О необходимости оценки эффективности применения восстанавливающих антифрикционных препаратов в ДВС Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.436.004.5.001.57

М.В. Рыжов, инженер-исследователь

ФГУП «Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ»

о необходимости оценки эффективности применения восстанавливающих антифрикционных препаратов в две

Одна из важнейших проблем, стоящих перед автотракторной промышленностью в Российской Федерации, — повышение эксплуатационной надежности машин, имеющих высокую степень износа.

Исходя из статистических данных, парк эксплуатируемых грузовых автомобилей на крупных и средних предприятиях имеет не более 14 % единиц техники, срок службы которых не превышает 5 лет; около 70 % единиц техники имет срок службы более 10 лет, т. е. практически изношены.

Решить данную проблему можно за счет выпуска новых, более надежных машин, а также совершенствованием методов технической эксплуатации и технического обслуживания. Однако обновление грузового транспорта отмеченных предприятий ежегодно составляет от 2,5 до 3 % вместо 10 % по норме, тогда как ежегодно списывается более 15 % парка машин. Большинство предприятий не имеет достаточных средств на обновление парка техники и проведение полнокомплектных ремонтов. Этот факт обусловливает заинтересованность технических служб в современных методах ремонта и средствах диагностики, способных обеспечить высокое качество работ по приемлемой стоимости с минимальными временными затратами.

Один из таких методов связан с развитием три-ботехнологий, где для успешного решения задач борьбы с трением и износом, а также увеличения срока службы машин и механизмов, широкое распространение получили восстанавливающие антифрикционные препараты (ВАФП).

В настоящее время существует несколько десятков наименований ВАФП, которые можно классифицировать на группы по структуре и свойствам главных активных компонентов:

• реметаллизанты поверхностей трения;

• тефлоносодержащие антифрикционные препараты;

• полимерные антифрикционные препараты;

• слоистые модификаторы трения;

• эпиламные и эпиламоподобные противоизнос-ные препараты;

• препараты на базе хлоропарафиновых соединений или кондиционеры металла;

• мелкодисперсные композиции на базе искусственных алмазов;

64

• геомодификаторы трения, или ремонтно-восстановительные составы на базе природных минералов.

Сравнительный анализ показал, что сегодня наиболее перспективной группой ВАФП являются геомодификаторы трения, которые позволяют улучшить свойства поверхностей трения путем добавления их в моторные и трансмиссионные масла.

На сегодняшний день в России известно около 20 препаратов, относящихся к ремонтно-восстановительным составам: РВС, Форсан, ХАДО, Ниод-5, РВД, Супротек, Реагент-2000, САИС, ЯШес геашта1ог и др.

Учитывая возможность конкуренции, многие производители моторных масел настроены к ремонтно-восстановительным составам резко отрицательно, аргументируя это тем, что современное масло уже содержит необходимый пакет присадок и введение в масло дополнительного компонента может нарушить баланс свойств пакета базовых присадок, а это крайне нежелательно и даже вредно.

Данное утверждение ошибочно, равно как и ошибочно относить вышеперечисленные группы ВАФП к одному определению — присадки. У них принципиально разное действие: одни образуют на поверхностях трибологического узла защитную пленку, способствующую уменьшению трения, эффект которой пропадает при замене масла, другие взаимодействуют с металлическими поверхностями, модифицируя их, образуя неотделимый слой, существенно предотвращающий износ.

Смазочные масла действительно содержат функциональные присадки, улучшающие их свойства, использование которых является залогом длительного срока службы и хороших эксплуатационных качеств транспортного средства, но при идеальных условиях эксплуатации. Эти присадки определяют работу трибологического узла лишь в штатных условиях гидродинамического трения и никак не учитывают реального состояния поверхностей сопряжения. Они работают одинаково как для нового, так и для сильно изношенного двигателя. Но условия смазывания на разных стадиях эксплуатации двигателя различны, и эксплуатационный износ поверхностей каждого узла трения носит сугубо индивидуальный характер. Поэтому присадки к маслам определяют только свойства мас-

ляной пленки трибологического узла, практически не влияя на поверхность трения.

