Повышение ресурса моторного масла с добавлением специализированных присадок
Влияние окисла азота на образование нерастворимых загрязняющих примесей в масле с различными присадками. Конструкция двигателя внутреннего, особенности протекающего рабочего процесса - факторы, от которых зависит напряженность работы моторного масла.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 26.05.2017 |
Размер файла | 864,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Известно, коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания находится в пределах от 25 до 30%. Теоретически без изменения принципиальной конструкции двигателя внутреннего сгорания можно повысить коэффициент полезного действия до 40%. Как видим, разброс цифр довольно большой. Нельзя не обратить внимания на то, что увеличение коэффициента полезного действия на 1% приводит к увеличению мощности двигателя примерно на 4%, так как 25% КПД соответствует 100% мощности двигателя. Выявлено, что на трение и утечки приходится 25-50% всех механических потерь в двигателе автомобиля, а потери в паре трения поршневое кольцо - стенки цилиндра составляет 9 - 15% мощности двигателя. Снижение потерь в этой паре может дать огромную экономию топлива, а также приводит к существенному увеличению мощности двигателя.
При оценке надежности двигателя большое значение имеет качество используемого моторного масла. В свою очередь, специфика конструкции двигателя и особенности его рабочего процесса напрямую влияют на напряженность работы моторного масла и сроки его смены в двигателях. Вместе с тем, напряженность работы моторного масла характеризуется совокупностью показателей, часть из которых относится к конструкции двигателя, особенностям протекающего рабочего процесса, условиям эксплуатации, в то время как другая - непосредственно к качеству масла.
Такое сочетание показателей может служить дополнительным обоснованием возможности рассмотрения масла как технического элемента, равноправного элементу конструкции двигателя.
При работе ДВС в маслах активно развиваются термохимические процессы, приводящие к снижению их качества вследствие срабатывания присадок и накопления в маслах продуктов превращений (нерастворимые продукты - органические и неорганические кислоты и др.).
Масла, выполняя свои функции, претерпевают различного рода превращения. присадка моторный окисел загрязняющий
Общее изменение состояния масла во времени (ф) можно характеризовать производством энтропии (S), которое определяется соотношением:
(1)
где: х - скорость химической реакции;
А - сродство реакции;
Т - температура.
В свою очередь, скорость химической реакции связана со степенью ее развития или с полнотой (о) соотношением:
(2)
Значения о меняются от 0 до 1.
Можно предположить, что о= 0 соответствует исходному состоянию масла, а о = 1 - состоянию, к моменту реализации которого в масле прошли все возможные превращения.
Поскольку большинство протекающих в любой системе процессов описываются преимущественно S-образной кривой, без существенной ошибки можно допустить аналогичный характер изменения о от времени (рис. 1).
Рисунок 1 - Общий характер изменения полноты превращения масла от времени
На приведенной кривой принципиально следует выделить три типичные или характерные значения о(о1, о2, о3).
Точка о1 характеризует начало активного изменения состояния масла в результате развития протекающих в нем термохимических процессов.
Точка о2 соответствует началу снижения скорости термохимических превращений в масле, которое интерпретируется изменением тангенса угла наклона касательной к кривой, а точка о3 определяет практическое прекращение всех химических превращений в масле и выход на теоретически стабильное состояние.
От вязкости масла зависит величина механических потерь в двигателе, его коэффициент полезного действия и, что особенно важно, - расход топлива.
Конструкция системы смазки современных двигателей позволяет достаточно эффективно решать вопрос очистки и подачи охлажденного моторного масла в работающем двигателе. Однако проблема обеспечения своевременной подачи масла к деталям в период его пуска и прогрева все еще окончательно не решена, что и является одной из причин износа деталей в этот период.
Для двигателей, различной конструкции предельное значение вязкости масел, при которых их пусковая система не обеспечивает провертывание коленчатого вала с требуемой частотой вращения, изменяется в пределах 4000-10000 сСт.
С понижением температуры окружающего воздуха частота вращения коленчатого вала при пуске уменьшается. Температура, при которой частота вращения, обеспечиваемая пусковой системой двигателя, совпадает с минимальным пусковым числом оборотов, необходимым для воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндре, является минимальной температурой пуска двигателя.
Удовлетворение этих требований достигается за счет оптимизации вязкости масла во всем диапазоне рабочих температур двигателя и применения для снижения трения специальных присадок-модификаторов трения.
