CC BY
27
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 629.436.068
Техническая эффективность нанесения покрытий фрикционным методом на цилиндры без разборки двигателя
Владимир Николаевич Быстров, к.т.н., e-mail: dirunikom@mail.ru Евгений Игоревич Деркач, аспирант, e-mail: larsulrichred@mail.ru ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Представлена технология нанесения покрытия на цилиндры фрикционным методом без разборки бензиновых двигателей с длительным сроком эксплуатации; осуществлена оценка технической эффективности применения этой технологии по результатам моторных динамометрических и дорожных испытаний карбюраторного четырехтактного двухцилиндрового двигателя автомобиля до и после применения технологии; доказано, что технология безразборного восстановления двигателя позволяет сократить вредные выбросы при одновременном повышении мощностных характеристик, компрессии в цилиндрах и сокращении расхода топлива.
The authors introduce a technology for coating cylinders based on the friction method without disassembling the gasoline engines of long service life. The study estimates the technical efficiency of the technology using the motor, dynamometer and road tests. The article discusses the motor tests' results for the gasoline four-cycle two-cylinder car engine before and after the coating by means of the engine restoration technology without disassembling. The technology reduces emissions, improves the power characteristics, optimizes the compression in the cylinders, and reduces the fuel consumption.
Ключевые слова: моторные испытания, выбросы загрязняющих веществ, мощность двигателя, компрессия, расход топлива.
Keywords: motor test, emission, power, compression, fuel consumption.
Для повышения основных технических и экологических характеристик бензиновых двигателей с длительным сроком эксплуатации была разработана технология нанесения покрытия на цилиндры фрикционным методом без разборки двигателей. Применение этой технологии при ремонте легковых автомобилей уменьшает загрязнения окружающей среды выхлопными газами. При этом существенно снижаются трудовые и финансовые затраты предприятий автомобильного сервиса, а также экономятся средства автовладельца, наряду с быстрым и качественным восстановлением двигателя.
Для оценки результатов применения данной технологии были проведены моторные испытания, которые показали существенное улучшение технических и экологических характеристик двигателя.
Объектом моторных испытаний является четырехтактный двухцилиндровый двигатель марки ВАЗ. Испытания проводились на моторном стенде фирмы
Бспепск с гидравлическим тормозом (рис. 1), оснащенным весоизмерительным устройством типа С1-2001А (рис. 2), и четырехкомпонентным газоанали-
Рис.1. Общий вид моторного стенда фирмы БсИепск с двигателем автомобиля ВАЗ
Рис. 2. Общий вид весоизмерительного устройства СІ-2001А фирмы САБ
затором ИНФРАКАР-М фирмы «Альфа-динамика». Материалы для испытаний: топливо - бензин АИ-92 ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН 228-99), технологическая среда для нанесения покрытия на зеркало цилиндра, металлоорганическая присадка, масло моторное марка БАЕ 10W-30 ГОСТ 17479.1-85.
Объем испытаний двигателей определялся в соответствии с ГОСТ 14846-81. «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний» и ГОСТ 18509-88.
Перед началом испытаний двигатель жидкостного охлаждения был прогрет до температуры охлаждающей жидкости на выходе и масла в картере - 80°С. Показатели определялись при установленных режимах работы в момент, при котором крутящий момент, частота вращения, температура воды и масла стабилизировались.
В ходе испытаний определялись значения следующих характеристик: п - частота вращения
коленчатого вала двигателя, об/мин; Ме - эффективный крутящий момент, Нм; N - эффективная мощность, кВт; С - часовой расход топлива при массовом способе измерения, кг/ч; ge - удельный расход топлива, г/(кВт • ч); а - коэффициент избытка воздуха; СО - содержание окиси углерода в отработавших газах двигателя, %; СО2 - содержание двуокиси углерода в отработавших газах двигателя, %; СН - содержание остаточных углеводородов в отработавших газах двигателя, ррт.
По каждой характеристике число точек замера - не менее шести, что достаточно для выявления формы и характера кривой изменения параметров в исследуемых диапазонах. В процессе испытаний были построены контрольные графики, которые позволили контролировать точность проведения экспериментов. После снятия характеристик проводились расчеты по определению показателей двигателя, которые заносились в протокол.
