CC BY
130
На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований с целью решения проблемы компенсации реактивной мощности в электрических сетях судоремонтного предприятия предлагается использовать статический полупроводниковый (транзисторный вместо тиристорного) компенсатор реактивной мощности дискретного типа.
Список литературы
1. Приходько В. М. Повышение электро-, пожаробезопасности при электроснабжении судов от береговых сетей / В. М. Приходько. — СПб.: СПГУВК, 2009. — 218 с.
2. Приходько В. М. Портативный прибор для технического диагностирования состояния контура «фаза-нулевой защитный проводник» при электроснабжении с берега ремонтируемых судов / В. М. Приходько // Морской транспорт. Сер. «Техническая эксплуатация флота». Экспресс-информация. — 1991. — № 3 (743).
3. Приходько В. М. Обеспечение электро- и пожаробезопасности при электроснабжении судов от береговых сетей / В. М. Приходько. — СПб.: СПГУВК, 2003. — 163 с.
4. Ивлев М. Л. Исследование эффективности применения компенсатора реактивной мощности дискретного типа в сетях электроснабжения промышленного предприятия / М. Л. Ивлев,
А. И. Черевко, Е. В. Лимонникова // Сб. докл. VIII РНТК «ЭМС-2004». — СПб., 2004.
5. Ивлев М. Л. Применение компенсатора реактивной мощности дискретного типа для управления режимами работы цеховых подстанций судоремонтного предприятия / М. Л. Ивлев // Технологии ЭМС. — 2006. — № 4.
6. Черевко А. И. Исследование особенностей применения компенсатора реактивной мощности дискретного типа в сетях электроснабжения судоремонтного предприятия / А. И. Черевко, Е. В. Лимонникова, М. Л. Ивлев // Сб. докл. V МНТК «Динамика систем, механизмов и машин». — Омск, 2004.
7. Ивлев М. Л. К вопросу выбора параметров компенсатора реактивной мощности дискретного типа для цеховых подстанций судоремонтного предприятия / М. Л. Ивлев // Сб. докл. IX РНТК «ЭМС-2006». — СПб., 2006.
УДК 621.43.018 Д. А. Крылов,
СПГУВК;
Ю. H. Цветков,
д-р техн. наук, профессор, СПГУВК
ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА ОЛОВЯНИСТОЙ БРОНЗЫ В МОТОРНОЕ МАСЛО НА РАБОТУ ДИЗЕЛЯ INFLUENCE OF SUPERDISPERSED TIN BRONZE POWDER IN MOTOR OIL ON THE PERFORMANCE OF DIESEL ENGINE
Рассмотрены возможные механизмы влияния ультрадисперсного порошка (УДП) оловянистой бронзы, добавленного в моторное масло, на работу дизельного двигателя. Испытаниями на дизеле Д120
(2Ч10,5/12) показано, что в большинстве случаев добавка УДП не приводит к режиму безызносного трения, при этом индикаторный КПД дизеля возрастает, а механический остается практически нечувствительным к таким добавкам. Экспериментами на модернизированной машине трения СМЦ-2 показано, что, несмотря на отсутствие эффекта металлоплакирования, добавки бронзового УДП в масло снижают величину силы трения в процессе приработки и продолжительность последней. Высказано предположение, что увеличение индикаторного КПД дизеля происходит вследствие попадания частиц бронзового УДП в камеру сгорания дизеля и оказания ими каталитического действия на процесс горения топлива.
The possible mechanisms of the influence of superdispersed tin bronze powder in motor oil on the diesel performance were considered. The tests on the air-cooled diesel 2Ch10,5/12 showed that, as a rule, the bronze superdispersed powder additive does not result in wearless friction regime, meanwhile the diesel indicated efficiency increases, and mechanical efficiency remains almost insensitive to such an additive. The results of the experiments on friction machine showed that in spite of the absence of the metalplating effect the bronze superdispersed powder additive in oil decreases friction in running-in. It was hypothesized that indicated efficiency grows due to ingress of the bronze powder particles into the combustion chamber, where they act as the combustion catalyst.
