Влияние фторорганических поверхностно-активных веществ на эксплуатационные характеристики ДВС

Вопросам влияния эксплуатационных факторов и режимов работы на ресурс автотракторных двигателей посвящено большое число исследований. Так при низких температурах воздуха в процессе пуска холодных двигателей возрастает износ цилиндров и поршневых колец. Основной причиной интенсификации износа при этом является нарушение условий смазки, а также возникновение электрохимической коррозии. Последняя особо активизирует процесс износа при падении температуры охлаждающей жидкости ниже 60 ^ 70 ° С [1].

Испытаниями установлено, что при холодной проточной воде и частых пусках в сравнении с нормальными условиями работы износ цилиндров и поршневых колец возрастает в 2 ÷ 4 раза.

Эксплуатация автотракторной техники в условиях современного состояния транспортной инфраструктуры [2] характеризуется частыми остановками и пусками, а также переключениями передач, что значительно снижает долговечность двигателя за счет попадания обогащенной смеси на стенки цилиндров, смывающей смазку. Последнее способствует интенсификации коррозионно-механического износа.

Особое влияние на ресурс двигателей оказывают применяемые в эксплуатации смазочные масла – их физико-химические свойства и стабильность этих свойств в процессе эксплуатации, а так же при изменении температуры. При высоких температурах свыше 150 ° С ускоряется процесс окисления и старения масел. Вязкость масла должна быть достаточно высокой для создания защитных пленок на поверхностях сопряжений в условиях малых скоростей и повышенных нагрузок. В то же время вязкость масел ограничивается требованиями обеспечения хорошего отвода тепла от поверхностей трения и низкого коэффициента трения при высоких скоростях в режиме гидродинамического трения [3].

В настоящее время найдены эффективные пути решения этой задачи. Разработана технология получения на поверхностях трибосопряжений квазикристаллического молекулярного слоя. Формирование такого слоя происходит за счет адсорбции амфифильных молекул с перфторированным радикалом из раствора, где роль растворителя выполняет смазочное масло [4]. Такой молекулярный слой является модификатором поверхности, предающей ей такие уникальные свойства, как снижение износа и коэффициента трения, антикоррозионную стойкость, защиту поверхности в случае отсутствия смазки, а также снижение адгезии смазки к поверхностям трибосопряжений.

Постановка экспериментальных исследований

Важные значения для получения качественной защитной молекулярной пленки имеет концентрация модификатора в смазочной среде.

Для установления зависимости свойств смачивания от концентрации модификатора были изготовлены растворы различной концентрации, где в качестве растворителя использовали летучее вещество типа хладон.

Рисунок 1 – Зависимость краевого угла смачивания от концентрации модификатора

Соединения, обладающие способностью влиять на свойства поверхности, в дальнейшем – модификаторы, называются поверхностноактивными веществами и относятся к наноматериалам [5].

В раствор были помещены металлические пластины, после выдержки и сушки произведены замеры краевого угла смачивания. Результаты зависимости краевого угла смачивания для воды и масла представлены на рис. 1.

Как следует из приведенных на рисунке данных, при концентрации модификатора, равной 0,5 ÷ 1,0% происходит образование насыщенного молекулярного слоя.

Оценку прочности молекулярных пленок проводили в соответствии с методикой НИИЧаспрома по величине краевого угла смачивания капли масла МН-60 ГОСТ 8781-71.

Порядок проведения эксперимента

• 1.    Металлические пластины (3 шт.) с шероховатостью поверхности R z 0,1 (материал -У10А) были промыты моющим средством «Ар-сек» ТУ 38.504-63-0292-92, просушены, затем были промыты трихлорэтиленом и просушены.

• 2.    На приготовленные пластины были нанесены капли масла МН-60 и замерены краевые углы смачивания. Краевой угол равен порядка 25°.

• 3.    На металлические пластины методом окунания согласно методике «НИИЧаспрома» были нанесены молекулярные пленки, после чего пластины были высушены в термошкафу при температуре 40°С в течение 30 мин.

