Испытания в ЦНИИД – институт дизеля, проводились в 2005 г. по заказу ЗАО НПО «Руспромремонт», которая на тот момент являлась партнером компании RVS-Tec OY. По компонентному составу РВС производства ЗАО НПО «Руспромремонт» представляет собой суспензию мелкодисперсной минеральной смеси на масляной основе.
По существующей теории, попадая на поверхности трения вместе с маслом, соединения геомодификатора под воздействием высокой температуры и давления инициируют процесс формирования на трущихся поверхностях металлокерамического покрытия с высокой износостойкостью и малым коэффициентом трения. Следовательно, применение «РВС - технологии» в дизелях должно обеспечить повышение их ресурса путём восстановления и упрочнения поверхностей трущихся деталей и снижение расхода ГСМ за счёт уменьшения механических потерь, что актуально для организаций, эксплуатирующих двигатели внутреннего сгорания.
Вместе с тем, большой ассортимент предлагаемых на рынке автохимии геомодификаторов, а также ограниченное число работ, посвящённых их применению, не всегда приводят к положительным результатам в использовании ремонтно-восстановительных препаратов в дизелях. Поэтому проведение данных испытаний «РВС - технологии» на дизельных двигателях является весьма актуальной задачей, имеющей большое практическое значение.
[ads1]Целью настоящей работы является оценка антифрикционных и антиизносных свойств продукта «РВС – технологии» и его влияния на экологические характеристики дизельного двигателя. Моторные испытания были проведены на дизель – генераторе Э16МАЗ в ООО «ЦНИДИ» по договору с ЗАО Научно-производственное объединение «Руспромремонт» - одним из основных производителей ремонтно–восстановительных препаратов в России.
Проведение моторных испытаний
Оценка эффективности применения «РВС – технологии» в моторных маслах проводились на дизеле 4 ч 9,5/11 по следующим параметрам:
Для выполнения работ была разработана и согласована с ЗАО НПО «Руспромремонт» программа испытаний продукта «РВС – технология». Программа базируется на основных положениях ОСТ 24.060.09-79 «Методика оценки моторных и физико-химических свойств масел при их стендовых испытаниях».
Моторный стенд, на котором проводились испытания, представляет собой дизель – электрический агрегат Э16МАЗ производства Рижского дизелестроительного завода, состоящий из дизеля Р4-8 (типа 4 ч 9,5/11) и трёхфазного генератора 4ГМ-20, показанный на фото 2.1. Основные характеристики экспериментальной установки проведены в таблице 2.1. Нагрузка дизель – генератора осуществлялась с помощью реостатных сопротивлений (активная) по следующим дискретным значениям 4,3; 14,7 и 20 кВт. Для контроля параметров нагрузки стенд был дооборудован электроизмерительными приборами (амперметрами, вольтметром и частотомером). Замер частоты вращения коленчатого вала производился с помощью электронного тахометра «ТЭСА». В качестве первичного преобразователя служил индукционный датчик ППТ-26, установленный над зубчатым диском, смонтированным на коленчатом валу дизеля. Для замера температуры выхлопных газов на каждом цилиндре была установлена термопара ТХА-0515, сигнал от которой по компенсационным проводам (хромель - алюмель) поступал на милливольтметр типа Ш4500. Для ужесточения работы дизеля из системы смазки был исключён частично-поточный фильтр тонкой очистки масла.
Дизельный двигатель моторного стенда
Таблица 2.1 Основные технические данные дизель – электрического агрегата Э16МАЗ
Показатели |
Значения |
Тип дизеля по ГОСТ |
4 ч 9,5/11 |
Номинальная мощность, кВт |
20 |
Номинальная частота вращения, об/мин |
1500 |
Напряжение линейное, В |
400 |
Сила тока при Ne = 20 кВт, А |
29 |
Удельный расход топлива на номинальной мощности дизеля, г/кВтчас |
282+13 |
Удельный расход масла на угар, г/кВтчас |
1,22 |
Замер потерь мощности на трение осуществлялся методом двойного выбега. Сущность метода заключается в фиксации тахограммы остановки дизеля под нагрузкой. Для получения тахограммы была использована методика измерений мгновенных значений частоты вращения коленчатого вала дизеля с применением персонального компьютера. Для формирования электрического сигнала использовался индукционный датчик скорости ДС – 1, установленный на кожухе над зубчатым венцом маховика дизеля. Перевод электрической величины в цифровой код осуществлялся с помощью аналого – цифрового преобразователя. Данные измерений после обработки по специальным программам распечатывались на лазерном принтере в виде графика, удобного для последующей обработки и расчётов.