Ключевые слова: ультрадисперсный порошок оловянистой бронзы, моторное масло, дизель, износ, трение, индикаторный КПД, механический КПД, удельный эффективный расход топлива, катализатор горения.
Key words: superdispersed bronze powder, motor oil, diesel, wear, friction, indicated efficiency, mechanical efficiency, specific fuel consumption, combustion catalyst.
ВЕДЕНИЕ. Использование ультрадисперсных порошков (УДП) мягких металлов и сплавов в смазочных маслах (СМ) является одним из направлений повышения работоспособности узлов трения [1-6]. Наибольшее распространение получили порошки меди и медных сплавов [2-5], в частности оловянистой бронзы, которые вводятся в СМ в составе так называемых металлоплакирующих препаратов (МПП). Как правило, МПП — это суспензия УДП одного из вышеуказанных металлов в углеводородном носителе с добавкой поверхностно-активных веществ для предотвращения слипания частиц порошка.
Применение УДП мягких металлов в СМ вызвано стремлением получить эффект безызносного трения (избирательного переноса) в парах трения «сталь-сталь», «сталь-чугун» и др. В таких парах классическая форма избирательного переноса проявиться не может из-за отсутствия условий для металлоплакирования — появления при трении пленкообразующего металла — поэтому такой металл в виде высокодисперсного порошка вводится в смазочную жидкость. Металло-плакирование может протекать или в результате «намазывания» частиц порошка на поверхность и заполнения неровностей, или, в случае отсутствия на поверхностях оксидных пленок, за счет взаимодействия с помощью ван-дер-ваальсовых сил, или образования металлической связи [6, с. 207]. Образовавшаяся на поверхности пленка мягкого металла снижает фактическое давление в зоне контакта и, как следствие, деформационную составляющую трения, при этом создаются условия для существования полимолекулярного граничного слоя [7, с. 176-187], что, в свою очередь, снижает и адгезионную составляющую. Однако режим безызносного трения может быть реализован в определенных условиях, которые далеко не всегда соблюдаются при работе узла трения [8]. В работе [9, р. 240-245], например, указывается, что главными условиями, обеспечивающими ” устойчивость режима избирательного переноса, являются: низкие значения нагрузок и скоростей
Е? скольжения и подавление доступа кислорода к зоне фрикционного контакта. Вопросу же о том, как
будут развиваться процессы трения и изнашивания в отсутствие эффекта металлоплакирования, не уделяют должного внимания, и он требует отдельного изучения [10, с. 232-238].
Потребность в детальном изучении действия добавок УДП объясняется и тем, что одна из областей применения МПП — моторные масла для поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Однако сведения об эффективности добавок УДП медных сплавов и положительных проявлениях (если таковые имеются) присутствия УДП в моторных маслах очень противоречивы. Например, в работе [11, с. 33-40] приведены графики, из которых следует, что при добавлении в моторное
ш
масло МПП, содержащего УДП цветных металлов (по всей видимости, медного сплава), механические потери в двигателе снизились на 18 %. Однако, несмотря на утверждения авторов, что в зоне трения происходит формирование пленки, состоящей из компонентов МПП, на рентгенограммах, приведенных авторами для поверхности образцов, испытанных на машине трения при смазывании СМ, содержащим указанный препарат, характеристических пиков цветных металлов, содержащихся в препарате, не выявлено. Справедливости ради надо сказать, что авторами [11] не указаны и режимы проведения рентгенофазового анализа, а ведь глубина проникновения рентгеновских лучей в материал напрямую зависит от угла наклона исследуемой поверхности к направлению первичного луча.
Следует отметить, что опубликованных сведений о механизме действия препаратов, содержащих УДП мягких сплавов, в ДВС чрезвычайно мало. В некоторых фирмах-производителях таких препаратов собираются сведения о результатах применения препаратов, содержащих металлические УДП, в ДВС, но сведения эти, как правило, отрывочны, не отличаются полнотой и их сбор не носит систематический характер. Например, по данным компании «ВМПАВТО» (Санкт-Петербург») [12] после добавки препарата, содержащего УДП оловянистой бронзы, в моторное масло дизельных двигателей грузовых автомобилей Scania 3б0 чилийской транспортной компании “NEGRETE” потребление топлива снизилось с 0,41б до 0,394 л!км. Аналогичный эффект зарегистрирован на судне “Salar” чилийской компании “FRASAL”, на котором установлены два двигателя Caterpillar 240б: потребление топлива после добавки препарата, содержащего УДП оловянистой бронзы, сократилось на 9-15 %. Однако исследований, за счет чего произошло снижение потребления топлива, не проводилось.
