CC BY
32
Mr Zoran Građta,
Sukovnik, dipt. ini.
i opitni cental KoV VJ.
Beograd
UTICAJ TRIBOLOGUE MOTORA SUS NA SMANJENJE TRENJA I EKOLOGIJU
UDC: 621.434-72:504.054
Rezime:
U ovom radu razmatrani su uticaji savremenih trendova u konstrukciji i ekoloikih zahteva na uslove rada savremenih ulja u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. U razvoju motora SUS i dalje se potenciraju konstrukcije sa smanjenim dimenzijama i sa visokim stepenom mehanićke i toplotne korisnosti. Povećanje izlazne snage kamionskih dizel motora se nastavlja. lstovremeno, postavtjaju se zahtevi za daljim povećanjem pouzdanosti i veka upotrebe. Dodatno. radi ograničenja emisije, zahteva se nizak nivo potroSnje ulja (0,5 g/kWh i nite), čak i za natpunjene motore. Sve to znači da se mogu oćekivati izuzetno visoka termička opterećenja. Trend u smanjenju upotrebe maziva pojavio se u razvijenim zemljama ranih devedesetih godina. To nije iznenadenje, s obzirom na to da je ekotoksikološki udar maziva veoma veliki problem, ako se uzme u obzir veza izmedu ulja i iivotne sredine. Zato se intenzivno radi na razvoju novih principa podmazivanja zasnovanih na novim sredstvima za podmazivanje, kao i na novim materijalima tarnih parova.
Ključne reči: motor SUS, triboiogija, motorno ulje, ekotogija.
INFLUENCE OF IC ENGINE TRIBOLOGY ON FRICTION REDUCTION AND ECOLOGY
Summary:
Influences of up-to-date design trends and ecology requirements on working conditions of actual lubricants in internal combustion engines were cinsidered in the paper. Designs with reduced dimensions and designs with high thermal and mechanical eflciency are favourised in IC engine development. The increase of diesel engine break power for comercial trucks is continuing. At the same time, requirements for further increase of reliability and lifetime are established. Additionally, demands for further emision reduction require low oil consumption (0,5 g/kWh and lower), even for charging diesel engines. All this implyes that very high thermal loads can be expected. The trend of the lubricant use decrease appeared in developed countries in the early 1990s. This is not surprising, because tne ecotoxicological impact of lubricants became a big problem. Thus, an intesive research for new principles of lubrication, based on new lubricants and new friction materials, is in progress.
Key words: ic engine, tribology, engine lubricants, ecology.
Uvod
Očekuje se da smanjenje potrošnje goriva i ostalih naftnih derivata u tran-sportnoj industriji, primamo bude pod-
ržano daljim promenama u hardveru, inovacijama u konstrukciji i povećanjem intervala održavanja. Na poboljšanje eko-nomičnosti vozila može se uticati, pored ostaiog, i izborom goriva i maziva [1].
612
VOJNOTEHNIČK! GLASNIK 60001.
U razvoju motora SUS i dalje se potenciraju konstrukcije sa smanjenim dimenzijama i sa visokim stepenom me-haničke i toplotne korisnosti. To vodi, pored ostalog, i ka značajnom povećanju opterećenja kliznih ležajeva. Posledica velikih opterećenja ležajeva je još veće smanjivanje zazora između ležaja i rukav-ca, odnosno smanjenje uljnog filma, što dovodi do nemogućnosti hidrodinamič-kog podmazžvanja (potpunog razdvajanja rukavca i ležaja) u svim režimima rada motora [2J.
Povećanje izlazne snage kamionskih dizel motora se nastavlja. Istovremeno, postavljaju se zahtevi za dalje povećanje pouzdanosti i vek upotrebe. Dodatno, radi ograničenja emisije zahteva se nizak nivo potrošnje ulja (0,5 g/kWh i niže), čak i za natpunjene motore. Sve to znači da se mogu očekivati izuzetno visoka termička opterećenja [3],
Mada su istraživače okupirali, uglav-nom, pokušaji poboljšanja radnog ciklu-sa, ipak su ostale još dve važne oblasti: kvalitet podmazivanja i analiza trenja, što je detaljnije obrađeno u literaturi [4].