[ads2]На рис. 2.1 в качестве примера показаны тахограммы двойного выбега дизель – генератора Э16МАЗ после 150 часов работы на масле М - 14В2 с добавкой «РВС – 1» при Ne = 20 кВт. По полученным графикам определялся угол наклона тахограммы к оси абсцисс при нагруженном (αн) и ненагруженном (αо) дизеле. Потери мощности на трение при этом определялись из следующего соотношения:
ηм = |
tg αн - tg αo tg αн |
; |
где αн и αо – соответственно углы наклона тахограмм нагруженного и ненагруженного дизеля;
ηм – механический КПД дизеля.
Для устранения влияния изменения компрессии в цилиндро – поршневых группах дизеля ряд тахограмм фиксировался с включённым декомпрессором.
Измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизеля проводились специалистами лаборатории «ЦНИДИ – Экосервис». Для контроля состава отработавших газов по компонентам NOx, CO, CH использовалась комплексная газоаналитическая система ТЕСТ -1КП. Замер дымности отработавших газов (дымовое число фильтра FSN) проводился фильтрационным методом с помощью прибора марки «BOSCH». Испытания по оценке вредных выбросов велись по дизель – генераторному циклу в соответствии с ГОСТ Р 51249 – 99 с последующим расчётом удельных средневзвешенных значений по каждому контролируемому параметру.
Расход газов, прорывающихся через ЦПГ дизеля, измерялся газовым счётчиком типа ГСБ-400.
Испытания дизеля проводились на моторном масле М - 14В2 ГОСТ 12337 – 84 производства «Лукойл – Пермнефтеоргсинтез» и дизельном топливе ГОСТ 305 – 82 марки З – 0,2 минус 35 «ЕВРО» (поставщик «Петербургская топливная компания)
В соответствии с программой работ в процессе испытаний из системы смазки дизеля периодически производился отбор проб работающего моторного масла для их физико – химического анализа в лаборатории. Контроль процесса старения масла при проведении базового и опытного этапов моторных испытаний осуществлялся по следующим основным направлениям: загрязнение, окисление и срабатывание присадок. С этой целью пробы масел анализировались по следующим показателям: вязкость кинематическая, фотометрический коэффициент загрязнённости, водородный показатель рН, щелочное число, диспергирующая способность, сульфатная зольность. Возможность возникновения аварийной ситуации в дизеле (попадание топлива и воды в систему смазки) контролировалась параметрами: температура вспышки и содержание воды в масле.
Износ деталей цилиндро – поршневой группы оценивался изменением веса поршневых колец и вкладышей подшипников, обмером цилиндровых втулок и зазоров в замках колец в конце каждого этапа испытаний.
Оценка нагаро- и лакообразования на поршнях и клапанах производилась по отрицательной системе (0 баллов – чистый элемент поршня, 10 баллов – на 100% заполненный отложениями) согласно ОСТ 24.060.09 – 79.
В ходе испытаний замерялся расход топлива на номинальном режиме и по нагрузочной характеристике работы дизель – генератора. Компрессия по цилиндрам замерялась на горячем двигателе сразу после его остановки.
Расход масла на угар фиксировался в конце каждого этапа с учётом долива и отобранных для анализа проб.
[ads3]«РВС – технологии» при работе дизеля 4 Ч 9,5/11
В соответствии с программой работ на дизель - генераторе Э16МАЗ было проведено два этапа испытаний по 154 моточаса каждый – первый (базовый) на масле М - 14В2 и второй (опытный) с применением «РВС - технологии». В ходе выполнения 2-го этапа ввод добавки «РВС - 1» в систему смазки осуществлялся тремя порциями по 2 мл в период 20-50 часов работы дизеля.
Оценка антифрикционных свойств «РВС - технологии» производилась по параметрам: изменение механического КПД дизеля и удельного расхода топлива. Результаты замеров потерь мощности дизеля на трение методом двойного выбега и расчета механического КПД приведены в табл.3.1 и на рис.3.1. Как отмечалось ранее, для устранения влияния изменения компрессии в цилиндрах ряд тахограмм фиксировался с включенным декомпрессором. Из представленных данных видно, что ввод «РВС - 1» в систему смазки привел к повышению механического КПД дизеля на 4-5% в зависимости от режима его нагрузки. При этом по абсолютной величине значения механического КПД, полученные с включенным декомпрессором выше по сравнению с аналогичными замерами без включения декомпрессора.