Цель работы — разработка рекомендаций по эффективному применению добавок УДП оло-вянистой бронзы в моторные масла дизелей.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
— провести испытания моторного масла с добавками УДП медного сплава и выявить влияние таких добавок на характеристики работы дизельного двигателя в условиях, когда режим избирательного переноса (металлоплакирование) отсутствует;
— провести анализ возможных причин отсутствия металлоплакирующего эффекта при добавках УДП оловянистой бронзы в моторное масло дизелей;
— исследовать на машине трения возможность положительного влияния добавок УДП оло-вянистой бронзы на трибологические характеристики СМ в условиях трения, неблагоприятных для образования металлоплакирующей пленки с учетом различных факторов (вязкости СМ и концентрации УДП в СМ);
— проанализировать возможные причины влияния добавок УДП на рабочие процессы в дизельном двигателе.
Испытание на стенде. Испытания проводили на стенде ООО «ВМПАВТО» (Санкт-Петербург), созданном на базе дизеля воздушного охлаждения 2410,5I12 [13, с. 57-бб]. Испытания проводили на минеральном масле Лукойл Супер Дизель SAE 15W-40 API CF-4ISG при концентрациях УДП оловянистой бронзы в нем: 0; 0,075; 0,225 и 0,30 % по массе. УДП был получен методом плазменной переконденсации [4] и содержал, помимо олова (около 5 %), примерно 9 % кислорода в составе различных оксидов. Требуемое количество порошка диспергировали предварительно в небольшом количестве масла И-20А с добавкой поверхностно-активных веществ1, а уже полученную суспензию добавляли в картер дизеля.
Анализ поверхностей трения цилиндров и поршневых колец (визуальный и с применением оптического микроскопа) не выявил признаков отложения порошка на поверхностях, то есть ме-таллоплакирование отсутствовало.
1 Помимо жирной кислоты, подготовленная суспензия содержала несколько процентов сукцинимидной присадки и диалкилдитиофосфатов различных металлов. Последние две составляющие были введены исключительно для предотвращения окисления и слипания порошка при хранении. Их присутствие вызвано тем, что УДП добавляли в составе товарного МПП известного состава, но авторы предпочли не упоминать в статье торговые марки. Указанное количество сукцинимидов и диалкилдитиофосфатов пренебрежимо мало по сравнению с количеством аналогичных присадок, уже присутствующих в моторном масле, и не могло оказать какого-либо влияния на результаты эксперимента.
Выпуск 3
Выпуск 3
Результаты экспериментов показали, что добавка бронзового УДП приводит к снижению удельного эффективного расхода топлива (рис. 1, а): при оптимальных концентрациях УДП в моторном масле снижение может составить от 4 до 6 % (рис. 1). При этом снижение температуры отработанных газов колеблется от 15 оС на 25-процентной мощности до 29 оС на нагрузке 60 % (рис. 1, б). Исключение — режим на 75-процентной нагрузке, на котором зарегистрирован намного более существенный положительный эффект (рис. 1, а), что можно объяснить особенностями дизеля Д120. Топливный насос высокого давления был отрегулирован таким образом, чтобы минимальное значение удельного эффективного расхода топлива соответствовало работе дизеля на 60-процентной долевой мощности, при этом работа дизеля на 75-процентной мощности характеризовалась меньшим коэффициентом избытка воздуха, то есть неполным сгоранием топлива. Этот результат требует дальнейшей проверки, вместе с тем регистрация содержания СО в газах на нагрузке 75 % показала, что их содержание при добавке 0,225 % УДП бронзы в масло снизилось в 3 раза (рис. 1, в).
