автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Исследование и разработка экологически улучшенного масла для двухтактных бензиновых двигателей

Введение.

Глава 1 Проблемы разработки масел для двухтактных бензиновых двигателей (Литературный обзор).

1.1. Требования к маслам для ДТБД

1.2. Дымление ДТБД - источник повышенной экологической опасности.

1.3. Методы снижения дымления и нагарообразования для ДТБД.

1.4. Влияние вязкости базового компонента на основные эксплуатационные свойства масла.

1.5. Методы оценки свойств масла для ДТБД.

1.6. Эффективность использования малых концентраций моюще-диспергирующих присадок к маслам для ДТБД.

1.7. Моторные испытания масел для ДТБД и развитие классификации.

Глава 2 Объекты и методы исследования.

2.1. Материалы.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Физико-химические свойства.

2.2.1.1. Стандартные методы

2.2.1.2. Нестандартные методы

2.2.1.2.1. Термическая стабильность.

2.2.1.2.2. Электропроводность

2.2.1.2.3. Электродный потенциал.

2.2.2. Эксплуатационные свойства

2.2.2.1. Оценка смазочной способности в лаборатории.

2.2.2.2. Оценка смазочной способности на двигателе.

2.2.2. Экологическая безопасность. Количественное определение сажеобразования.

Глава 3. Разработка масла для ДТБД.

3.1. Подбор базовой основы масла для ДТБД.

3.2. Исследование свойств масла М-14в расширенном температурном диапазоне.

3.3. Исследование термической стабильности масла Мс алкилфенолятами различной щелочности.

3.4. Подбор композиции моюще-диспергирующих присадок

3.5. Повышение смазочной способности разрабатываемого масла.

Глава

4.1. Сравнение разработанного масла для ДТБД с некоторыми товарными маслами отечественного и импортного производства аналогичного назначения.

4.2. Результаты квалификационных испытаний разработанного масла для ДТБД.

Глава 5 Изучение оптимальности состава товарных масел для

ДТБД.

Благодаря своей компактности, незначительной массе, высоким удельным нагрузкам, простоте обслуживания, нетребовательности к топливу двухтактные бензиновые двигатели (ДТБД) находят широкое применение в качестве привода для легких транспортных средств -мотоциклов, мотороллеров, снегоходов, лодок, - а также генераторов, бензопил, насосов, буров и другой малогабаритной техники [1,7,8].

В странах СНГ по данным на начало 90-х годов имелось в эксплуатации около 17 млн. ед. различных по конструкции и назначению ДТБД отечественного производства. Наибольшее распространение получили мотоциклы и мопеды (около 60% общего числа), бензопилы (около 15%), подвесные лодочные моторы (около 10%) [1]. И хотя данных о количестве ДТБД к концу 90-х в литературе не найдено, можно с уверенностью предположить, что парк таких двигателей не только не сократился, но и существенно вырос в основном за счет малогабаритной техники, применяемой в фермерских хозяйствах и загородном малоэтажном строительстве. Обеспечение такого большого парка техники с ДТБД достаточным количеством смазочных масел является серьезной проблемой для промышленности по производству масел.

За рубежом для смазки ДТБД применяют специально для них разработанные масла, при этом средний удельный расход масла на один двигатель в год за рубежом составляет 5,2 кг, а в России - 17 кг[1]. Это происходит потому, что у нас в ДТБД сгорают, как правило, моторные масла, содержащие в своем составе дорогостоящие присадки, предназначенные для обеспечения длительной работы масел в четырехтактных автомобильных, тракторных, авиационных и других двигателях. Такое нерациональное использование моторных масел неэкономично, и кроме этого ведет к ухудшению работы двухтактного двигателя по ряду показателей, в том числе и экологической безопасности, так как эти масла не соответствуют требованиям, которые предъявляются к маслам для ДТБД. Например, специальное изучение пригодности для ДТБД масел, выпускаемых по военным спецификациям, показало, что ни одно из этих масел не отвечает предъявляемым требованиям, так как вызывают высокое нагарообразование на деталях цилиндро-поршневой группы или забивание электродов свечей зажигания. Цель работы:

- обосновать и экспериментально опробовать методологию разработки масла для двухтактных бензиновых двигателей;

- разработать масло для ДТБД с улучшенными экологическими характеристиками.