Таблица 3. Влияние добавки «РВС - 1» на механический КПД дизеля 4 ч 9,5/1
Условия работы дизеля |
Значение КПД мех. |
||
х. ход |
14,7 кВт |
20 кВт |
|
М - 14В2 |
0,29 |
0,67 |
- |
М - 14В2 + «РВС – 1» |
0,34 |
0,77 |
0,77 |
С включенным декомпрессором М - 14В2 М - 14В2 + «РВС – 1» |
0,87 0,92 |
0,91 0,96 |
0,93 0,97 |
На рис. 3.1 (б) показана динамика роста механического КПД в процессе 2-го этапа испытаний. При Ne = 14,7 кВт после ввода «РВС - 1» механический КПД вырос с 0,91 до 0,96 к 150 часам работы дизеля.
Результаты замеров удельного расхода топлива приведены на рис. 3.2.
Сравнительный анализ нагрузочных характеристик дизель - генератора по первому и второму этапам испытаний показал снижение удельного расхода топлива при применении «РВС - технологии» в пределах 4,1-6,6% в зависимости от нагрузки дизеля. На номинальной нагрузке (Ne = 20 кВт) снижение удельного расхода топлива составило 6,3%: (с 286 г/кВтч до 268 г/кВтч). На рис.3.2 (б) показано изменение удельного расхода топлива на номинале во времени на 1-ом и 2-ом этапах испытаний. Из представленных данных видно, что на втором (опытном) этапе наблюдается снижение расхода топлива, что соответствует приведенным выше данным о снижении мощности механических потерь после введения в систему смазки добавки «РВС - 1».
2.2 Кинетика расхода газов через картер дизеля
Замер расхода картерных газов производился один раз за цикл испытаний при номинальной нагрузке дизеля. Подключение газового счетчика ГСБ-400 осуществлялось к трубке отвода газов из клапанной крышки во впускной коллектор дизеля. Результаты измерений приведены на рис. 3.3. Анализ данных показал, что в начале каждого этапа наблюдались относительно высокие значения расходов газа (8,5-9,3) л/мин., что, видимо, было связано с переборкой дизеля. Кроме того, на втором этапе на 4-ом поршне был установлен новый комплект компрессионных колец и шатунных вкладышей. После приработки в течение 15 - 20 часов после переборки расход картерных газов снижается: на 1-ом этапе до 6 л/мин., а на 2-ом - до 7,5 л/мин. Во временном интервале 20 - 150 часов, как видно из рис.3.3, на 1-ом этапе происходит увеличение расхода газов до 7,0-7,5 л/мин., связанное, вероятно, с износом деталей ЦПГ. В это же время на этапе с применением добавки «РВС - 1» наблюдается снижение расхода картерных газов до уровня 6,0 л/мин. Объяснение этому процессу, очевидно, следует искать в повышении газоплотности цилиндропоршневой группы при использовании «РВС - технологии». Подтверждением этому могут служить данные замеров компрессии по цилиндрам, выполненные на 1-ом и 2-ом этапах испытаний, приведённые в табл. 3.2.
Таблица 3.2 Результаты замеров компрессии по цилиндрам дизеля 4 ч 9,5/11.
Номер цилиндра |
Значение компрессии, кг/см2
|
||||
М – 14В2 (1 этап)
|
М – 14В2 + «РВС - 1» (2 этап) |
||||
119 часов
|
154 часа |
14 часов |
49 часов |
154 часа |
|
I |
25
|
24 |
23 |
23 |
24 |
II |
25
|
24 |
23 |
23 |
24 |
III |
27
|
26 |
26 |
26 |
26 |
IV |
26
|
26 |
24 |
25 |
24 |
Из таблицы 3.2 видно повышение компрессии в 1-ом и 2- ом цилиндрах на 2-м этапе испытаний. В эти цилиндры после 49 часов работы дизеля ввиду небольших значений замеренной компрессии был введён препарат «РВС – 1».
Повышение газоплотности ЦПГ и увеличение компрессии по цилиндрам может быть вызвано образованием большого количества нагара и лака на боковых поверхностях поршней и поршневых кольцах. Поэтому, представляется целесообразным в данном разделе отчёта рассмотреть результаты оценки нагаро - лакообразования на поршнях после каждого этапа испытаний. В таблице 3.3 показано сравнение загрязнённости элементов поршней после проведения 1-го и 2-го этапов испытаний.
