиваемый узел по природе частиц износа. Количественная феррография определяет уровень износа двигателя. Частицы износа имеют отличительные характеристики, которые обусловлены условиями и причинами их образования. По цвету, форме и соотношению размеров частицы могут быть разделены на ряд типов или классов, которые определяют их источник или способ образования.

В табл. 1 и 2 показано, каким образом можно определить тип сплава, из которого состоят частицы износа, и выявить изнашиваемые узлы трения. Подогрев феррограммы (нанесенной на поверхность) в течение 90 секунд до 320 ?С приводит к изменению цвета: стальные частицы становятся ярко-голубыми, чугуна — темно-коричневыми, свинец при нагревании цвет не меняет.

 

Таблица 1. Поверхности износа

Поверхности Металлы
1. Рамовые. подшипники Свинец-олово/свинец/медь-свинец-олово
2. Мотылевые подшипники Свинец-олово/свинец/медь-свинец-олово
3. Подшипники распредвала Свинец-олово/медь-свинец-олово
4. Распредвал Малоуглеродистая сталь
5. Пальцы толкателей Медь-свинец-олово (свинцовистая бронза)
6. Подшипники толкателей Малоуглеродистая низколегированная сталь
7. Поршневые кольца Чугун
8. Цилиндровая втулка Чугун
9. Направляющая клапана Чугун
10.Вкладыши поршневых колец Свинец-олово/медь-свинец-олово
11.Поршневые кольца, шатуны Хром
12. Подшипники, поршни Цинк
13. Коленвал Малоуглеродистая низколегированная сталь

Таблица 2. Цвет частиц изнашивания в различном свете

Сплав Цвет частицы в свете
Проходящем Отраженном Бихроматическом
алюминий черный серый c металлическим белым блеском красный
свинец черный темно-серый с менее белым блеском, чем алюминий ярко-красный
латунь (частицы с очень острыми краями) черный темно-серый со светло-желтым блеском ярко-красный, по краям  темный
медь черный темно-серый с желтым блеском красный
железо черный серый с металлическим блеском ярко-красный
баббит (мягкий металл, у крупных частиц поверхность шероховатая) черный (аналогичен свинцу, края более острые) Темно-серый с менее белым блеском, чем алюминий ярко-красный
бронза черный темно-серый со светло-желтым блеском ярко-красный
пластмасса (структура частиц объемная, аморфная) серый или черный прозрачные, светлые зеленый

 

В таблице 3 показана связь между характером металлических частиц изнашивания и узлами двигателя, подвергшимися износу.

Таблица 3. Связь характеристик частиц износа и изнашиваемых узлов

Характе-ристика частиц форма частиц Поверх-ность Цвет Линей-ные размеры, мкм Отноше-ние толщины к линейному размеру Неисправ-ность
Нормальное изнашива-ние Непра-вильная Гладкая Серебристый 

жёлтый

1 — 5 1:2 или 1:5
Жесткое сколывание Непра-вильная Грубая Серебристый
черный
11 — 150 От 1:6 до1:40 Высокие нагрузки
шестерни
Микрореза-ние Грубая, боковые гладкие Серебри-стый длина от
200 до 2500
От 1:5 до 1:50 Разрушение зубьев передач, роликовых подшипников
Усталостная Непра-вильная Грубая Серебри-стый 11 — 200 От 1:2 до 1:10 Износ подшипников скольжения
Усталостно-сферическая Гладкая Серебри-сто-
черный
1 — 100 1:1 Износ подшипников качения, кавитацион-ное разрушение
Усталостно-лепестковая Непра-вильная
окруж-ность, «роза»
Гладкие Серебрис-тый 10 — 100 От 1:5 до 1:30 Износ зубьев передач, шариковых
подшипников

По виду частиц, форме и соотношении размеров, определяют следующие виды износа:

1) Нормальное изнашивание.

Частицы, образующиеся  при скольжении и имеющие форму плоских пластин. Размеры частиц 0,5…15 мкм и менее, толщина частиц 0,15…1 мкм. Отношение большого размера частиц к их толщине колеблется от 10:1 для более крупных частиц, до 3:1 для частиц около 0,5 мкм. Микрофотографии частиц износа при нормальном изнашивании приведены на рис. 15 а.