Расчеты на всех режимах работы проводились по следующим формулам:
Ме = Р1, (1)
где Р - показания весового механизма тормоза, Н; I -плечо тормоза, м, (для стенда БсИепск I = 0,7162 м);
М„п
N =-
9550
где п - частота вращения коленчатого вала; 3,600
О =
і
(2)
(3)
где С0 - расход топлива за опыт, г; ? - время замера, с;
£е =-
1000і
(4)
Таблица 1. Результаты замера компрессии, атм, при прокрутке двигателя стартером до обработки
Условия испытаний Открытая дроссельная заслонка Закрытая дроссельная заслонка
№ испытания № испытания
1П ГЛ 2 5 3 2
1-й цилиндр
С маслом 13 13,5 13 13,5 13 11 11,5 11,5 11 11,5
С топливом 9,5 10 9,5 9,5 10 9,5 10 9,5 10 9,5
С ввернутой свечей зажигания 10,5 10,5 10 10 10,5 9,5 10 10,5 9,5 10,5
С двумя вывернутыми свечами зажигания 10,5 10 10,5 10,5 10 9,5 10 10,5 10 10
2-й цилиндр
С маслом 13 12,5 12,5 12,5 12,5 10,5 10,5 10,5 11 10,5
С топливом 10,5 10,5 11,1 10,5 11 9,5 10 10 9,5 10
С ввернутой свечей зажигания 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 11 10,5 10,5 10,5 11
С двумя вывернутыми свечами зажигания 10,5 10,5 11 11 10,5 11,5 11,5 11,5 11 10,5
Таблица 2. Результаты замера компрессии, атм, при прокрутке двигателя стартером после обработки
Условия испытаний Открытая дроссельная заслонка Закрытая дроссельная заслонка
№ испытания № испытания
1П ГЛ г} 5 4 3 2
1-й цилиндр
С маслом 15 14,5 15 14,5 15 14 14 13,5 14 14
С топливом 12 12 12,5 12 12 11,5 11,5 11,5 10,5 10,5
С ввернутой свечей зажигания 12 12 12 12 12 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5
С двумя вывернутыми свечами зажигания 12 12,5 12,5 12,5 12 12,5 12 12,5 12,5 12
2-й цилиндр
С маслом 16 17,5 16 17 16,5 15 14,5 16 16 15,5
С топливом 12,5 12 11,5 12 12 11,5 11,5 11,5 11 11,5
С ввернутой свечей зажигания 11,5 11,5 10,5 11,5 11,5 11,5 11,5 10,5 11,5 11,5
С двумя вывернутыми свечами зажигания 12,5 13 12,5 12,5 13 12 12 12,5 12,5 12,5
Таблица 3. Результаты замера экологических Таблица 4. Результаты замера экологических
характеристик двигателя до обработки характеристик двигателя после обработки
№ испытания 1 2 3 4
Число оборотов, об/мин 900 920 930 950
СН, ррт 360 360 380 380
СО,% 3,46 3,4 3,69 3,56
№ испытания 1 2 3 4
Число оборотов, об/мин 940 950 950 1000
СН, ррт 180 165 180 205
СО,% 1,0 0,95 0,9 0,9
Таблица 5. Мощностные характеристики двигателя
Число оборотов, об/мин До обработки После обработки
Мощность, л.с. Момент, Н Мощность, л.с. Момент, Н
1500 3,1 14,4 3,5 16,5
2000 6,4 22,6 6,2 22,0
2500 12,0 33,6 12,9 36,4
3000 17,9 41,8 18,5 43,2
3500 24,6 49,4 22,9 46,0
4000 27,7 48,7 29,3 51,5
4500 29,9 46,6 36,5 56,9
5000 28,3 39,8 33,7 47,3
5500 23,1 29,5 23,1 29,5
6000 13,5 15,8 14 16,3
Таблица 6. Результаты испытаний двигателя до обработки
Показания весового механизма тормоза Р, Н Эффективная мощность двигателя Ке, кВт Эффективный крутящий момент Ме, Нм Число оборотов п, об/мин Мощность двигателя Ы, л.с. Крутящий момент двигателя М, Н Удельный расход топлива gе, г/кВт-ч Часовой расход топлива G^, кг/ч Расход топлива за опыт Go, г Плечо тормоза 1, м
20 2,249 14,32 1500 3,1 14,4 2373,4 5,34 89 0,716
32 4,799 22,91 2000 6,4 22,6 1162,5 5,58 93 0,716
47 8,811 33,66 2500 12 33,6 640,04 5,64 94 0,716
58 13,04 41,53 3000 17,9 41,8 482,79 6,3 105 0,716
69 18,11 49,41 3500 24,6 49,4 364,41 6,6 110 0,716
68 20,39 48,70 4000 27,7 48,7 264,72 5,4 90 0,716
65 21,93 46,55 4500 29,9 46,6 300,87 6,6 110 0,716
55 20,62 39,39 5000 28,3 39,8 290,92 6 100 0,716
41 16,91 29,36 5500 23,1 29,5 372,53 6,3 105 0,716
22 9,899 15,75 6000 13,5 15,8 666,71 6,6 110 0,716
Таблица 7. Результаты испытаний двигателя после обработки
Показания весового механизма тормоза Р, Н Эффективная мощность двигателя Ne, кВт Эффективный крутящий момент Me, Нм Число оборотов п, об/мин Мощность двигателя N, л.с. Крутящий момент двигателя M, H Удельный расход топлива gc, г/кВт-ч Часовой расход топлива G, кг/ч Расход топлива за опыт Go, г Плечо тормоза l, м
23 2,587 16,47 1500 3,5 16,5 1808,8 4,68 78 0,716
31 4,649 22,20 2000 6,2 22 1019,4 4,74 79 0,716