[ads4]Таблица 3.3 Влияние «РВС – 1» на образование нагаро – лакоотложений на поршнях дизеля 4 ч 9,5/11
Элемент поршня |
Средняя оценка загрязнённости, балл |
% изм. |
|
М – 14В2 |
М – 14В2 + «РВС - 1» |
||
Днище поршня |
2,5 |
2,1 |
-16 |
Поверхность над первым поршневым кольцом |
1,4 |
0,7 |
-50 |
Первая перемычка между поршневыми кольцами |
1,1 |
0,3 |
-73 |
Канавки компрессионных колец: первая вторая третья |
1,7 0,7 0,7 |
1,0 0,4 0,1 |
-41 -43 -86 |
Суммарная оценка |
8,1 |
4,6 |
-57 |
Из данных таблицы 3.3 следует, что степень загрязнённости практически всех элементов поршней после работы дизеля на масле М – 14В2 с «РВС - 1» ниже по сравнению с результатами оценки после 1-го этапа испытаний. При этом общий балл загрязнённости поршней при работе на масле М – 14В2 составляет 8,1 балла, а на этапе с применением «РВС – 1» - 4,6 балла. Следовательно, в данном случае, нагаро - лакоотложения не могут быть причиной снижения количества прорывающихся газов и повышения газоплотности поршней при использовании «РВС – технологии».
2.3 Исследование антиизносных свойств «РВС – технологии» при работе дизеля 4 Ч 9,5/11
Износ поверхностей трения поршневых колец и вкладышей шатунных подшипников оценивался гравиметрическим методом на 1-ом и 2-ом этапах испытаний. Кроме того, контролировалось изменение зазоров в замках поршневых колец, в сопряжениях поршень – втулка и кольцо – канавка. На поршнях дизеля 4 ч 89,5/11 установлено по 4 кольца: первое - хромированное, прямоугольного сечения, второе и третье – торсионные (скручивающиеся), с выточкой во внутреннем верхнем углу поперечного сечения, четвёртое – маслосъёмное, коробчатое, с пружинным экспандером.
Результаты замеров износа поршневых колец в процессе испытаний приведены в таблицах 3.4 и 3.5. При работе дизеля на масле М – 14В2 с добавкой «РВС – 1» износ колец уменьшился в среднем на 20%. Наибольшее снижение - 41% было получено по износу маслосъёмных колец. Снижение износа от первого к четвёртому поршневому кольцу при сравнении результатов 1-го и 2-го этапов испытаний, вероятно, является следствием улучшения антиизносных свойств моторного масла за счёт применения добавки «РВС–1». Результаты гравиметрирования по снижению износа поршневых колец в присутствии «РВС – 1» подтверждаются сравнительными данными по замеру зазоров в замках колец, представленными в таблице 3.5.
Таблица 3.4 Износ поршневых колец дизеля 4 ч 9,5/11 после 154 часов работы на различных маслах
Масло |
Износ поршневых колец, грамм |
||||
I |
II |
III |
IV |
Комплект колец |
|
М – 14В2 М – 14В2 + «РВС - 1» |
0,126 0,110 |
0,056 0,044 |
0,036 0,028 |
0,257 0,023 |
0,257 0,205 |
% изменения |
12,7 |
21,4 |
22,2 |
41,0 |
20,2 |
Примечание. В таблице 3.4 представлены средние значения износа колец по 4-м цилиндрам.
Таблица 3.5 Изменение зазоров в замках поршневых колец после 154 часов работы дизеля 4 ч 9,5/11
Масло |
Увеличение зазоров в замках поршневых колец, мм |
|||
1-е |
2-е |
3-е |
4-е |
|
М – 14В2
М – 14В2 + «РВС - 1» |
0,1
0,05 |
0,04
0,03 |
0,04
0,03 |
0,08
0,05 |
% изменения
|
50 |
25 |
25 |
37,5 |
Примечание. Замер зазоров производился в калибре – (95 -0,035) мм.
Параметры износа вкладышей шатунных подшипников приведены в таблице 3.6. Анализ результатов показывает уменьшение износа как верхних, так и нижних вкладышей подшипников при работе дизеля на масле М – 14В2 с добавкой «РВС – 1». Снижение среднего значения суммарного износа вкладышей составило 44% по сравнению с базовым этапом.
Информация по изменению монтажных, номинальных и предельно-допустимых зазоров ЦПГ дизеля: изменение зазоров в сопряжении «кольцо – канавка» при работе на масле с «РВС – 1» незначительно и составляет 1 – 2 мкм, а в ряде случаев по 3-му и 4-му поршневым кольцам вообще отсутствует. Таким образом, полученные результаты по снижению износа при использовании «РВС – 1» могут служить подтверждением теории образования на поверхностях трения в присутствии геомодификатора композитной металлокерамической структуры (металл – минерал), обладающей высокой твёрдостью и износостойкостью /2,3/.