 

Рис. 15а. Нормальное изнашивание

2)Усталостное выкрашивание.

Частицы усталостного выкрашивания имеют форму плоских хлопьевидных пластин с гладкой поверхностью и хаотичную, беспорядочной формы периферию. Размеры частиц 10…100 мкм и более, отношение большого размера к их толщине 10:1. При данном виде износа встречаются как ферромагнитные, так и не ферромагнитные. Микрофотографии частиц износа при усталостном выкрашивании приведены на рис. 15 б.

Рис. 15б. Усталостное выкрашивание

3)Микрорезание.

Частицы изнашивания микронеровностей — в виде стружки длиной 25…100 мкм и толщиной 2…5 мкм. Частицы абразивного изнашивания в виде кусочков проволочек длиной от 5 мкм и толщиной 0,25 мкм. Микрофотографии частиц износа при микрорезании приведены на рис. 15 в.

Рис. 15в. Микрорезание

4) Задир.

Частицы, образующиеся при усиленном проскальзывании одной детали относительно другой с бороздками на поверхности и выступающими прямыми краями. Размеры частиц от 15 мкм, отношение основного размера к толщине частиц составляет 10:1. Микрофотографии частиц износа при задире приведены на рис. 15 г.

Рис. 15г. Задир

При образовании усталостных микротрещин в подшипниках качения заметного роста содержания металлов не происходит, однако возникающий после достаточного их развития питтинг приводит  к поломке. Усталостные трещины обнаруживаются на зубьях шестерен, которые не вызывают какого-либо заметного повышения содержания металлов в масле до тех пор, пока зуб не сломается.

Появление в масле сферических частиц может служить диагностическим признаком образования усталостных микротрещин не только в подшипниках качения, но и в зубчатых зацеплениях. При этом сферические частицы, характерные для образования усталостных микротрещин в зубчатых зацеплениях имеют размеры до 20 мкм (для подшипников качения характерен размер сферических частиц 3…5 мкм).

В ряде случаев может быть использован анализ отложений с фильтров маслосистемы. Предварительно производится смыв отложений с использованием ультразвуковых приспособлений, и фильтрация осадка. Осадок направляется в лабораторию на исследование.

Все шире внедряется определение марки стали (сплава) стружки снятой с маслопроводов, смывок с фильтров. Знание конкретной марки стали и места, где выявлена стружка, позволяет локализовать поврежденный узел и принять оптимальное решение по возможности ремонта двигателя в условиях эксплуатации (путем замены агрегата, модуля) или направление двигателя на ремонт. В ряде случаев выявляются  посторонние частицы, не являющиеся продуктами износа двигателя, что позволяет после промывки маслосистемы допустить двигатель к продолжению эксплуатации.

К сожалению дорогостоящие методы исследований не всегда оправдывают себя. Ошибки при отборе (частицы износа особенно крупные 100-2000мкм и более опускаются на дно картера и улавливаются масляным фильтром в машине), доставке проб в лабораторию, ограниченный диапозон измерений (например масспектрометр определяет частицы износа размером до 10 мкм) и др.,а также временной фактор ( от отбора пробы до выдачи результатов анализа проходит на практике до 48 часов) не позволяют своевременно выявить и устранить неполадки в машине.

Сущность метода определения наличия намагничиваемых частиц износа маслотестером заключается в улавливании их магнитом. Намагничиваемые металлические частицы собираются на поверхности магнита, количество, форма, цвет и размеры которых определяются визуально через увеличительное стекло, масса – взвешиванием ( на аналитических весах при небходимости).

Магнит, входящий в состав маслотестера (установлен на конце трубки с термопарой и медной скобой), позволяет установить износ двигателя.

