Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0095

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0095
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
Название доклада
Разработка концепции и базовой энергосберегающей технологии в силовых и трансмиссионных узлах транспортных средств способами трибохимической обработки
Докладчик
Пономаренко Анатолий Григорьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Реализация проекта направлена на решение проблемы повышения энергоэффективности и экономичности силовых и трансмиссионных узлов транспортных средств путем существенного снижения потерь на трение.
Целью реализуемого проекта является создание базовых технологий получения смазочных материалов с улучшенными триботехническими характеристиками, реализующих низкие потери на трение и обеспечивающих повышение энергоэффективности и экономичности силовых и трансмиссионных узлов транспортных средств.
Актуальность и новизна исследования
Известно, что почти одна шестая часть энергии, вырабатываемой из автомобильного топлива, идет на преодоление потерь на трение. Снижение потерь на трение внутри двигателя автомобиля лишь на 1 % может привести к ежегодной экономии 1 миллиарда литров топлива во всем мире.
Принципиальное решение проблемы снижения потерь на трение может стать одной из основных энергосберегающих технологий модернизации двигателей внутреннего сгорания, многочисленных узлов трансмиссий транспорта и технологического оборудования промышленных предприятий, находящихся в эксплуатации, а также вновь создаваемых.
Во многих странах с развитым автомобилестроением – США, Германии, Франции, Японии, Китае, Южной Корее ведутся интенсивные работы по повышению энергоэффективности смазочных материалов для двигателей внутреннего сгорания и трансмиссий с целью повысить экономичность транспорта и обеспечить снижение расхода топлива за счет уменьшения потерь на трение.
Существующая в мире потребность энергосбережения для легкового и грузового автотранспорта, сельхозтехники и других областей применения ДВС и редукторов инициирует дальнейшие исследования в области смазочных материалов, новые поколения которых появляются все чаще. Однако информация о составе и принципах действия новых смазочных материалов, а также об их эффективности, становится все более закрытой из-за высокой конкуренции между ведущими фирмами.

Описание исследования

Наиболее быстрым и эффективным способом повышения качества и энергосберегающих свойств смазочных материалов является разработка концентратов присадок к базовым моторным и трансмиссионным маслам, производимых отечественной промышленностью и технологии их применения. Для этого будут использованы наши наработки в области реализации эффекта «избирательного переноса» или «безызносного трения» с Российским приоритетом и в малой степени исследованным зарубежными учеными.

Многолетние исследования трибохимических процессов формирования поверхности трения из сочетания компонентов в составе масел показали, что наличие сложных эфиров позволяет получить трибополимерную пленку, снижающую коэффициент трения в 10 и более раз. Для повышения адгезии пленки и нагрузочной способности масел в их состав вводят координационные соединения переходных металлов – меди, никеля, цинка, кобальта и молибдена. Управлять трибохимическими процессами на определенных стадиях можно введением дополнительного компонента – лиганда, способного образовывать координационные соединения как с железом – основой трущегося металла, так и с переходными металлами. Предлагаемое сочетание компонентов концентратов присадок позволяет использовать процесс трения как инициатор трибополимеризации. При этом пленка образуется только на поверхностях трения, не допуская лакообразования и обеспечивающая высокую нагрузочную способность за счет прочной связи с металлом активного комплексообразователя, введенного в состав композиции.
В результате оптимального подбора ингредиентов на поверхностях трения образуется тонкая пленка трибополимера в виде геля, обладающая способностью к самовосстановлению и значительно снижающая коэффициент трения, что является наиболее важной характеристикой для энергосберегающих масел. Пленки на поверхностях трения были исследованы методами оптической, растровой электронной и сканирующей зондовой микроскопии, ИКС НПВО, рентгенофлуоресцентного анализа.

Концентраты присадок на основе координационных соединений переходных металлов и трибохимически активных сложных эфиров не имеют аналогов в научно-технической и патентной литературе, способны при определенных условиях образовывать трибополимерную пленку, с включенными в её структуру наноразмерными частицами переходных металлов.
Проведены исследования антифрикционных пленок, образующихся в результате трибохимических процессов на поверхностях трения. Методом рентгенофлюоресцентного  анализа доказано наличие переходных металлов меди и молибдена в составе пленок. Установлено влияние химического состава лигандов и сложных эфиров на смазочные характеристики модифицированных моторных и трансмиссионного масел.

Проведены лабораторные, стендовые и натурные испытания разработанных концентратов присадок.