51 9,561 36,52 2500 12,9 36,4 495,72 4,74 79 0,716
61 13,72 43,68 3000 18,5 43,2 349,75 4,8 80 0,716
65 17,06 46,55 3500 22,9 46 284,85 4,86 81 0,716
72 21,59 51,56 4000 29,3 51,5 227,79 4,92 82 0,716
79 26,66 56,57 4500 36,5 56,9 186,79 4,98 83 0,716
66 24,74 47,26 5000 33,7 47,3 210,92 5,22 87 0,716
41 16,91 29,36 5500 23,1 29,5 305,12 5,16 86 0,716
23 10,34 16,47 6000 14 16,3 486,99 5,04 84 0,716
Таблица 8. Сравнительные данные по испытаниям до и после обработки цилиндров двигателя
Технические и экологические характеристики Экспериментальные значения по заявленному способу Значение характеристик по ГОСТ Р 52033-2003,
До обработки После обработки тд
Среднее значение компрессии в цилиндрах при вывернутых свечах зажигания, 11,3 (1,14) 12,3 (1,24) 12 - 13 (1,2 - 1,4)
атм (МПа)
Содержание загрязняющих веществ в вы-
хлопных газах:
CO,% 3,53 0,9 1,0
СН, ppm 370 182,5 600
Число оборотов, об/мин 925 960 не более 1100
Эффективная мощность двигателя, л.с: при 1500 об/мин 3,1 3,5
при 4500 об/мин 29,9 36,5 29
при 6000 об/мин 13,5 14 -
Крутящий момент двигателя, Нм: при 1500 об/мин 14,4 16,5
при 4500 об/мин 46,6 56,9 44,1
при 6000 об/мин 15,8 16,3 -
Удельный расход топлива, кг/ч:
при 800 - 900 об/мин при 1500 - 3000 об/мин ,4 ,1 ••Л ю ,9 ,0 5,5 (городской цикл)
при 3500 - 5500 об/мин 6,3 5,1
N, л. с.
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0 10,0
о
Момент, Н ч ✓ ✓ - - - *'ч ч \ ч ч
/ \ \
/ ✓ ✓ Мощность, л. с V \
1500
2500
3500
а)
4500
60,0
5500 и, об/мин
10,0
0
N, л. с.
50,0 70,0 60,0 50,0
40.0
30.0 4о о
20.0 30,0
20,0
10,0
о
МП
Момент, Н X ' ч ч ч \ Ч
* S \
f ч ч
^ / \
Мощності ь, л. с
1500
2500
3500
4500
5500 и, об/мин
60,0
50.0
40.0
30.0
20.0 10,0 о
Рис. 3. Мощностные характеристики двигателя: а - до обработки; б - после обработки
1000 2000 3000 4000 5000 6000
и, об/мин
а)
1000 2000 3000 4000 5000 6000
и, об/мин
___________________________б)__________________________
Рис. 4. Мощностные расходные характеристики двигателя: а - до обработки; б - после обработки (кривая 1 - показания весового механизма тормоза Р; кривая 2 - эффективный крутящий момент Ме; кривая 3 - эффективная мощность двигателя Же; кривая 4 - удельный расход топлива ge^; кривая 5 -часовой расход топлива О)
Испытания проводились в следующей последовательности:
• установка двигателя на стенд;
• замер начальных технических характеристик;
• введение технологической жидкости через свечные отверстия в каждый цилиндр;
• прокрутка двигателя стартером;
• замена масла;
• введение металлоорганической присадки;
• прокрутка двигателя на холостом ходу;
• замер конечных технических характеристик. Результаты сравнительных испытаний двухцилиндрового четырехтактного двигателя приведены в табл. 1 - 8 и на рис. 3, 4.
Таким образом, приведенные данные показывают эффективность применения технологии нанесения фрикционного покрытия без разборки двигателя для восстановления технических параметров двигателя до нормативных значений и экологических характеристик уровня ГОСТ Р 52033-2003.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 52033-2003 (Правила ЕЭК ООН № 83) «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния». Motor vehicles with petrol engines. Emission of the exhaust gas pollutants. Norms and methods of the control for estimation of technical condition.
2. Быстров B.H., Илюшин P.B., Деркач Е.И. Корректировка прогноза выбросов загрязняющих веществ карбюраторными двигателями внутреннего сгорания по результатам динамометрических испытаний // Автотранспортные предприятия. НПП Транснавигация. Минтранс России. Ноябрь 2009. С. 50 - 53.
3. Быстров B. H., Деркач Е. И., Илюшин P. B. Разработка метода проведения испытаний при оценке экологической надежности бензинового двигателя // Современные проблемы туризма и сервиса. 2009. № 2. С. 7 - 8.
4. Быстров B. H., Деркач Е. И., Грибут И. Э. Применение технологии безразборного восстановления цилиндропоршневой группы легковых автомобилей // Теоретические и прикладные проблемы в сервисе. Техника и технологии. 2009. № 4. С. 18 - 22.
Поступила 06. 05. 2010 г.