т 550
ог'
°С 500 450 400 350300250 200
0,0
0,1
л 60%
-Л------------А
о 50 %
-О------------о
25 %
-®--------------®
0,2 0,3
С, мас.%
в
Рис. 1. Изменение удельного расхода топлива (а), температуры отработанных газов (б) и содержания в них монооксида углерода (в) с изменением концентрации бронзового порошка в моторном масле.
Числа на поле рисунка — значения долевой мощности
Погрешность определения средних арифметических значений при доверительной вероятности, равной 80 %, составила: для расхода топлива ±14 г/(кВт-ч), для температуры газов ±2 оС на нагрузке 25 % и соответственно ±2 г/(кВт-ч) и ±10 оС на 60-процентной нагрузке.
Отмечено, что увеличение эффективного КПД произошло лишь за счет увеличения индикаторного КПД (рис. 2, а), тогда как механический КПД практически не изменился (рис. 2, б). Малая чувствительность механического КПД к содержанию УДП в масле подтверждается и результатами измерения механических потерь методом проворачивания коленчатого вала дизеля от электродвигателя (рис. 3).
Погрешность определения средних арифметических значений индикаторного и механического КПД не превышала ±0,01 при доверительной вероятности, равной 80 %.
а б
п
0,55 п /
0,50-
■
0,45- А
О
0,40-
0,35- •
0 30- 1
25 %
1 50 % -° 60 %
-• 75%
0,0 0,1 0,2 0,3
С, мас.%
'т
0,70- ®— ^
Л Л
0,65- о — о
0,60-
0,55-
0,50- ■ — ■
П 45- 1
75 % -л 60 % -о 50 %
25 %
0,0 0,1 0,2 0,3
С, мас.%
Рис. 2. Изменение индикаторного (а) и механического (б)
КПД с изменением концентрации бронзового порошка в моторном масле. Числа на поле рисунка — значения долевой мощности
ц 6000
мех’
Вт
5500
5000
4500
4000
о - Масло без добавок УДП
Э - Масло + 0,075 % УДП
А -Масло + 0,225 % УДП
■ - Масло + 0,30 % УДП
90
100
110
120
цил
130
,°с
Рис. 3. Зависимость мощности механических потерь, определенных методом проворачивания «1
коленчатого вала, от температуры стенок цилиндров и концентрации УДП бронзы в моторном масле
Присутствие УДП бронзы в моторном масле в целом положительно влияет на износостойкость поршневых колец и цилиндров (рис. 4), за исключением верхних поршневых колец (рис. 4, а): их износ при сравнительно небольших концентрациях УДП в масле незначительно возрастает.
Выпуск 3
Эксперименты также показали, что добавки УДП бронзы не влияют на величину рс давления в конце такта сжатия. После приработки поршневых колец, давление рс остается практически постоянным, а его незначительное изменение не выходит за пределы, обусловленные изменением относительного расположения стыка поршневых колец при их поворачивании.
С, мас.%
Рис. 4. Изменение износа (среднего по двум цилиндрам) поршневых колец, определенного взвешиванием, и износа цилиндров, определенного методом вырезанных лунок, с увеличением концентрации УДП оловянистой бронзы в моторном масле дизелей
РО
ш
Исследования специфических факторов, которые могли бы препятствовать проявлению металлоплакирующего эффекта в дизеле при работе моторного масла с добавками УДП, позволили установить следующее [14, с. 13-19; 15, с. 296-303]:
— отсутствие эффекта металлоплакирования при наличии УДП оловянистой бронзы в моторном масле не может быть объяснено тем, что в дизеле основные потери на трение приходятся на жидкостный режим смазки, так как, наоборот, потери на трение в ДВС, приходящиеся на граничный режим смазки, в несколько раз превышают потери на трение при жидкостном режиме смазки;
— масляные фильтр и центрифуга задерживают лишь меньшую часть (от 25 до 40 %) частиц бронзового порошка с размером конгломератов частиц около 1 мкм, что недостаточно для блокировки металлоплакирующего действия, если бы имелись условия для реализации такового.