Таблица 3.6 Износ вкладышей шатунных подшипников после 154 часов работы дизеля 4 ч 9,5/11 на разных маслах
Масло |
Место установки |
Износ вкладышей шатунных подшипников, грамм |
|||||
I |
II |
III |
IV |
Средний |
Суммарный |
||
М – 14В2 |
Верхний Нижний
|
0,0300 0,0131 |
0,0243 0,0133 |
0,0345 0,0365 |
0,0213 0,0148 |
0,0275 0,0194 |
0,0469 |
М – 14В2 + «РВС - 1»
|
Верхний Нижний |
0,0152 0,0071 |
0,0130 0,0083 |
0,0106 0,0108 |
0,0262 0,0140 |
0,0161 0,0101 |
0,0262 |
2.4 Влияние «РВС – технологии» на изменение состава отработавших газов
В настоящее время большое внимание уделяется снижению содержания токсических компонентов CO, CH, NOx и сажи в отработавших газах двигателей. В соответствии с программой испытаний через 70 и 150 моточасов работы дизеля на каждом этапе проводились замеры выбросов вредных веществ в отработавших газах. Обобщённые результаты измерений представлены в таблице 3.7.
Из приведённых данных видно, что на этапе с применением добавки «РВС – 1» нормируемые по ГОСТ Р 51249-99 параметры – средневзвешенные значения: оксидов азота (NOx) возросли на 6,6%, а оксидов углерода (СО) и углеводородов (СН) уменьшились на 11,2% и 30,8% соответственно. Дымовое число фильтра FSN (ГОСТ Р 51250-99) снизилось на 62,5%.
Полученные результаты, видимо, являются следствием уменьшения расхода топлива за счёт снижения механических потерь и улучшения рабочего процесса (повышения полноты сгорания топлива) дизеля. Кроме того, на уменьшение содержания остаточных углеводородов (СН) в отработавших газах, вероятно, оказал влияние более низкий расход масла на угар, полученный на 2-ом этапе испытаний (см. табл.3.7), а также более низкий уровень прорыва газов из камеры сгорания в зазоры поршневой группы, рассмотренный выше.
Таким образом, добавка «РВС – 1» к моторному маслу эффективно снижает содержание CO, CH и особенно дымность в отработавших газах дизельного двигателя, а также расходы топлива и масла на угар.
Таблица 3.7 Изменение содержания вредных выбросов, расходов топлива и масла при работе дизеля на масле М – 14В2 с добавкой «РВС - 1»
Параметр |
Удельное средневзвешенное значение параметра, г/кВтчас |
% изменения |
|
М – 14В2 (1 этап) |
М – 14В2 + «РВС - 1» (2 этап) |
||
NOx |
7,71 |
8,22 |
+6,6 |
СО |
7,38 |
6,55 |
-11,2 |
СН |
0,39 |
0,27 |
-30,8 |
Сажа |
0,08 |
0,04 |
-50 |
Топливо |
352,6 |
334,5 |
-5,1 |
FSN, у.е. |
1,6 |
0,60 |
-62,5 |
Угар масла |
1,48 |
1,27 |
-15 |
2.5 Анализ процесса старения масла при использовании «РВС – технологии» в системе смазки дизеля
Эффект от применения ремонтно-восстановительных составов, как отмечалось ранее, достигается, видимо, за счёт образования металло - керамических структур на трущихся поверхностях. При этом смазочное масло рассматривается как средство доставки геомодификатора к парам трения, который не должен менять его эксплуатационных свойств.
Вместе с тем, представляется целесообразным проанализировать влияние геомодификаторов, представляющих собой суспензии минералов различной степени дисперсности, как на отдельные эксплуатационные свойства, так и на процесс старения моторного масла в дизеле в целом.
С этой целью во время испытаний из системы смазки дизеля периодически отбирались пробы масла и проводился их анализ. Кинетика изменения основных физико-химических параметров масла представлена на рис. 3.4 и рис. 3.5. Из приведённых данных видно, что на обоих этапах испытаний процесс старения масла характеризуется средним уровнем интенсивности. Значения щелочного числа (содержания присадок в масле) не опускались ниже 5,4 мг кон/г, водородного показателя рН (наличие соединений кислотного характера)
Знаем о присадках ВСЁ. Поможем в выборе. Проконсультируем.
Позвоните нам или закажите обратный звонок.
+7(499) 504-34-05- или - Обратный звонок