Научная новизна

- впервые установлено, что зависимости от температуры коагуляции дисперсной фазы, образующейся в результате термолиза нефтяных масел, в объеме и на поверхности металла симбатны; впервые показано, что антинагарное действие алкилфенольных присадок связано с постадийным процессом их разложения в объеме масла и взаимодействием с поверхностью металла;

- экспериментально установлено, что эффективность антинагарного и антидымного действия щелочных присадок к маслам и топливам связано с положением катиона присадки в ряду напряжений.

Практическая значимость:

- разработано и испытано на двигателях и получило допуск к производству и применению масло для ДТБД;

- разработана, опробована и рекомендована к применению методология создания и оценки качества масел к ДТБД.

Основные выводы

1. Разработано масло для ДТБД с уменьшенным содержанием присадок, что позволяет рассчитывать на экологическую и экономическую целесообразность его производства и применения. Масло прошло квалификационные испытания и получило допуск к применению и производству на ПО "НАФТАН".

2. Предложен, научно обоснован и экспериментально опробован научный подход к разработке масел для ДТБД.

3. Впервые показано, что при термообработке испытуемого масла одновременное измерение изменения оптической плотности масла и электродного потенциала стержня, перемешивающего масло, позволило установить, что процесс коагуляции дисперсной фазы в объеме масла и на металлической поверхности протекает синхронно.

4. Измерение оптической плотности в процессе термообработки нефтяных масел дает возможность оценивать экологичность масел для двухтактных бензиновых двигателей по степени накопления дисперсной фазы - предшественника образования сажи и нагара.

5. Впервые изучено антинагарное действие алкилфенольных присадок с разными катионами разной степени карбонатации в температурном диапазоне 160 - 240 °С. Выделено несколько стадий их разложения. Показаны особенности механизма их действия.

6. Показано, что товарные масла для ДТБД в целом содержат избыток присадок, в связи с чем необходимо вести работы по сокращению концентрации пакета присадок к ним до оптимальных значений.

1. Мещерин Е.М., Островская М.Е. Масла для двухтактных бензиновых двигателей. Тематический обзор ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, Москва, 1989 г.,-72 с.

2. Sheaffer В., Blair G., Lassanske G. Two-Stroke Engines. 1998. -706p.

3. Emission in Two-Stroke and Small Four-Stroke Engines. Paperbound. -1988.-140 p.

4. Lenz H., Gozzarini Gh. Emissions and Air Quality. Paperbound. -1999. -140 p.

5. Мещерин E.M., Островская М.Е, Малеев В.Е. //Двигателестроение,-1986 г.-№4-с. 42-45.

6. Шор Г.И. Механизм действия и экспресс-оценка качества масел с присадками. Тематический обзор ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, Москва, 1996 г.,-109 с.

7. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых комбинированных двигателей. /Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. -М., Машиностроение, 1980. 464с.

8. Гинзбург М.Г. Устройство и обслуживание мотоциклов М., ДОСААФ, 1972.-249с.

9. Печатин А.А. Моторы маломерных и спортивных судов. М., ДОСААФ, 1976. - 182с.

10. Башкатова С.Т. Присадки к дизельным топливам. М.; Химия -1994г., -256с.

11. П.Савельева О.И. Синтез и исследование антидымных присадок и композиций на их основе. Автореферат дис. канд. техн. наук. М., 1997.

12. Ховах М.М. Исследование процесса сажеобразования при сгорании дизельных топлив. /Дис.канд.тех.наук. -М., 1975. -177 с.

13. Вишнякова Т.П. Антидымные присадки к дизельным топливам. М. -ЦНИИТЭнефтехим, 1990. -55 с.