Высокая температура деталей цилиндропоршневой группы двигателей обеспечивает необходимую энергию активации и в результате взаимодействия между функциональными группами образуются полимерные продукты. Присутствие в масле серы, кислорода, и других элементов способствует переводу их в нерастворимые полимерные структуры - лак и смолы. Действие серной кислоты на пленку масла в кольцевом поясе поршней также приводит к образованию отложений, содержащих серу и другие элементы (рис. 2).
Рисунок 2 - Отложения на деталях двигателя при низкотемпературном режиме
Большую роль в образовании низкотемпературных отложений играют окислы азота (NOx). Они оказывают сильное каталитическое действие на ускорение всех выше указанных реакций окисления и поликонденсации углеводородов (табл. 1).
Масло с присадками в большей степени оказывает влияние не на количество, а на агрегатное состояние органических загрязняющих примесей и возможность их выделения на деталях, т.е. за счет моюще-диспергирующих свойств масло переводит эти примеси в высокодисперсное состояние или коллоидный раствор и препятствует их осаждению на деталях.
Таблица 1 - Влияние NOx на образование нерастворимых загрязняющих примесей в масле с различными присадками
Присадки в масле |
NOx* |
Нерастворимые в масле примеси, мг |
|||
Растворитель |
|||||
пентан |
бензол |
ацетон |
|||
Без присадки |
нет |
следы |
0 |
0 |
|
Без присадки |
4 |
270 |
160 |
40 |
|
Беззольная моющее-диспергирующая присадка |
4 |
0 |
0 |
0 |
|
Антиокислительная присадка |
4 |
1420 |
400 |
130 |
|
Беззольная и антиокислительная присадки |
4 |
следы |
следы |
следы |
|
* Миллимолей на 100 г масла, загрязненного окисленным бензином.
Трение изначально является термодинамически неравновесным процессом, который может существовать как в области близкой к равновесию, так и вдали от неё, образуя различные структурные классы, переход к которым осуществляется скачкообразно. В связи с этим термодинамически возможно существование систем трения не накапливающих потенциальной энергии в виде скоплений дефектов.
Таким образом, теоретически возможно «управлять» изнашиванием, «подвигая» термодинамическую систему к состоянию равновесия. Химическая термодинамика указывает, что выполнить это возможно, подводя к системе или отводя из системы теплоту, повышая температуру нагреванием или снижая её охлаждением. Теоретически возможно также воздействовать на систему путём изменения давления. Однако эти пути воздействия на физико-химическую систему с целью приближения её к состоянию равновесия не могут быть применены в условиях трения в двигателе внутреннего сгорания.
Остаётся единственный возможный путь воздействия на физико-химическую трибологическую систему - введение в неё химических реагентов. Основой коллоидной химии и учения о поверхностных явлениях является понимание, что введение в систему веществ с теми или иными свойствами способно кардинально изменить её, существенно повысить или понизить поверхностную энергию.
В состав масляной композиции, как известно, входят присадки различного функционального назначения. Присадки могут относиться к разным химическим классам и отличаться по составу и строению. Присадки выполняют в маслах доминирующие функции, их выбор требует наиболее объективного обоснования. Для этого была проведена серия исследований, направленных на определение эффективности действия присадок, включая салицилаты, феноляты и сульфонаты металлов и др.
Для получения поверхностно-активного вещества (ПАВ) был приведен химический синтез, реагентами которого являются:
- перфторкарбоновая кислота СF3(СF2)nСООН;
- этаноламин H2N - CH2 - CH2 - OH;
- борная кислота H3BO3.
В качестве присадки используются органические соединения борат этаноламид перфторкарбоновой кислоты, состоящие из:
- фторангидрид перфторкарбоновой кислоты - 71,7%;
- перфторгексан - 20,81%;
- фторангидрид щ -гидроперфторгептановой кислоты - 3,8%;
- щ - гидроперфторгексан Н(CF2)5CF 3 - 2%;
- прочие примеси - 1,69%.