• 4.    На каждую пластину были поставлены капли масла МН-60 маслодозировкой № 6 и измерены краевые углы смачивания.

• 5.    Оценивали значение краевых углов смачивания после пятикратной промывки трихлорэтиленом.

Результаты измерения краевых углов смачивания представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты измерения краевых углов смачивания

Краевой угол смачивания , среднее значение угла смачивания ср., изменение угла смачивания Δ , град.
Непосредственно после нанесения пленки	После промывки
	1	2	3	4	5	После 5-ой промывки
ср	ср	ср	ср	ср	ср	Δ
50,6	49,7	52,9	54,9	48,7	49,6	-1

После пяти промывок угол практически не изменился, что свидетельствует о прочности молекулярной пленки.

Оценка влияния модификатора на пусковые качества ДВС при отрицательных температурах заключалась в определении предельной температуры пуска дизельного и карбюраторного двигателей, а также величины тока в цепи стартера [6].

В качестве объектов испытаний были использованы силовые агрегаты автомобилей ЗИЛ-4331 и ЗИЛ-130.

Методика проведения испытаний

Испытания проводили в соответствии с требованиями отраслевого стандарта ОСТ 37.001.052-87, инструкцией по эксплуатации автомобилей ЗИЛ-4331, ЗИЛ-130 и на основе рекомендаций производителя ЗАО «Автоко-нинвест» по вводу модификатора в масла двигателей и трансмиссий.

В качестве моторного и трансмиссионного масел использовали товарные сорта, рекомендованные инструкциями по эксплуатации автомобилей в зимний период.

Для дизельного двигателя: моторное масло М8 Г2К; трансмиссионное масло ТСп-15К.

Для карбюраторного двигателя: моторное масло М6з/12В; трансмиссионное масло ТСп-14.

Испытания проводили в низкотемпературной камере. Пуск дизельного двигателя проводили от двух аккумуляторных батарей 6СТ-190 ТР, заряженных на 75 % от номинальной емкости.

Пуск карбюраторного двигателя проводили от одной аккумуляторной батареи 6CT-90 заряженной на 75% от номинальной емкости. Питание дизеля осуществляли товарным зимним топливом марки «ДЗ», карбюраторного двигателя – товарным бензином А-76. Систему охлаждения двигателей заправляли тосолом А-40.

Испытания проводили в три этапа:

I этап: проверка пусковых качеств испытуемых двигателей: дизельного при температуре -12 ° С (в соответствии с ОСТ.37.006052-87), карбюраторного при -15 ° С (в соответствии с инструкцией по эксплуатации автомобиля ЗИЛ-130, т.к. двигатель разработан и поставлен на производство до выхода данного ОСТа).

II этап: заливка в моторное и трансмиссионное масло модификатора в количествах: 0,5 %.

Двигатели и КПП предварительно были прогреты до рабочих температур. Обкатка двигателей на стенде в объеме 10 ч, причем обкатку дизеля проводили при его работе на холостом ходу; обкатку карбюраторного двигателя проводили от электробалансирной машины.

• I II этап: определение предельной температуры пуска двигателей после ввода модификатора и проведения обкатки.

Контролируемые параметры при испытаниях:

• • температура окружающего воздуха в холодильной камере, ° С ;

• • температура охлаждающей жидкости, ° С ;

• • температура масла в поддоне двигателя, ° С;

• • температура масла в КПП, ° С ;

• • температура электролита аккумуляторных батарей, ° С ;

• • температура стенки цилиндра двигателя, ° С ;

• • частота вращения двигателя стартером при пуске, об/мин;

• • ток в цепи стартера, А .

Для измерения контролируемых параметров использовали подсистему измерения температуры: тип 3487, фирма «YEW», способ измерения – хромель-копелевые ТХК-термопары; предел измерения: — 60 ^ +150 ° С ; точность измерения: ± 0,1 ° С ;