Эксперименты на машине трения. На машине трения СМЦ-2 были проведены исследования того, оказывает ли УДП бронзы в СМ при трении в условиях, когда металлоплакирование отсутствует, положительное влияние на характеристики трения, и если оказывает, то какое и как оно зависит от условий трения. Испытания проводили на модернизированной машине трения СМЦ-2 по схеме «вращающийся ролик-неподвижная пластинка» [16]. После приработки обеспечивалось постоянство коэффициента взаимного перекрытия трущихся образцов по значению, близкому к реализуемому в сопряжении «поршневое кольцо-втулка цилиндра». Ролики диаметром 50 мм и шириной 12 мм изготавливались из серого чугуна СЧ30, а пластинка толщиной 2 мм и шириной 10 мм — из высокоуглеродистой стали 65Г. Частота вращения ролика составляла 300 об/мин. В ходе испытаний фиксировали температуру зоны трения и нагрузку в контакте, причем контроль температуры осуществляли с помощью термопары, которая вставлялась в неподвижную пластину на расстоянии 1,0—1,5 мм от рабочей поверхности в отверстие диаметром 0,5 мм. Смазывание осуществлялось погружением части вращающегося ролика в ванночку, заполненную маслом.
Опыты проводились с использованием теории планирования эксперимента с использованием масла И-40А, в которое добавлялся УДП оловянистой бронзы в количестве: 0, 1 и 2 % по массе. УДП был получен с применением пароструйной технологии [17, с. 97-99] и содержал 0,84 % 8п, 1,46 % 2п и 2,51 % О. Вязкость масла И-40А варьировалась на трех уровнях 20,3; 36,6 и 52,9 мПас, что обеспечивалось поддержанием с помощью трубчатого электронагревателя температуры масла И-40А в ванночке, равной значениям: 65,0, 50,8 и 41,6 °С соответственно.
Во все смазочные композиции в качестве поверхностно-активного вещества добавляли
0,25 % олеиновой кислоты. После добавки УДП и олеиновой кислоты в объем масла, предназначенный для испытаний, полученную суспензию подвергали обработке на ультразвуковом дис-пергаторе в течение 1 мин для разбиения крупных конгломератов частиц УДП и равномерного распределения их по объему масла. После ультразвуковой обработки средний размер конгломератов частиц порошка оловянистой бронзы составлял 1,0-1,5 мкм. В результате экспериментов определяли силу трения.
Первоначально перед основной серией опытов была проведена оценка количества бронзы, которое откладывается на поверхностях трения (табл. 1). Трение осуществлялось при усилии, прижимающем пластинку к ролику, равном 560 Н. Температура масла в процессе испытаний поддерживалась постоянной и равной 65 оС. Продолжительность трения — 1 ч.
Результаты микрорентгеноспектрального анализа показали (табл. 1), что медь (как основной компонент бронзы) на поверхности испытанных образцов при концентрациях УДП в масле до 10 % обнаруживается лишь на площади, не превышающей доли процента от площади поверхности трения, то есть условия для металлоплакирования отсутствовали, и лишь при увеличении концентрации УДП в масле более 15 % процесс закрепления бронзы на поверхности существенно интенсифицировался, похоже, за счет создания более благоприятных условий для механического намазывания частиц бронзы на поверхность.
Таблица 1
Зависимость количества меди на поверхности трения пластинки от концентрации УДП бронзы в масле
Концентрация УДП бронзы в масле И-40А, % мас. Количество меди на поверхности трения, % по площади
0 0
0,3 0,02
1 0,19
15 1,26
32,5 6,37
50 20,03
Как видно из рис. 5, добавка УДП бронзы привела к существенному снижению максимальной силы трения, достигаемой в процессе приработки, при этом период приработки сократился.
Частицы бронзового УДП в СМ подобны частицам износа, образующимся при трении, однако пластичные частицы бронзы действуют по-другому: они легко деформируются на фактических пятнах контакта, снижая давление и уменьшая адгезионное взаимодействие поверхностей. Похожие результаты получены в работе [10] при добавке в масло УДП меди в условиях трения, когда режим безызносного трения не реализуется. Причем применение медного УДП оказалось эффективным при нагрузках, обеспечивающих пластическую деформацию частиц меди, при малых же нагрузках добавка медного УДП не улучшила антифрикционные свойства масла при приработке.