При введении этих добавок в моторное масло на трущихся поверхностях формируется самовосстанавливающийся защитный антифрикционный слой. Молекулы этого органического соединения размером 3 нм являются поверхностно-активными. ПАВ слой как магнит. ПАВ имеет положительный и отрицательный заряд на молекуле СОНN и отрицательный везде связывается с металлом. Микроскопически он покрывает все поверхности ПАВ-ом. Они связываются, потому что сталь принимает отрицательный заряд и прилипают к ней подобно магниту. Другая часть имеет очень сильный положительный заряд. Этот положительный заряд сталкивается с другим положительным зарядом. Весь мотор сейчас охвачен этим положительным зарядом, и когда может возникнуть стачивание металлических деталей - они отталкиваются. Адсорбируясь на поверхностях трения, такие молекулы формируют квазикристаллическую структуру, которая защищает поверхность от износа и уменьшает граничное и гидродинамическое трение. На поверхности этого слоя устанавливается динамическое равновесие между атомами металла самого слоя и переходными металло-органическими комплексами ПАВ металла в составе моторного масла. В результате достигается замкнутый цикл «износ-восстановление», что позволяет реализовать принцип самовосстановления механизмов и перевести протекание процессов трения в режим близкий к идеальному. В зоне трения за счет высоких локальных температур и давления также происходит разрушение смазочных материалов с выделением углерода и атомарного водорода, что также ускоряет изнашивание металла. Присадка взаимодействует с металлическими поверхностями именно при таких условиях. Молекулы полученного соединения адсорбируются на поверхности металла за счет водородной связи, которую обеспечивает водород группы. Энергетически водородная связь превышает силы Ван-дер-Ваальса более чем в 10 раз. Она легко вытесняет с поверхности металла неполярные молекулы. Не поделённые электроны атома азота в амиде образуют комплексные соединения с катионами металла.
Исследования проводились на трибометре марки TRD-S-DE. В чашу помещался диск (сталь 30), приливалось исследуемое масло (масло + присадка). На поверхность диска опускался индентор (шарик, сталь марки Inox 440 под различными нагрузками). Скорость вращения 50 см/с. Длина пути 500 м (приработка) и 1000 м (основное испытание) (рис. 3-5).
Рисунок 3 - Изменение коэффициента трения и глубины износа стального диска (Ст 30) (Моторное масло + присадка (10%), нагрузка 40 N, длина пути 1000 м)
Рисунок 4. Изменение коэффициента трения и глубины износа стального диска (Ст 30) (Моторное масло + присадка (10%), нагрузка 45 N, длина пути 1000 м)
Рисунок 5. Изменение коэффициента трения и глубины износа стального диска (Ст 30) (Моторное масло + присадка (10%), нагрузка 50 N, длина пути 1000 м)
В результате оптимизации состава присадки по содержанию активных компонентов выяснено, что существует диапазон эффективных концентраций ионов пластичных металлов, при которых происходит существенное, статистически достоверное, снижение износа поверхностей трения по сравнению с контролем (моторным маслом, не модифицированным присадкой). В диапазоне эффективных концентраций компонентов присадки износ может быть до 4 раз меньше, чем в контроле.
Также в диапазоне эффективных концентраций обнаружен чётко выраженный экстремум - минимальный износ в парах трения при оптимальном содержании (%) активных веществ в присадке. В условиях проведения испытаний, минимум износа соответствовал концентрации - 0,5%.
Таким образом, установлено, что использование специализированной присадки, действие которой заключается в формировании молекулярного слоя на поверхностях трения, снижает коэффициент трения на 17 %. Рациональный уровень изменения показателей качества, при котором необходимо проводить мероприятия по продлению ресурса моторного масла, составляет 250...320 мото-ч наработки ДВС, при этом ресурс моторных масел увеличивается на 35...45 %. Применение данной технологии позволяет защитить поверхности контакта с помощью пленки ПАВ толщиной 4 -6 нм, как при сухом трении, так и при гидродинамическом.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет октанового числа бензина, необходимого для двигателя внутреннего сгорания. Показатели качества бензинов и дизельных топлив. Определение марки и вида дизельного топлива. Определение марки моторного масла по типу двигателя и его форсированности.
контрольная работа [24,1 K], добавлен 14.05.2014Перспектива использования производных рапсового масла в качестве моторного топлива. Проблемы, связанные с использованием рапсового масла. Анализ существующих конструкций подогревателей топлива. Расчет и конструирование ТЭНа и нагревателя биотоплива.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 11.08.2011Смазочные материалы: виды и требования к ним. Масла для поршневых и ротационных компрессоров. Масла для холодильных машин, их химическая стабильность. Агрессивность смесей хладагента. Компрессорные масла, с химической точки зрения, особенности его замены.
контрольная работа [2,9 M], добавлен 10.01.2014Технические данные системы охлаждения циркуляционного масла главного судового дизеля. Назначение системы автоматического регулирования температуры масла, ее особенности и описание схемы. Определение настроечных параметров регулятора температуры масла.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 23.02.2013Особенности и применение эфирного масла лимона. Процесс получение и специфика состава эфирного масла апельсина. Народное применение мандаринового эфирного масла, его место и роль в парфюмерии. Характеристика и преимущества эфирного масла бергамота.