На сегодняшний день общепринятое толкование принципа действия ремонтно-восстановительных составов на базе природных минералов заключается в следующем: при наличии в масле мелкодисперсных частиц геомодификатора и попадании последних в локальные зоны трения происходит их «раздавливание, растирание» пиками микрорельефа поверхностей с высвобождением большого количества тепловой энергии, что инициирует возникновение и протекание микрометаллургических и физико-химических процессов на атомарно-кристаллическом уровне с образованием модифицированного слоя на поверхностях контактирующих металлов, обладающего высокой износостойкостью и новыми свойствами. Свойства улучшенных поверхностей зависят от материала деталей в сопряжении, а также от нагрузки и температуры в зоне трения. Полученные геомодифицированные поверхности неизменны в течение 50.. .120 тыс. км пробега и обладают следующими свойствами:

• не имеют резкой границы между собой и металлом, на котором они образовались;

• по своей природе нечужеродны металлу;

• имеют одинаковый с материалом, на котором они образовались, коэффициент линейного термического расширения, т. е. не скалываются при нагреве и охлаждении;

• увеличивают срок работоспособности масла, снижая его окисление и разложение;

• коэффициент трения деталей аномально низок и снижается в среднем до 50 % в зависимости от материалов пары трения;

• по своей природе являются диэлектриком и ог-неупором. Температура их разрушения больше 1500 °С;

• стойки к износу, окислениям и коррозии;

• защищают металлы от водородного растрескивания, приводящего к охрупчиванию и старению;

• поверхности можно возобновлять по мере их срабатывания, проводя дополнительные обработки геомодификатором.

В этом заключается одно из основных отличий геомодификаторов от присадок к смазочному маслу. Они принципиально не изменяют свойств масел, и объектом их воздействия служат металлические поверхности трения (шероховатость, микротвердость, адгезия и т. д.). В процессе формирования модифицированной поверхности также происходит оптимизация микрогеометрии зазоров сопряжений.

Профессиональная обработка двигателя геомодификатором трения, проводимая безразборным методом в режиме штатной эксплуатации (что очень важно при экономии денежных средств и времени), способна существенно улучшить характеристики

ДВС на различных режимах работы. Наибольший эффект достигается на режимах номинальных нагрузок, а также на режимах с большими нагрузками и малыми частотами вращения коленчатого вала (например, движение в гору при большой загрузке транспортного средства), и особенно при холодном пуске, поскольку на этих режимах наиболее вероятно появление граничного трения в сопряжениях. Соответственно, работа базовых пакетов масляных присадок в таких условиях малоэффективна, а состояние поверхностей становится определяющим для износа двигателя и показателей мощности механических потерь, которые существенно снижают эффективную мощность двигателя.

Рассмотрим процентное распределение механических потерь в ДВС:

• трение в ЦПГ (трение поршневых колец и тронка поршня о поверхность цилиндра) составляет 40.75 % от всех потерь трения и зависит от режима работы и конструкции двигателя;

• трение в подшипниках коленчатого вала составляет 15.20 % от механических потерь;

• на приводе ГРМ трение и преодоление сопротивления газов и клапанных пружин на тактах газообмена составляет 7.15 % (у высокооборотных двигателей с двумя распределительными валами потери на привод ГРМ соизмеримы с величинами потерь трения в ЦПГ);

• на приводе вспомогательных агрегатов (масляный насос, помпа, генератор и вентилятор системы охлаждения) потери трения составляют около 10 %;

Согласно исследованию А.Ю. Шабанова [1], «результатом применения геомодификаторов трения в двигателях внутреннего сгорания является снижение мощности механических потерь на 20.30 % и скорости износа — на 60.80 %. При этом предельный теоретический эффект прироста мощности двигателя составит 20.24 % (если полностью убрать трение в ЦПГ и подшипниках коленчатого вала). Эта цифра может быть опорной для оценки эффективности ВАФП».