Выпуск 3
Выпуск 3
£, мин
мин
Рис. 5. Влияние концентрации УДП оловянистой бронзы, добавленного в масло И-40А, на изменение силы трения в процессе приработки (на поле рисунков указана температура смазочной композиции)
После приработки образцов, варьируя нагрузку от 520 до 30 Н, строили диаграммы Гер -си-Штрибека (рис. 6), что позволяло судить о режимах смазки (граничная или гидродинамическая). Оценка коэффициента трения как основного показателя антифрикционных свойств испытываемых образцов производилась осреднением его значения в пределах зоны граничного режима смазки, условно ограниченного значениями Zl и Х2 (рис. 6):
" (й-г,)’
где S — площадь под кривой / = /(£), ограниченная областью граничной смазки, Z — обратное значение погонной нагрузки Р; Z1 и Z2 — предельные значения параметра Z, ограничивающие зону граничной смазки по оси абсцисс.
Обработка экспериментальных данных позволила построить следующую модель зависимости коэффициента трения от концентрации УДП в масле и вязкости СМ:
=0,058-5,3-10-3-С + 5,6-10^-л-4,6-10-5-С-п + 3,7-10-3-С2-1,4-1(Г5-г|\ (1)
где / — коэффициент трения, С — концентрация УДП бронзы (% мас.), п — динамическая вязкость масла (мПа-с).
Рис. 6. Пример кривой Герси-Штрибека, построенной по результатам опытов:
А — условная зона граничной смазки; Б — условная зона гидродинамической смазки
Анализ полученной модели показывает, что наименьшее значение коэффициента трения достигается при добавлении в масло около 1,0 % УДП при температуре смазочной среды 41,6 °С (рис. 7, а).
На рис. 7, б показана зависимость относительной величины коэффициента трения (в % от коэффициента трения, получаемого при работе на масле без добавок УДП бронзы) при 1,0 % УДП, то есть концентрации, соответствующей минимальному значению трения на рис. 7, а. Если сделать незначительную экстраполяцию зависимости (1) в область температур, более низких, чем использовались в настоящих опытах, то будет видно, что коэффициент трения становится особенно чувствительным к температуре СМ, а значит, и его вязкости при температурах ниже 40 оС. Таким образом, положительный эффект от применения добавок УДП бронзы тем больше, чем больше вязкость масла.
Слабая зависимость коэффициента трения от концентрации бронзового УДП (рис. 7, а) обусловлена чрезвычайно малым зазором между поверхностями приработанной пары трения, что препятствует проникновению частиц порошка в зону трения. Результаты, представленные на графике (рис. 7, а), в целом согласуются с результатами испытания масла с добавками бронзового УДП в дизеле (см. рис. 2, б и в).
В опытах оценивали также износ образцов-пластинок после испытаний в течение 4 часов в масле с разной концентрацией порошка и разных температурах. При определенной температуре масла и концентрации УДП в нем каждая пластинка работала от начала испытаний до конца, включая период приработки и регистрацию кривой Герси-Штрибека. Взвешивание пластинок на аналитических весах с точностью 0,15 мг до и после испытаний показало, что концентрации УДП в масле, равной 1 %, соответствует минимум износа, который при указанной концентрации становится пренебрежимо малым по сравнению с износом, получаемым при трении в масле без добавки УДП (рис. 8).
Рис. 7. Влияние температуры масла И-40А с добавлением УДП оловянистой бронзы на антифрикционные свойства масла: а — зависимость коэффициента трения от концентрации УДП в масле при 65 (1); 50,8 (2) и 41,6 °С (3); б — зависимость относительной величины коэффициента трения от температуры масла с добавкой 1 % УДП бронзы
а
б
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
30 40 50 60
І, °С
С, %
Выпуск 3
Выпуск 3
Таким образом, присутствие УДП оловянистой бронзы в моторном масле даже в концентрациях значительно меньших 1 % может существенно снизить износ узлов трения, работающих в режиме гидродинамической смазки, в моменты пуска и остановки дизеля.