14. Данилов A.M. Улучшение экологических характеристик топлив при помощи присадок. //ХТТМ. -1990. -№6. -с.31-33.

15. Diesel Aftertreatment. Soft Cover, 192 pp.

16. Diesel and Gasoline Performance and Additives. Soft Cover, 2000. -396pp.

17. Пат. №3405065, США кл.255-57, 1968.

18. Хироси Мацуя //Дзидося гидзюцу. 1972. - Т.26, №10. - с. 1206 -1211.

19. Скобликов А.С., Минеев А.И., Басс Б.А. Свечи зажигания искровые для двигателей внутреннего сгорания. М., НИИНавтопрм. - 1972. -27с.

20. Заявка Японии №56-50394, кл.НО IT 13/20, 13/46, 1981.

21. Пат. №4267482 США, кл. 313/147 (НО IT 13/30), 1981.

22. Пат. №4250426 США, кл. 313/143 (НО IT 13/30), 1981.

23. Шор Г.И. и др. //Бюллетень изобретений №28, 1969,- А.с. 251799 СССР.

24. Godfrey D., Herguth W.R. Physical and Chemical Properties of Industrial Mineral Oils Affecting Lubrication. P.4 //Lubrication Engineering. -December 1995. - pp. 977-979.

25. Сюняев З.И., Сафиева P.3., Сюняев Р.З. Нефтяные дисперсные системы. М.: Химия, 1990. - 226с.

26. Унгер Ф.Г., Андреева А.Н. Парамагнетизм нефтяных дисперсных систем и природа асфальтенов. Томский филиал СО АНСССР. -Томск, 1986 г.

27. А.с. №223393 ЧССР, кл. С ЮМ ЗЛО, 1982.

28. Новинки зарубежного моторостроения. //Катера и яхты. Л., Судостроение, 1978. - №4(74). - С.58-63

29. Фишбейн Е.И., Свиридов Н.С //Катера и яхты. П., Судостроение, 1979.-№3(79).-С.60-63

30. Мещерин Е.М., Островская М.Е., Малеев В.Е. //Двигателестроение. -1986. №4. - с.42-45.

31. Пат. №3800170 США, кл. 313/318 (НО IT В/13/19), 1974.

32. Marco Nuti. Emission from Two-Stroke Engines. -Hardbound. -1998. -200 p.

33. Caines A., Haycock R. Automotive Lubricants Reference Book. -Hardcover. -1996. -608 p.9LUop Г.И., Матвеевский P.M., Лихтеров С.Д. и др. II Трение и износ, 1985. Т.6, №2. - С.255-260.

34. John В. Heywood, Sher Е. The Two-Stroke Cycle Engine. //Its Development, Operation and Design. -Hardbound. -1999. -451 p.

35. Тада Т., Фурухама С. Образование нагара на поршнях двухтактных мотоциклетных двигателей. "Дзюнкацу" Т8, №6, 1963. - с.397-402.

36. Фудзимото Ё. Исследование проблем смазки двухтактных двигателей. Влияние присадок и основного смазочного масла на чистоту камеры сгорания. "Дзюнкацу" Т14, №4, 1969. - с. 173-179.

37. Папок К.К. и др. //ХТТМ. 1977. - №7. - с.3-7

38. Пат. №3544466, США кл.252-46.7, 1970.

39. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник. / Под ред. Школьникова В.М. / М., "Техинформ", 1999.-601с.

40. Саблина З.А., Гуреев А.А. Присадки к моторным топливам. М., Химия, 1977. - 253с.

41. Сугиура К. //Дзидося гидзюцу. 1972. Т.26, №2 - с.206-211

42. Пат. №3296133, США кл.252-46.7, 1967.

43. Пат. №3310492, США кл.252-51.5, 1967.

44. Пат. №3357920, США кл.252-499, 1967.

45. Пат. №3405065, США кл. 255-57, 1968.