презентация [4,3 M], добавлен 19.05.2019Автоматизация технологических процессов производства в молочной промышленности. Процесс сбивания сливок и образование масляного зерна. Механическая обработка масла. Схема производства масла методом сбивания. Описание элементов контура регулирования.
курсовая работа [236,3 K], добавлен 14.01.2015Характеристика технической службы СТО "Крымдизельсервис". Производственная структура, методы технического обслуживания и ремонта автомобилей. Организация технологического процесса работы моторного подразделения. Выбор оборудования, расчет площади участка.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 21.09.2015Трибологические исследования чугунных образцов, имитирующих детали цилиндропоршневой группы судового дизельного двигателя. Описание механизма воздействия противоизносных магнитных присадок в смазочном масле на основе твердых порошковых включений.
статья [206,8 K], добавлен 10.06.2016Определение влияния механических примесей, содержащихся в масле, на износ качающего узла аксиально-поршневого гидронасоса. Методика проведения испытаний. Анализ результатов стендовых испытаний аксиально-поршневых насосов при загрязнении масла водой.
контрольная работа [2,6 M], добавлен 27.12.2016Обоснование необходимости проведения реконструкции производственного участка СТО "Автосервис". Расчет численности рабочих, площади моторного участка. Организация технологического процесса. Мероприятия по технике безопасности; себестоимость реконструкции.
дипломная работа [52,7 K], добавлен 14.05.2012Схема вытяжки растительного масла экстракцией с предшествующим выдавливанием масла на шнековых прессах. Технико-экономические характеристики процесса: трудоемкость и энергоемкость. Графическое изображение процесса рафинации в масложировой промышленности.
курсовая работа [108,4 K], добавлен 19.04.2014Пастеризация молока. Принцип работы и техническая характеристика ванн длительной пастеризации ВДП-30. Техника безопасности при работе с автоматами и ваннами. Фасовка масла. Принцип работы и техническая характеристика автоматов для фасовки масла М6-ОРГ.
реферат [378,0 K], добавлен 22.03.2013Характеристика производственной годовой программы моторного участка. Сущность метода производственных работ, их объем, численность слесарей для каждого вида деятельности. Коэффициент технической готовности парка и суточное количество обслуживаний.
курсовая работа [14,1 K], добавлен 05.04.2009Основи процесу отримання м'ятного ефірної масла - ректифіката. Принципи роботи обладнання та його переваги над іншими способами. Класифікація ефірних олій в залежності від сировини, з якої їх отримують. Процес ректифікації м'ятного ефірного масла.
курсовая работа [691,9 K], добавлен 09.03.2016Общая характеристика подсолнечного масла, особенности и этапы производства данной продукции, используемое сырье и оборудование. Классификационные признаки центробежной обрушивающей машины. Устройство, принцип работы и технологические регулировки.
курсовая работа [264,9 K], добавлен 17.06.2014Описание технологического процесса рафинации рапсового масла. Выбор измеряемых, регулируемых и контролируемых параметров. Выбор устройств автоматического управления. Нейтрализация жиров натриевой щелочью средней крепости. Уравнение материального баланса.
курсовая работа [200,3 K], добавлен 28.03.2015Воздействие режимов нагружения на толщину смазочного слоя и изнашивание деталей трибосопряжений при эксплуатации в режиме "пуск-стоп" и реверсивном движении. Технология изготовления масла с заданным комплексом присадок. Повышение долговечности пар трения.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 07.10.2013Анализ путей загрязнения масла, которое является основной причиной неполадок с гидравлическим оборудованием. Принцип работы систем Trans-O-Filter, которые эффективно фильтруют нефтяные и синтетические жидкости с целью удаления абразивной крошки и шламов.
контрольная работа [517,0 K], добавлен 02.03.2011Поиск нового технического решения, направленного на улучшение качества высокоиндексных низкозастывающих основ (всесезонного масла), посредством модернизации первой стадии их производства – гидроочистки исходного сырья. Расчет реакторного блока процесса.
дипломная работа [4,4 M], добавлен 24.04.2012Изучение особенностей процесса наполнения, сжатия, сгорания и расширения, которые непосредственно влияют на рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания. Анализ индикаторных и эффективных показателей. Построение индикаторных диаграмм рабочего процесса.
курсовая работа [177,2 K], добавлен 30.10.2013