Анализ причин влияния добавок УДП на индикаторный КПД дизеля. Значение индикаторного КПД зависит от множества факторов. Добавка десятых долей процента бронзового УДП в масло оказывает, вероятно, влияние на полноту сгорания топлива. Известно, что медь является катализатором горения и снижает энергию активации реакций окисления, происходящих в камере сгорания ДВС [18, с. 23-24]. Попадая в камеру сгорания дизеля с маслом, частицы бронзы могут оказывать каталитическое действие.
Результаты обработки индикаторных диаграмм показали, что при добавлении бронзового УДП прослеживается тенденция к увеличению угла опережения воспламенения (за исключением режима на долевой мощности 75 %) (рис. 9, а). По всей видимости, частицы бронзы снижают энергию активации реакций окисления, происходящих в камере сгорания дизеля. На 75-процентной нагрузке получилось наибольшее снижение удельного расхода топлива (см. рис. 1), а снижение подачи топлива в камеру сгорания приводит, наоборот, к задержке воспламенения, и влияние этого фактора более существенно, чем каталитическое действие бронзового порошка.
Следствием снижения энергии активации является возможность проведения процесса окисления горючего, обеспечение полноты его сгорания при более низких температурах. Снижение удельного расхода топлива и понижение температуры в камере сгорания должно привести к уменьшению максимального давления в ней и, следовательно, к снижению жесткости работы двигателя (рис. 9, б).
Фс>
град
-6
-7-І
-8
-9-
-10-
-11-
-12
»25 %
э 50 % *60 %
75 %
0,0 0,1 0,2 0,3
С, мае. %
Ад, Аф
МПа
град
0,84
0,80
0,76
0,72
0,68
0,0
0,1
>25 %
0,2 0,3
С, мае. %
Рис. 9. Зависимости угла опережения воспламенения (а) и средней скорости нарастания давления (б) от концентрации УДП оловянистой бронзы в моторном масле.
Числа на поле рисунка — значения долевых мощностей
Косвенным доказательством каталитического действия частиц бронзового УДП является более существенное снижение расхода топлива на 75-процентной нагрузке (см. рис. 1, а), который характеризовался из-за особенностей регулировки топливного насоса меньшими коэффициентами избытка воздуха и более существенной неполнотой сгорания топлива (см. выше): в этих условиях положительное действие добавок УДП проявилось более выраженно.
К сожалению, из-за больших погрешностей в определении перечисленных параметров по индикаторным диаграммам полностью подтвердить высказанную гипотезу о попадании частиц бронзового УДП с маслом в камеру сгорания и их каталитического действия на процесс горения топлива не удалось: этот вопрос требует дальнейшего изучения.
Выводы
1. Реализация эффекта безызносности при добавке в масло УДП оловянистой бронзы и, как следствие, образование металлоплакирующей пленки на поверхности требуют наличия определенных условий, контролировать которые очень сложно, поэтому в большинстве случаев трение с маслом, содержащим УДП оловянистой бронзы, осуществляется при отсутствии эффекта ме-таллоплакирования.
2. Добавка УДП оловянистой бронзы в моторное масло дизеля приводит к снижению удельного расхода топлива, что вызвано увеличением индикаторного КПД дизеля, тогда как механический КПД остается практически постоянным.
3. Применение УДП оловянистой бронзы в качестве добавки к маслам приводит к уменьшению силы трения в процессе приработки и продолжительности последней, что делает целесообразным применение таких добавок при обкатке дизелей.
4. Добавка УДП оловянистой бронзы в масло, смазывающее приработанные поверхности, снижает трение на 5-7 %. Положительный эффект от применения добавок УДП бронзы тем больше, чем больше вязкость масла.
5. Износ образцов при добавке 1 % УДП оловянистой бронзы в масло становится пренебрежимо малым по сравнению с износом в масле без добавки, поэтому присутствие УДП бронзы в моторном масле даже в концентрациях значительно меньших 1 % может существенно снизить износ узлов трения, работающих в режиме гидродинамической смазки, в моменты пуска и остановки дизеля.
6. Предложена гипотеза, что повышение индикаторного КПД дизеля при добавке в его моторное масло УДП оловянистой бронзы вызвано тем, что частицы бронзы, попадающие с маслом в камеру сгорания, оказывают каталитическое действие на процесс сгорания топлива.