Kvalitet podmazivanja
Formutacija podmazivanja prolazila je kroz različite faze. Početkom XX veka za kvalitet podmazivanja presudno je bilo poreklo baznog ulja, da bi kasnije sve više bio određivan pakctom aditiva. Trend povećanja paketa aditiva nastav-Ijen je da bi u novije vreme pojedina brodska ulja bila najekstremniji primer ulja koja imaju sposobnost apsorbovanja produkata sagorevanja. kontrole haba-nja, ispiranja motora, oksidacione i ter-mičke stabilnosti, izdvajanja vode i zaStite od korozije.
Podstaknuta su mnogobrojna funda-mentalna istraživanja trenja i podmazivanja, koja su uticala na usavršavanjc eks-perimentalnih i analitičkih tehnika, tako da sad postoji mogućnost da se postignc značajan napredak u radu motora, a da se ne mora obavezno poboljšavati proces sagorevanja.
Naftne krize skrenule su pažnju na tradicionalne aditive, kao što je ZDIP (Zinc dialkul dithio phosphate) i to ne samo na njihova antikoroziona svojstva, nego i na njihovo dejstvo kao mogućih opštih modifikatora trenja u kombinaciji sa moiibdenom i siičnim komponentama. Odnos izmedu viskoziteta i koeficijenta trenja bio je pravilno shvaćen jo5 tridese-tih godina XX veka, medutim koncentri-sanje na problem smanjenja trenja u vreme naftnih kriza dovelo je do ideje da se pokuša sa poboljšivačima indeksa viskoziteta u kombinaciji sa modifikato-rima trenja, radi ostvarenja smanjenja potrošnje goriva.
Karakteristika viskoziteta mono-gradnih ulja SAE 10W i SAE 30, koja sadrže poboljšivač indeksa viskoziteta, prikazana je na siici 1 [5].
-20 0 20 40 60 80 100
Temperatura [C°]
SI. I - Karakteristike viskoziteta motornih ulja
VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 6/2001.
613
SI. 2 - Efekat multigradnog ulja na gubitke viskoznog trenja
Krivulja odgovarajućeg koeficijenta trenja u odnosu na viskozitet na slid 2 pokazuje kako multigradno ulje (koje pokazuje u poredenju sa uljem 10W-30 smanjenje ekvivalentnog viskoziteta za oko 1 gradaciju na srednjim temperatura-ma), dopušta smanjenje gubitaka usled viskoznog trenja za oko 20% [5].
Svakako da razlidti kompleksi adi-tiva imaju različite posledice na gubitke usled trenja pri graničnim ili hidrodina-mičkim uslovima podmazivanja i pri raz-ličitim temperatumim uslovima u mo* toru.
Da bi se ispitalo kako nova formula-dja ulja utiče na potrošnju goriva, po-trebno je koristiti razlidte merne tehnike.
Ekološki i politički pokreti zahtevaju izbadvanje aditiva na bazi teških metala, pa proizvođači maziva moraju da razviju nov sistem mehanizama delovanja aditiva u kontroli habanja i prevendji korozije 16].
Tribološka nauka, koja je postala posebna disciplina 1966. godine, i čiji je
utemeljivač Jost Report (Jost Report), razmatra podmazivanje i habanje.