Человеческий глаз способен различать объекты размером от 100 мкм (с увеличительным стеклом — более мелкие). При нормальном износе размеры частиц колеблются в пределах 0,5…15 мкм. При усталостном выкрашивании, микрорезании и задире частицы имеют размеры от 10 до 100 и более микрометров. Таким образом, если частицы износа видно с помощью увеличительного стекла или невооруженным глазом, наблюдается износ двигателя. Интенсивность износа можно оценить по изменению количества частиц на магните с увеличением времени работы масла. При большом количестве частиц износа (>3) или увеличении этого количества с пробегом автомобиля необходимо провести дополнительный анализ в лаборатории с целью выявления вида и причин износа. Для получения объективных результатов анализ следует проводить в одном временном режиме — время работы двигателя (и, следовательно, циркуляции масла) при погруженном магните каждый раз должно быть одним и тем же.    Маслотестер в отличии от имеющихся методов определения износа в узлах трения позволяет видеть динамику износа во временном режиме, улавливая их до фильтра. Достаточно сравнить количество улавливаемых металлических частиц износа за 5 и 10 минут. Если количество частиц увеличивается значит это не случайно попавшие в масло частицы износа, и вы живой свидетель процесса износа. Это супер!

 

Метод капельной пробы.

Методом капельной пробы можно определить степень загрязнения механическими примесями и моюще-диспергирующую способность масла. Для этого капля масла наносится на бумагу, по истечении 10 минут по размерам и зонам диффузии масла определяется его загрязненность механическими примесями, топливом, охлаждающей жидкостью и т.д.

По внешнему виду масляного пятна можно выявить состав смазочного материала. На бумаге измеряют диаметры трех зон капли, определяют их цвет и рисунок, равномерность растекания масла и рассматривают четыре составные части масляного пятна (рис. 16):

 

Рис. 16. Масляное пятно

A – ядро или центр капли, соответствующий первичной зоне капли до ее растекания по бумаге; здесь оседают все тяжелые нерастворимые механические примеси;

Б – краевая зона – темное черное кольцо, окаймляющее ядро малорастворимыми в масле органическими примесями; кольцо отсутствует как при чистом масле, так и при очень грязном масле, а ядро имеет ровный цвет;

В – зона диффузии — широкое серое кольцо за ядром – через краевую зону Б масла с легкими растворенными органическими примесями;

Г – кольцо чистого масла — самое внешнее светлое кольцо, присутствует, если в масле начинает проявляться потеря моюще-диспергирующих присадок.

Чистое масло дает большое светлое пятно, исчезающее через несколько суток. Зона Г через несколько часов также исчезает. Если В и Г элементы имеют прерывистую форму, то масло насыщено водой, а стойкий желтоватый или светло-коричневый цвет зоны диффузии говорит о значительной окисленности масла из-за аварийного перегрева двигателя.

Чем светлее и равномернее цвет ядра и зоны диффузии, тем работоспособнее масло. При потере присадок уменьшается зона диффузии, расширяется внешнее светлое кольцо. Появление внешнего кольца чистого масла означает момент, когда начинают исчерпываться моюще-диспергирующие свойства масла. Для высокощелочных масел это не обязательно. Ориентировочно работоспособность малощелочных и среднещелочных масел можно определять по нижеследующим показателям:

 

а) Кмп = d1/d2,

где d1 — диаметр зоны ядра A, d2 — диаметр зоны Б.

Если Кмп > 0,75 – присутствует чрезмерное количество механических примесей.

б) Кмд = d3/d2,

где d3 — диаметр зоны В.

Если Кмд > 1,3, то моюще-диспергирующая способность масла чрезмерно ослабла;

Отсутствие зоны В пятна наблюдается, как правило, из-за наличия воды в масле, густое черное мазеобразное ядро с блестками металла, коричневое или желтое кольцо свидетельствуют о браковочном состоянии масла и оно подлежит срочной замене.

Вязкостно-температурный показатель

В практике встречаются случаи, когда при очередном диагностировании вязкость и плотность работающего масла не меняются, но обнаруживается увеличение продуктов износа и коррозии на медной скобе. Это может происходить при одновременном попадании в масло топлива и охлаждающей жидкости.  В такой ситуации следует определить вязкостно-температурный показатель работающего масла. В теплом гараже или в летнее время на улице маслотестером определить вязкость работающего масла при температуре 20°С и 40°С. Уменьшение разницы вязкости при 20°С и 40°С  по сравнению со свежим маслом свидетельствует  о наличии в масле продуктов неполного сгорания. Вязкостно-температурный показатель коррелирует с температурой вспышки и характеризует взрывопожароопасность масла. Поэтому периодическое определение вязкостно-температурного показателя обязательно.