Список литературы
1. Кужаров А. С. Металлоплакирующие смазочные материалы / А. С. Кужаров, Н. Ю. Они-щук // Долговечность трущихся деталей машин. — 1988. — Вып. 3. — С. 96-143.
2. Воздействие ультрадисперсных порошков медного сплава на стальную поверхность в процессе трения И. В. Фришберг [и др.] // Докл. Академии наук. Техническая физика. — 1999. — Т. 365, № 5. — С. 621-624.
3. Влияние ультрадисперсного порошка сплава Cu-Sn на массоперенос при трении скольжения / В. В. Харламов [и др.] // Трение и износ. — 1999. — Т. 20, № 3. — С. 333-338.
4. Сафонов В. В. Повышение долговечности ресурсосберегающих агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники путем применения металлсодержащих смазочных композиций: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. — Саратов, 1999. — 36 с.
5. Фришберг И. В. Механизм воздействия противоизносной добавки Римет на работу пары трения «чугун-хром» / И. В. Фришберг, Л. В. Золотухина, В. В. Харламов [и др.] // Трение и износ.
— 2000. — Т. 21, № 1. — С. 101-107.
6. Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения / Д. Н. Гаркунов [и др.]. — М.: Машиностроение, 1982.
7. Фукс Г. И. Полимолекулярная составляющая граничного смазочного слоя / Г. И. Фукс // Исследования в области поверхностных сил: сб. докл. II конф. по поверхностным силам (апрель 1960 г.) — М.: Наука, 1964.
8. Беляев С. А. Механическое легирование стали 45 добавками нанопорошков пластичных металлов при трении / С. А. Беляев // Трение, износ, смазка. — 2004. — Т. 6. — Вып. 23. (http:// www.tribo.ru)
Выпуск 3
Выпуск 3
9. Kuranov V. Unity and contrast of normal oxidizing friction and selective transfer / V. Kuranov,
A. Vinogradov, S. Mironov // Zagadnienia ecsploatacji maszyn. Zeszyt 2 (114). — 1998. (Polska).
10. Влияние УДП присадки меди в смазке на процессы трения и изнашивания / А. В. Колу-баев [и др.] // Вестник ТГАСУ. — 2000. — № 2.
11. Влияние наноструктурных материалов на трибологические свойства моторного масла /
B. В. Сафонов [и др.] // Трибология и надежность: тр. VII Междунар. конф., 4-6 октября 2007 г., Санкт-Петербург. — СПб.: Петерб. гос. ун-т путей сообщения, 2007.
12. Погодаев Л. И. Структурно-энергетические модели надежности материалов и технических средств / Л. И. Погодаев, А. А. Кузьмин. — СПб.: СПГУВК, 2010. — 123 с.
13. Дизельный стенд для испытания смазочных материалов / Ю. Н. Цветков [и др.] // Журнал университета водных коммуникаций. — СПб.: СПГУВК. 2011. — Вып. 3 (11).
14. Цветков Ю. Н. Соотношение потерь на трение, приходящихся на граничный и гидродинамический режимы смазки в двигателях внутреннего сгорания / Ю. Н. Цветков, Д. А. Крылов, А. А. Татулян // Двигателестроение. — 2010. — № 1.
15. Крылов Д. А. Эффективность применения препаратов, содержащих высокодисперсный порошок бронзы, в качестве добавок в моторные масла дизелей / Д. А. Крылов, Ю. Н. Цветков // Водный транспорт России: инновационный путь развития: материалы Междунар. науч.-практ. конф., 6-7 октября 2010 г. — СПб.: СПГУВК, 2011. — Т. 2.
16. Пат. № 102803. Машина трения с приводом вращения / Д. А. Крылов, Ю. Н. Цветков. Опубл. 10.03.2011.
17. Пастухов В. П. Установка для получения ультрадисперсных порошков меди и сплава медь-олово методом испарения и конденсации / В. П. Пастухов, А. В. Пастухов, С. С. Набойченко // Цветные металлы. — 2004. — № 4.
18. Катализаторы горения для бензинов и дизельных топлив / Д. В. Сердюк [и др.] // Автомобильная промышленность. — 2001. — № 5.