Problemi koji su posebno važni u današnje vreme jesu izučavanje habanja sistema razvoda, kombinovano sa viso-kim radnim temperaturama i mnogim drugim oštrim uslovima, kao i razvoj maziva po sistemu „punjenje za ceo radni vek‘\ Takode, tu su i mnogobrojni propisi vezani za emisiju, zahtevi za visokim stepenom korisnosti, kao i manjom po-trošnjom goriva. Tribologija zauzima cen-tralno mesto u izboru svih ovih varijanti. Osnov teme postavio je Osborn Rejnolds još pre jednog vcka, u radu u kojem je publikovao jednačinu koja formira osnov teorije hidrodinamičkog podmazivanja. Jedna od prvih primena Rejnoldsove jed-načine bilo je objašnjenje proccsa koji dozvoljava da ležaj nosi opterećenje, a koji se zasniva na pritisku koji se formira u ležaju, u prisustvu ulja (slika 3). Izuča-vanje karakteristika kliznog ležaja jo5 uvek je bazirano na Rejnoldsovoj jedna-čini, ali uz upotrebu savremenih računar-skih tehnika, što se i dalje nastavlja.
Sledeće veliko poboljšanje u teoriji podmazivanja predstavljao je razvoj ela-sto-hidrodinamičkog (EHD) podmazivanja, spedjalnog slučaja hidrodinamičkog
SI. 3 - Raspodela pritiska u kltznom letaju
614
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6/2001.
podmazivanja (HD), kod kojeg je uticaj delova ležaja na debljinu uljnog filma relativno veliki, a time je veiika i pro* mena u raspodeii opterećenja između kontaktnih površina. EHD teorija je neophodna za razumevanjc podmazivanja kugličnih i valjkastih ležajeva, bre* gova i klackaiica, zuba zupčanika i klipnih prstenova. Teorijska raspodela optereće-nja izmedu valjka i nosača u valjkastom ležaju, prikazana je na slici 4 [6]. Slična raspodela je u svim jako opterećenim tačkastim ili linijskim kontaktima. Naj-upečatljivija karakteristika EHD teorije je ekstremno tanak uljni film. Valjkasti ležajevi mogu da rade sasvim zadovolja-vajuće sa debljinom uljnog filma mnogo manjom od 1 pm, dok debljina uljnog filma od 10 pm može da se smatra izu-zetno velikom.
Preporuka je data za rešavanje pro* blema podmazivanja bregastog vratila au-tomobilskog motora sa jednokrakom klackalicom, $to $e često primenjuje radi poboljšanja u konstrukciji komore za sa* gorevanje kod oto motora. Na slici 5 prikazana je teorijska debljina uljnog filma kao tačka kontakta između brega i klackalice u funkciji površine klackalice [6j. Treba istaći da je debljina mnogo manja od 1 pm, a u jednoj tački teorijski pada na nulu. To je u oblasti tzv. nulte zahvatne brzine, pri kojoj površine brega i klackalice putuju jednakom brzinom, ali u suprotnim smerovima u odnosu na
Raspodela pritiska EHD skok
V,..... > /pritiska
y .__Hercova
/ raspodela
v /___________________________VI pritiska
SI. 4 - Raspodela pritiska i zazora u EHD kontaktu
ugao zakretanja bregastog vratila [rad]
SI. 5 - Teoretska debljina uljnog filma izmedu brega i klackalice
tačku kontakta. Pri nehidrodinamičkom podmazivanju može da se postavi pitanje kako mehanizam funkcioniše, a da ne dolazi do katastrofalnog razaranja kontaktnih površina, Što predstavlja drugu važnu oblast u teoriji tribologije, a to je hemtja aditiva, udružena sa delovanjem ulja. Današnja ulja ne mogu se osloniti samo na osobine baznog ulja. Poneki kontakt izmedu povriina je neizbežan, i mora da bude podeljen sa drugim ta£-kama pomoću efekatahidrodinamike. Da ne bi došlo do oštećenja površina pod ovim uslovima, sva ulja za automobilske motore sadrže aditive, opisane kao pro-tivhabajuće, koji rade na principu reak-cije sa kontaktnom površinom, stvarajući površinskc slojeve koji imaju malu smi* cajnu čvrstoću što prouzrokuje smanjenje trenja. Formiranje zaštitnih filmova zavisi od temperaturnih uslova, tako da mnogi aditivi imaju strogo dcfinisano tempera-turno područje u kojem su efikasni. Uspe-šna mešavina aditiva treba da obezbedi zaštitu u najširem temperatumom pod* ručju i mora da bude kompatibilna sa
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK <V2001.