Однако на сегодняшний день отсутствует системный критерий оценки эффективности применения таких препаратов в ДВС и других агрегатах. Исключение составляет компрессионно-вакуумный метод, разработанный в МГАУ им. В.П. Горячкина [2], позволяющий благодаря его возможностям раздельной (дифференциальной) оценки состояния основных элементов ЦПГ (гильз, поршневых колец и клапанных сопряжений) оценить эффективность применения геомодификаторов. Оценка изменения состояний отмеченных элементов в результате модифицирования поверхности не является исчерпывающей при анализе состояния других составных частей ДВС, например подшипников коленчатого вала. Поэтому необходимо рассмотреть и другие ме-

тоды диагностирования, оценивающие изменение эффективной мощности, мощности механических потерь, динамических характеристик, расхода топлива и количества вредных выбросов, и т. п.

В этой связи возникает настоятельная необходимость в определении критериев и разработке комплексной методики оценки эффективности применения геомодификаторов трения в ДВС с учетом как известных методов диагностирования, так и новых, находящихся в стадии разработки.

Основными технико-экономическими требованиями к данной методике должны стать: высокая информативность, оперативность, малая трудоемкость проведения испытаний и относительно невысокая стоимость.

В заключение приведем наиболее перспективные методы, которые необходимо учесть при определении критериев оценки: ускорение свободного разгона и выбега коленчатого вала, давление кар-терных газов и его пульсации, изменение оптических характеристик выхлопа и др.

Список литературы

1. Шабанов, А.Ю. Очерки современной автохимии. Мифы или реальность / А.Ю. Шабанов. — СПб.: ОАО «Иван Федоров», 2004.

2. Бойков, А.Ю. Теоретическое обоснование компрессионно-вакуумного метода диагностирования цилиндропоршневой группы автотракторных ДВС: автореферат дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03 / А.Ю. Бойков. — М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2008.

УДК 621.43.01

А.С. Иванов, аспирант

ФГОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия»

ВОДОТОПЛИВНАЯ эмульсия ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Охрана окружающей среды и рациональное использование ресурсов в условиях бурного роста промышленного производства стала одной из актуальнейших проблем современности. Большое значение имеют осуществляемые в нашей стране меры по улучшению структуры топливно-энергетического баланса, снижению в нем доли нефти, приводящие к ее экономии и снижению токсичности вредных выбросов автотранспортом.

Двигатели внутреннего сгорания играют существенную роль в загрязнении окружающей среды. В крупных городах они являются одним из главных источников выброса токсичных веществ в атмосферу. Так, например, доля автомобильного транспорта в выбросе вредных веществ составляет в США 60,6 %, в Англии — 33,5 %, во Франции — 32 %. Вредные выбросы автотракторных двигателей сокращают урожайность до 25 % и снижают качество сельскохозяйственных культур (картофеля, подсолнуха, зерновых), особенно в придорожной зоне крупных автомагистралей, и приводят к серьезным заболеваниям сельскохозяйственных животных. Поэтому наряду с улучшением экономических показателей дизелей снижение токсичности их отработавших газов является важнейшей задачей.

Для решения данной проблемы наиболее эффективным в настоящее время является применение альтернативных видов моторного топлива (сжатый и сжиженный газы, спирты, водотопливные эмуль-

66

сии (ВТЭ), биотоплива и др.), о чем свидетельствует принятая ЕЭК ООН резолюция о переводе к 2020 г. 23 % европейского автотранспорта именно на альтернативные топлива [1].

ВТЭ, содержащие в своем составе воду, дизельное топливо и эмульгаторы, являются альтернативным топливом, качественно и количественно влияющим на процесс смесеобразования и горения в двигателе. Применение их позволяет сократить выбросы вредных веществ с отработавшими газами, увеличить ресурс двигателя и в ряде случаев повысить его экономичность.

Но, несмотря на удовлетворительные показатели работы двигателя на ВТЭ, массовому применению эмульсий препятствует недостаточная их стабильность, т. е. они склонны к расслоению с течением времени на дизельное топливо и воду. Основными причинами этого являются сложность подбора или дороговизна разработки эмульгаторов и трудности при выборе способа обработки эмульсий.

Цель и объект исследования

Для решения данной проблемы был разработан состав ВТЭ, который остается стабильным в течение нескольких месяцев [2] (см. таблицу).

Методика проведения опытов

Сначала получают эмульгатор простым смешиванием компонентов или взаимодействием олеиновой кислоты и диэтаноламина с последующим