Результаты исследования

Разработаны концентраты присадок КП-6 и КП-7 на основе координационных соединений молибдена и меди, содержащие лиганды различного химического состава, которые снижают коэффициент трения масел в 7,5-12 раз и повышают нагрузочные характеристики в 2,1-2,5 раз. Разработаны концентраты присадок КПн-8 и КПн-9 с нанопорошками молибдена и меди и новыми функциональными добавками, участвующими в процессах формирования антифрикционных пленок на поверхностях трения, снижающие  коэффициент трения в 8-11 раз и повышающие нагрузочные свойства масел в 2,1-2,8 раза.

По результатам испытаний на стенде с бензиновым двигателем концентрат присадок КП-6 в масле М10Г2ЦС снижает расход топлива на 7,5-9,8%, а КПн-9 в масле 10W40 на 8,9-16 %. В то же время использование концентрата присадок КПн-9 требует решения ряда технологических проблем и обладает высокой себестоимостью, поэтому для проведения натурных испытаний на легковых и грузовых автомобилях рекомендовано применять концентрат присадок КП-6.

Испытания, проведенные на стенде с четырехцилиндровым двигателем 4Ч8,2/7,1 показали, что удельный расход бензина снижается до 9,2-9,9 % для разных вариантов масел в диапазоне мощностей 6-22 кВт. Эти результаты подтверждаются одновременным уменьшением температуры отработавших газов в выпускном трубопроводе на 11-17 С для наиболее эффективных концентратов присадок.

Интересные результаты получены на стенде с ДВС Subaru EJ-25, нагруженным винтом самолета "Шмель". Замеры мощности на валу при изменении нагрузки углом установки лопастей воздушного винта показали, что при использовании масла, модифицированного концентратом присадок КП-6, повышает мощность двигателя на 10 % (12 л.с.) в диапазоне 4600-7300 об/мин.

Испытания на стенде с одноцилиндровым ДВС 1Ч6,8/5,5 также зарегистрировали уменьшение расхода топлива до 10,8%. Для наиболее эффективных присадок наблюдалось увеличение компрессии с 28 до 32 атм.
По результатам стендовых испытаний модифицированных трансмиссионных масел, введение концентрата присадок КП-7 снижает потери на трение до 72%. Для моста грузового автомобиля КАМАЗ КПД повышается с 88 % до 95% при использовании масла, модифицированного концентратом КП-7.

По результатам испытании на автомобиле УАЗ Патриот установлено снижение расхода топлива на скорости 90 км/час на 12,6 % после 1600 км пробега и на 15,5 % при совместном использовании модифицированного моторного и трансмиссионного масел после 7328 км пробега. Прирост мощности на колесах составил 2%.

По результатам натурных испытаний было установлено улучшение показателей работы двигателей внутреннего сгорания по следующим показателям: расход топлива уменьшился на 7,25-10,7%; уровень акустической эмиссии снизился на 0,5-12,1%; объемная доля СО в выхлопных газах уменьшилась на 12,5-96%; объемная доля СН в выхлопных газах уменьшилась на 45-92%; уменьшение рабочей температуры двигателя на 6-29%; увеличение компрессии в цилиндрах до 10%, кроме того, наблюдалось выравнивание компрессии по всем цилиндрам двигателя до одного уровня.
Натурные испытания модифицированных трансмиссионных масел проведены на легковом и грузовом автотранспорте. Установлено, что при использовании масла, модифицированного концентратом КП-7, наблюдается снижение уровня акустической эмиссии на 1,8-5,5 %, снижение температуры трансмиссии на 7,3-10,4%.

Практическая значимость исследования
Разработанная концепция и базовая технология изготовления нового класса смазочных материалов, формирующих на поверхностях трения трибополимерную пленку в течение 1000-2000 км пробега, в результате чего реализуются низкие потери на трение и обеспечивающих повышение энергоэффективности и экономичности силовых и трансмиссионных узлов транспортных средств позволит добиться:
- снижения расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания на 7-10%, повышения их реальной мощности на 4-10%;
- снижения потерь на трение в узлах трансмиссии на 50-70%, повышения КПД до 95 %.
Применение энергоэффективных смазочных материалов обеспечивает улучшение экологических характеристик двигателей внутреннего сгорания - снижается уровень СО и СН в выхлопных газах автотранспорта.
Области применения присадок КП-6 и КП-7 - это прежде всего двигатели и трансмиссии автотранспорта – легковых и грузовых автомобилей, автобусов, строительных и дорожных машин, тракторов, сельхозтехники, судовых двигателей, бытовой техники с ДВС, бензиновые и дизельные генераторы и т.п.
Перспективным является применение разработанных концентратов присадок в ДВС малой авиации и беспилотных летательных аппаратов.