615
baznim uljem, čak i pri kritičnim zahtevi-ma.
Postoji niz radova o ponašanju mo-tomih ulja, sa posebnom preporukom protiv habanja brega i klackalice. Uglav-nom se koristi tehnika merenja zasnovana na električnom otporu, čime se proučava reakcija fiima u simuliranom kontaktu breg- klackalica. Mnoge aktivnosti tribo-logičara u ispitnim laboratorijama uljnih kompanija posvećene su razvoju sve efi-kasnijih aditiva za rad u uslovima granid-nog podmazivanja. Zadatak se sve teže ispunjava, jer su velike razlike u uslovima rada, a zahtevi su da jedno ulje zadovolji sve uslove. Treba redi da su uslovi rada koji se sredu u sklopu breg - klackalica, sasvim različiti od onih koji se sredu između klipnog prstena i cilindra. Izuda-vanje uslova koji postoje kod današnjih motora, veliki je izazov za eksperimen-talnu veštinu tribologidara, pa su razvijeni
i mnogi sofisticirani metodi. To uključuje merenje debljine uljnog fiima pomoću električno-kapacitativne tehnike, merenje temperatura povrJine klipnog prstena pomoću infracrvenog zračenja, skupljanje uzoraka ulja iza kiipnih prstenova i blizu gomjeg dela cilindra, i merenje intenzi-teta habanja, uz korišćenje ozračivanja delova.
Kao primer rezultata koji se mogu postići, na slici 6 je prikazana debljina uljnog fiima izmedu gornjeg prstena i cilindra. Ova debljina merena je u blizini SMT kod velikog turbo dizel motora, pri broju obrtaja koji odgovara maksimumu obrtnog momenta [6].
Postoji velika razlika u debljini fiima u različitim taktovima, kao i jedan uočljiv prekid za vreme sagorevanja. Uočeno je da ulje SAE 10W-30 daje bolju zaštitu od SAE 15W-40. Razlog je bolji dotok prvog ulja do kritičnih oblasti, što je potvrdeno
Opteredenje motora [%)
SI. 6 - Debljina uljnog fiima ispod kompresionog prstena kod turbo dizel
motora
616
VOJNOTEHN1ĆKI OLASNIK 6/2001.
i manjim intenzitetom trošenja hroma sa površine prstena, i aluminijuma sa klipa u prvom slučaju. Takođe, u ovom motoru je intenzitet trošenja bio osetljiv na visko-zitet ulja. Poznati fenomcn poliranja ci-lindra kod dizel motora doneo je dodatne probleme. Formirana je površina cilindra slična ogledalu, koja je tako glatka da ulje klizi, ne može da se zadrži na površini cilindra, što dovodi do ozbiljnog ošteće-nja. Smatra se da je proces poliranja mehanički proces u kojem tvrde čestice ugljenika (čađi), formirane u komori sa* gorevanja, deluju kao sredstvo za polira* nje [6].
Ekološki zahtevi u odnosu na
podmazivanje motora
Usled ekoloških i ekonomskih priti-saka trendovi su da se koriste ulja nižeg viskoziteta i u oto i u dizel motorima. Sa smanjenjem viskoziteta ulja, povećava se broj mesta na kojima nestaje hidrodina-mički režim podmazivanja, a pojavljuje se mešoviti (granični) režim. Kada dolazi do ovoga, povećavaju se gubici trenja, a može da nastane habanje. Zbog toga je sadašnji izazov formulisati ulja koja imaju najniži mogući viskozitet, bez stvaranja problema sa habanjem u širokom spektru konstrukcija motora [7].