46. Lubrizol Intern. Lab.// Report of Two Stroke Lubricants formulated. 1984. - March.

47. Кършев Б., Цонев М., Танчев П. //Годишник за научно исслед. институт на нефтепер. и нефтехимия. - НИИНН. - София: Техника, 1968.

48. Казакова Л.П., Крейн С.Э. Физико-химические основы производства нефтяных масел. М., Химия, 1978.

49. Исаенко Ю.К. Разработка метода оценки и исследования противозадирных свойств масел с присадками на двухтактных бензиновых двигателях: Дис.канд.техн.наук. М., 1972. - 140с.

50. Загородний Н.Г. Исследование моторных свойств масел и присадок для двухтактных двигателей: Дис.канд.техн.наук. М.,1972. - 120с.

51. Филлипов В.Д., Исаенко Ю.К.// Мотовелопромышленность. 1971. -Вып 4. - С.14-17.

52. Фукс Г.И. Коллоидная химия нефти и нефтепродуктов. М., Знание,1984.-64с.

53. Лашхи В.Л., Фукс И.Г. Коллоидная стабильность композиций присадок в смазочных маслах. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1988. - 72с.

54. Шор Г.И., Климов К.И., Лапин В.П. и др.//ХТТМ. 1977. - №8,- с.48-52.

55. Рамайя К.С. Труды НАМИ. -М. 1949. -Вып.55. -50 с.

56. Шор Г.И., Матвеевский P.M., Лихтеров С.Д. и др. // Трение и износ,1985. Т.6, №2. - С.255-260.

57. Шор Г.И., Матвеевский P.M., Лихтеров С.Д. и др. // Трение и износ, 1987.-Т.8, №2. С.325-329.

58. Шор Г.И., Лихтеров С.Д., Ваванова Л.А. //Химия и технология топлив и масел, 1989. №12. - С.16-21.

59. Шор Г.И., Трофимова Г.Л., Иванова О.В. и др. //ХТТМ, 1986. №10. -С.35-37.

60. Шор Г.И., Кюрегян С.К., Мещерин Е.М. и др. //ХТТМ 1989 г. - №10. -С.13-16.

61. Трофимова Г.Л. и др.// Труды ВНИИНП. -1992. -Вып.67. -с. 124-129.

62. Серегин Е.П. Перспективы улучшения экологических свойств топлив и масел для поршневых двигателей. Труды 25 ГосНИИ МО РФ, М; 25 ГосНИИ, 1998, вып. 51, с. 45-52.

63. Шор Г.И. //Нефтепереработка и нефтехимия. -1995. -№10. -с.26-29.

64. Григорьев М.А., Бунаков Б.М., Долецкий А.В. Качество моторного масла и надежность двигателей. М., Изд-во Стандартов, 1981. -231с.

65. Благовидов И.Ф., Заславский Ю.С., Каржев В.И., Морозова И.А., Шор Г.И. О некоторых особенностях механизма моющего действия сукцинимидов. //ХТТМ. -1968. -№6.

66. Фалькович М.И. Испаряемость базовых моторных масел и экология. //Нефтепереработка и нефтехимия, ЦНИИТЭнефтехим. 1998, №8, с. 41-45.

67. Лашхи В.Л., Виппер А.В., Шор Г.И. Механизм моющего действия масел с присадками.// ХТТМ. -1977. -№12. -с.39-41.

68. Мещерин Е.М., Островская М.Е., Борщевский С.Б., Шабанова Е.Б. //ХТТМ. 1982. - №9. - с. 18-20

69. Филиппов В.Ф., Загородний Н.Г. //Мотовелопромышленность, научно-технический сборник. М., НИИНавтопром, 1970. - №4. - с.4-6.

70. Чиняев В.Т. Устройство и техническое обслуживание мотоциклов. -М., ДОСААФ, 1979.-147с.

71. Лосиков Б.В., Виппер А.Б., Виленкин А.В. Зарубежные методы испытания моторных масел в двигателях. -М, Химия. -1966. -263 с.