Вязкостно – температурный показатель определяется по формуле

В = T1 / T2,

где Т1 – время заполнения емкости смазочным материалом при температуре верхней границы выбранного температурного диапазона;

Т2 – время заполнения емкости смазочным материалом при температуре нижней границы выбранного температурного диапазона.

Относительный вязкостно — температурный показатель рассчитывается по формуле:

,

где Tв — время заполнения емкости свежим смазочным материалом при температуре верхней границы выбранного температурного диапазона,

Tн — время заполнения емкости свежим смазочным материалом при температуре нижней границы выбранного температурного диапазона,

Лв — время заполнения емкости работавшим смазочным материалом при температуре верхней границы выбранного температурного диапазона,

Лн — время заполнения емкости работавшим смазочным материалом при температуре нижней границы выбранного температурного диапазона.

Если ТВ > 0,1, масло считается неработоспособным.

Вязкостно-температурный показатель позволяет отличить синтетическое масло от минерального. Пример: у минерального масла Лукойл SAE 15W40 и синтетического масла Ниссан 5W40 маслотестером определяем вязкость при 40 0С. Она составляет соответственно195 и 139сек. Затем определяем вязкость при 20 0С. Она составляет соответственно 87 и 68 сек. Рассчитываем по  формуле вязкостно-температурный показатель. Он составляет соответственно у моторного минерального масла Лукойл 0,45 и  у синтетического моторного масла Ниссан 0,49. Зная, что вязкость синтетического масла меньше меняется при повышении и понижении температуры можно без ошибок определить базовую основу масла –его природу, а значит отличить синтетическое масло от полусинтетики и минералки. Купив масло Вы можете маслотестером проверить его заявленное качество, а значит своевременно обнаружить контрафактное (поддельное) масло . Нередко под видом синтетического масла продают полусинтетическое или минеральное с сомнительным пакетом присадок и конечно же низким ресурсом. При исправных системах автомобиля некачественное масло можно обнаружить маслотестером уже после пробега 100-500км.

 

Выводы.

1) Маслотестер позволяет определить:

— дефекты машины на ранней стадии по вязкости, вязкостно-температурному показателю, плотности, наличию частиц износа, коррозии на медь, масляному пятну на фильтре, цвету масла.

— контрафактное (поддельное масло)

— ресурс масла и реальные сроки его замены

— позволяет продлить ресурс машины и сэкономить на ее обслуживании

2) Маслотестер – безотходный прибор, тестируемое масло возвращается в картер. Замена масла по фактической потере его работоспособности позволяет снизить объемы отработанных масел.

3) Диагностика маслотестером не требует вывода машины из эксплуатации и проводится на месте ее работы при любых погодных условиях.

4) Маслотестер компактен, мобилен и не требует длительной настройки.

Маслотестер скромно оформлен, ничего лишнего, и рассчитан для думающих, бережливых, любящих природу и технику людей.

 

Автор статьи: коллектив ООО «Химмотолог»

 

 Posted by at 10:11

  4 комментария to “Методы диагностики машин по анализу работающего масла (В помощь владельцу маслотестера)”

  1. Добрый день!на данный момент занимаюсь разработкой Ультразвукового Експресс-Метода для определения топлива и механических примесей в работающих моторных маслах и проблемой оценки качества и работоспособности моторных масел в целом!меня интересует следующее:как контролируется наличие топливных фракций в работающем моторном масле?и возможно ли провести диагностику масла по данному показателю вашим прибором???

    • Здравствуйте.
      О наличии топливных фракций можно судить по уменьшению вязкости и изменению вязкостно-температурного показателя (ВТП). С помощью маслотестера возможно контролировать вязкость и ВТП (необходимо контролировать в динамике). Более подробно можно узнать из инструкции (ко 2ой разновидности устройства) на данной странице — http://himmotolog.ru/?page_id=773

  2. Здравствуйте, заинтересовала ваша статья, поясните пожалуйста один момент, в разделе 1 после рисунка 1, звучит фраза » Если промедлить или поторопиться с заменой масла, то процесс изнашивания двигателя увеличивается», каким образом ранняя замена масла может привести к повышенному износу?

    • При замене масла, двигатель работает некоторое время в режиме приработки, в котором наблюдается износ. Это можно наблюдать на рисунке 1.