Do sada su motori razvijani uvek sa povećanim performansama (svakako uz ograničenje cene), aii ovaj trend dolazi u sukob sa zahtevima za očuvanjem okoline (bilo direktno ili indirektno), jer upo-treba maziva mora da bude izrazito sma-njena.
Trend u smanjenju upotrebe maziva pojavio se u razvijenim zemljama ranih devedcsetih godina, a u Nemačkoj je, na primer, i konkretizovan donošenjem od-
govarajućih zakonskih propisa *95. i ’96. godine.
Ove aktivnosti, kao i smanjena cena ispitne opreme, dovode do obimnijih is* traživanja u pogledu razvoja motora sa smanjenom potrošnjom ulja (radi smanje-nja količine čestica u izduvnoj emisiji), kao i razvoja motora sa povećanim inter* valom zamene ulja. To bi, na primer, dovclo do smanjenja cene motornih ulja za oko 25% do 2005. godine.
Nije iznenadenje da je ekotoksikolo-Ski udar maziva veoma veliki problem, ako se uzme u obzir veza izmedu ulja i životne sredine. Primera radi, u Nemač-koj od prodate kolifine ulja, od preko 1 100 000 t godišnje, 530 000 (47%) ostane nereciklirano. Od te količine za 200 000-350 000 t ulja i hiđrauličnih teč-nosti godišnje ne zna se daija sudbina [7]. Ako se uzme u obzir da je Nemačka relativno primerna zemlja po pitanju upotrebe i rukovanja uljima i hidrauličnim tečnostima, onda je uz svetski promet od oko 38 000 000 t godUnje viSe nego jasan značaj ovog problema. Zbog toga u dana-šnje vreme industrija ulja sve više pod-ržava biološki brzođegradirajuća ulja, formiranjem imidža u proizvodnji prate* ćih proizvoda za automobilsku industriju.
Kupci zahtevaju iistu i humanu oko* Iinu, i nivo zakonodavstva koji će pod* ržati povećanje prometa i forsiranje kam* panja za razvoj bioloških brzodegradira-jućih proizvoda, kao što su motorna i transmisiona ulja, koja generalno ne do-laze iz petrohemijske industrije.
Izvor za visokobiološka, brzodegra-dirajuća ulja nalazi se u osnovnoj hemij* skoj industriji ulja. BioloŠka degradacija. na primer u odnosu na EP/AV aditive (aditivi za ekstremne pritiske), mora zna* čajno da se poboljša ili supstituiše prirod* nim supstancama. U Nemačkoj su granice
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6/2001.
617
za ukupan sadržaj nctoksičnih aditiva za hidraulične tečnosti 5% zapreminski, a uz to i biodegradibilnost svakog posebnog aditiva mora da bude veća od 20%. Da bi sc ispunili zakonski propisi. ekološka zamena može da se traži u novim tribolo-škim materijaiima, ako njihova tribolo-gtja ne zahteva EP/AV aditive [7).
Biološka degradibilnost EP/AV aditiva nije bitna kada se ovo sredstvo koristi u formulaciji ulja. Takođe, tribološka potrošnja EP/AV aditiva ne zahteva za-menu ulja, kada oni nisu pomešani sa uljima. Tribosistem (podmazivanje) za njih nema nikakav značaj. Takvi ciljevi ćc zahtevati nove formulacije, kao i nova bazna ulja.
Lako je uočiti da preiaz sa fiksnih intervaia zamene ulja na jednokratno podmazivanje tokom radnog veka motora ne može da obezbedi samo industrija ulja. Naime, postoji ideja da se podmazivanje kliznih povrSina prcimenuje u tribosistem. Taj cilj može da se ostvari samo ako je konstrukeija kompatibilna sa mate-rijalom i dobrim funkeionisanjem maziva, a ne kao u prošlosti, kada su maziva upotrebljavana nezavisno od primenje-nog materijala. Za to mora da se uradi jedinstveni proračun. Jedan prosečan motor sa dvofunkcionalnim fluidom (podmazivanje i hladenje) sadrži 14 1 fluida i može da izgubi oko 5 1 curenjem ili sago-re vanjem, što znači da za ukupno prede-nih 200 000 km treba nadoknaditi gubi-tak fluida od samo 0,025 1/1000 km [7].
Ograničenja u podmazivanju
tečnostima
U EHD režimu podmazivanja postoji mogućnost postojanja ograničenja u pogledu reologije ili kidanja uljnog filma. Poslednjih godina postoji trend u uglača-
vanju površina i smanjenju napajanja uljem, što iziskuje smanjenje debljine uljnog filma na 100 nm i rezultira nenjut-novskom reakeijom u procesu podmazivanja. Ove debljine filma nisu tipične samo za mikromehaničke komponente i kompjutersku tehnologiju, već će u bu-dućnosti biti aktuelne i u automobilskoj tehnici.
Filmovi od samo nekoliko molekul-skih slojeva su čvrsti pri visokim pritis-cima (u mikrokontaktu), ukoliko se u granicama od 0,5 GPa do približno 2,2 GPa ulja mogu transformisati u staklaste čvrste čestice. Za vreme kidanja filma uije se podvrgava promeni iz laminamog u turbulentno strujanje. Danas je u tehno-logiji podmazivanja reprezentativno me-šanje baznih ulja i polimernih poboljši-vača indeksa viskoziteta. Lako se dolazi do zaključka da reološko ponašanje ulja u tribokontaktu zavisi od poboljšivača indeksa viskoznosti, pošto se debljina filma približava veličini molekula pobolj-šivača. Uz to, količina i veličina čestica usled habanja mora znatno da se smanji, što zahteva uljni film u svojim fizičkim granicama. a klasične veze moraju da budu ponovo odredene [7].
Uloga materijala
Konstruktori motora razmatraju mo-gućnost da smanje količinu ulja koja se predaje tribosistemu, kao i debljinu uljnog filma, što će pove^ati udeo mešovitog graničnog podmazivanja i suvog trenja, a posledica će biti povsćan nivo trenja i habanja. Nadalje, kidanje nenjutnovskog filma iziskuje više gomje regione površi-na, zbog čega sve veći značaj poprima topografija površina i nauka o materijaiima, za tribološke karak tens tike tribosi-stema.
618
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6^2001.
Na osnovu ovog i prethodnih stavova može da $e postavi pitanje: zaSto mešati ulja sa potrošnim EP/AV aditivima, ako:
- mogu da sc predvide. u novim konstrukcijama, tribomaterijali otpomi na habanje;
- funkcionisanje EP/AV aditiva do-vodi do stvaranja rcaktivnih slojeva na povrSini;
- može da se omogući strategijski pravac u podmazivanju sa upotrebom male količine odgovarajućeg ulja ili se radi o podmazivanju bez ulja;
- tribosistcmi sa podmazivanjem produžavaju period do granične istroše-nosti.
Povećanje otpora na habanje formi-ranjem tribooksida u reaktivnim sloje-vima može, bez sumnje, da se men po-moću odredene ispitne opreme, ali je teško izvesti odgovarajuću analizu na osnovu savremenih metoda analize. Zbog toga još uvek nema pouzdanih saznanja o stabilnim reaktivnim slojevima. Za* mena mehanizma podmazivanja, koji se zasniva na dodavanju EP/AV aditiva u ulje pri mešovitom graničnom podmazivanju, mehanizmom podmazivanja koji se zasniva na samoformiranju EP/AV efckta, reakcijom sa površinskim slojem materijala otpornog na habanje u buduć-nosti će predstavljati pravi doprinos u razvoju biološki-degradirajućih ulja, i u povećanju intervala zamene ulja sve do jednokratnog podmazivanja tokom celog veka upotrebe, bez bilo kakvih gubitaka u triboloSkim karakteristikama. To, tako-de, otvara put za upotrebu i drugih fluida na uljnom osnovu, kao što su poliester, sintetički ester, poliglikoli [7],
Pri ovakvom scenariju tribološko značenje reči mazivo svešće se na pojam radni fluid. Neka istraživanja su podigla nivo znanja, a nakon toga se transform^
sala u prototipove, čiji se detalji mogu naći u patentnoj literaturi i časopisima. Ipak, da bi se realizovali u proizvodnji, zahtevaju još velike napore.
Koncepd motora bazirani na novim
materijalima
Pre 20 godina širom sveta su inicirani programi za razvoj motora bez podmazivanja i motora sa altemativnim podmazivanjem. Glavne poteSkoće su bile obu-hvaćene konceptima kao što su adijabat-ski motori, motori sa podeljenom termo-strukturom (Isuzuov motor), stirling-mo-tori, dvotaktni motori i motori na vodo-nik, kao i tribologija složenih sistema, posebno tribologija sklopa klipni prsten - cilindarska košuljica. Cak ni ovi kon-cepti, udruženi sa kvalitetnim materijalima i kvalitetnim prevlakama, ne mogu da postignu niske koeficijente trenja i nivo habanja kao §to je to kod tribosi-stema baziranim na podmazivanju uljem, što se primenjuje u konvencionalnim mo torima. Ovaj zaključak važi za sadažnje stanje, i još su daleko od Sire primene motori poput, na primer, pomenutog Isu-zuovog motora. Kompanije koje razvijaju motore bez podmazivanja u ovom tre-nutku fokusiraju svoju pažnju na produ-ženje perioda zamene ulja. Termin „bez ulja** može da podrazumeva nekoliko mogućih definicija [7j
- bez ulja - za kupca (tj. jedno-kratno punjenje uljem u toku veka upotrebe motora);
- bezuljni rad (tj. suv, nepodmazi-
van);
- upotreba tečnog maziva različitog od upotrebe ulja naftnog porekla.
Isuzuov motor kombinuje tradicio-nalne podmazujuće tribosisteme i tcrmo-strukturu u obliku keramičkog motora.
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6Q001.
619
Struktura je podeljena na taj nadin što gornji deo cilindarske košuljice radi na visokoj temperaturi, a niži deo na mnogo umerenijim temperaturama, pri demu su smanjeni triboloSki problemi. Zbog toga je upotrebljen visokootporni silicijum-ni-trid sa slabom toplotnom provodljivošću i silicijum-nitrid sa mnogo boljom sposob-nošdu kvašenja uljem. Klipni prstenovi i niži deo cilindarske košuljice su izradeni od sinterovanog Si^Nj, pomodu gasa pod pritiskom, a koji sadrži i Fe304. Na osnovu podataka ove firme, ovaj koncept keramičkog motora se podmazuje polie-sterom koji sadrži malu kolidinu aditiva, što obcćava dobre rezultate.
Glavni deo adijabatskog motora sa* stoji se od hibridnog klipa sa kompresio-nim prstenom koji se podmazuje dvrstim mazivom na radnoj temperaturi od 540°C i sa uljnim prstenom koji se podmazuje hidrodinamidki, pomodu sintetičkog po-liester-maziva za visoke temperature. In-ženjeri koji se bave adijabatskim moto-rima odekuju da de visokotemperaturni tribološki sistemi biti operativni oko 2008. godine.
Najnoviji primenjeni Fordov patent izlaže nanošenje raspršivanjem niskofrik-cionog metalnog oksida (Mej 0), dime se stvara previaka radi povedanja otpornosti na habanje (scuffing) i smanjenja trenja u uslovima granidnog podmazivanja. Na taj nadin razvoj, koji je tribološki orijen-tisan i baziran na materijalima, ima direk-tan uticaj na bududnost znadaja EP/AV aditiva i modifikatora trenja.
Razvoj motora Dajmler-Benc sa jed-nokratnim podmazivanjem u toku veka upotrebe motora, odnosno potpuno hcr-metidki zatvorenc unutrašnjosti motora, predstavlja bitno približavanje potpuno ekološkom motoru. Ovaj koncept ved ukljuduje nove materijale. Tedno mazivo
treba da bude biološki brzodegradirajude, a takode i postojano tokom ceiog veka upotrebe motora, uz veoma malu koli-dinu aditiva. Kljudnu ulogu ima ugljenidni klip, pošto ugljenik pokazujc osobine samopodmazivanja i dobre osobine na ekstremnim pritiscima. Ova konstrukcija nudi i smanjenu potrošnju goriva i sma-njenu emisiju, poštc smanjena masa i toplotno širenje omogudavaju manje radne zazore [7],
Medutim, ved kod danaSnjih niskih nivoa potrošnje ulja odekuju se problemi korozivnog habanja kod brzohodih dizel motora sa hromiranim površinama prste-nova. Korozivno habanje je „ncmi ubica“ dizel motora. Njegovo postojanje i kon-trola pomodu alkalnih deterdženata u ulju dobro su poznati, naširoko su ispiti* vani izmedu 1940. i 1970. godine. U tom periodu najviše dizel motora je koristilo prstenove od sivog liva u cilindarskim košuljicama, i imali su nivoe potrošnje ulja od 1,5-0,5% od potrošnje goriva. Nasuprot tome, praktidno svi danaSnji brzohodi dizel motori rade sa nivoima potrošnje ulja od 0,25-0,10% od potro* Šnje goriva i koriste košuljice od sivog liva i kompresione prstenove sa hromiranim radnim površinama [8].
Zakljucak
Motorna ulja su važna konstruktivna sastavnica savremenih motora. Sve kons-truktivne i tehnološke novine (primena novih antifrikcionih materijala, varijabil-nih sistema na motoru, realizacija direk-tnog ubrizgavanja goriva u cilindar po* modu ulja pod pritiskom itd.) moraju da se reflektuju kroz nove pakete aditiva koji ne smeju da imaju zagadivade za katalizatore, kao što su fosfor i hlor, a
620
VOJNOTEHNtCKI GLASNIK 6/2001.
potrošnja ulja mora da bude daleko niža od današnje (manje od 0,1% potrošnje goriva) [9]. Svi ti zahtevi mogu da budu ispunjeni jedino pod usiovom da automo-bilska i petrohemijska industrija rade za-jedno na formulaciji novih sredstava za podmazivanje.
Literature:
|1| Chamberlin. B.W.. Shcahan. J.T.; Automotive Fuel Saving* Through Selected Lubricants, SAE 750377.
(2) Haller. R., Lehmann. U.: Reibungs- und VerschleiBverhal-ten instationftr belasteter Radialgleitlager. MTZ 7-8/1990,, st. 320-326.
|3] Scbieber. G.. Sander. W.: Heavy - Duty pistons for diesel engines. Karl Schmidt (pubhkaeija).
(4) Gradin. B.Z.: Analoa mehanilkih gvbiuka dizel motors sa direktnim ubrizgavanjem. magistanki rad. 2000. g.
{5) Monaghan. M.L.: Engine Friction - a Change In Emphasis The Institution of Mechanics. Engineering BP. Tnboiogy Lecture. 1967.. pp. 14.
|6| Plint. M.A.. Altston-Greincr. A.F.; Tnboiogy. Lubrication and Wear. Tribology Internaconal. st. 225-229.
|7| Woydt, M.: Once in a lifetime - Materials and fluid - based concepts for lifetime lubricated engines. Engine Technology International. Issue 3/1996. st. 36-39.
(8] McGceban. J.A.. Kulkarm. A.V.: Wear control ia diesels * influens of lubricants. Automotive Engineering. Volume 96, .**9. sept. 1966. st. 56-61.
[9] Petit. R. i drugi: Trcndovi u razvoju savrcmcnih motora i pogonskih maicrijaia n vcrala.Strufnosaictovanje GALAX *98. Kopaonik 1998.. Zbomik radova, st. 127-137.
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 02001.
621