72. Ohgake В., Hidaka T.//SAE Prep. -1973. -No 720452 20pp.

73. По техническим инструкциям "Shell"

74. Мещерин Е.М., Резников В.Д. //Двигателестроение. 1981. - №2. -с.55-58.

75. Donrelaar P. VAN In: 10th Intern. Colloquium "Tribology - Solving Friction and Wear Problems". 9-11 Jan. 1996, Esslingen. - Supplement. -pp. 99-109.

76. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М., Транспорт, 1979. - с. 144 -147.

77. Мещерин Е.М., Патрушев А.И., Островская М.Е., Невмержицкий В.Н. //Лесоэксплуатация, научно-технический сборник. 1984. - №6

78. Лихтеров С.Д., Шор Г.И., Лапин В.П. и др.//ХТТМ. -1980. №1. -с.43-45.

79. Толстова Г.В., Шор Г.И., Энглин Б.А. и др.//ХТТМ. 1980. - №2. -с. 3841.

80. Шор Г.И., Лихтеров С.Д. и др. //ХТТМ. -1986. -№3. -с.6-8.

81. Шор Г.И., Лапин В.П., Евстигнеев Е.В. Электрические явления при трении, резании и смазке твердых тел /Под ред. М.М. Хрущева и др. -М., Наука, 1973. с.41-48.

82. Дейнега Ю.Ф. и др.//Коллоидный журнал. -1960. -Вып.1 -Т. XXII. -с. 16-22.

83. Благовидов И.Ф., Лапин В.П., Шор Г.И. Исследование некоторых функциональных свойств масел с присадками путем измерения электрических потенциалов, возникающих на границе раздела металл масло.//ХТТМ. -1969. -№5. -с.45-49.

84. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. -М., Химия. -1976. -512 с.

85. Григоров О.Н. Электрокинетические явления. Изд-во ЛГУ, 1973. -168с.

86. Шор Г.И., Лапин В.П.// Электрические явления при трении, резании металлов. Наука, 1969. -с. 108-115.

87. Лапин В.П. Исследование некоторых эксплуатационных свойств масел с присадками электрометрическим методом. /Дис. канд.тех.наук.-М., 1970. -154с.

88. Берск Дж. Б., Шуллман Дж. Т. Прогресс в области диэлектриков. -Т.1.-Госэнергоиздат, 1962.

89. Левин А.И. Теоретические основы электрохимии. Металлургиздат, 1963.

90. Заславский Ю.С., Шор Г.И. Исследование стабильности растворов присадок в маслах по их электропроводности.// ХТТМ. -1961. -№1. -с.52-54.

91. Шор Г.И., Благовидов И.Ф., Лапин В.П.//ХТТМ. -1971. -№6. -с.26-30.

92. Asadauskas S., Perez J.M., Duda J.L. Oxidative Stability and Antiwear Properties of High Oleic Vegetable Oils. // Lubrication Engineering. Vol. 52. - December 1996. - pp. 877-882.

93. Фукс Г.И., Евдокимов А.Ю., Лашхи В.П.,Сайдахамедов Ш.М. Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов. М, Нефть и газ. -1993. -164 с.

94. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Багдасаров Л.Н. Смазочные материалы на основе растительных и животных жиров. М., ЦНИИТЭИМС. -1992.-48с.

95. Шор Г.И., Фукс И.Г. Константин Сергеевич Рамайя// Ученые-химмотологи. -Вып. 16. -М, Нефть и газ. -1998. -26с.

96. Шор Г.И., Заславский Ю.С., Морозова И.А., Рябова Д.В. Электрохимические аспекты механизма действия моющих присадок к моторным маслам.// ХТТМ. -1962. -№8. -с.58-66.

97. Шор Г.И., Заславский Ю.С., Морозова И.А. Исследование размеров и зарядов частиц, определяющих моющее действие присадок.// ХТТМ. -1965.-№4. -с.55-61.

98. Главати О.Л. Физико-химия диспергирующих присадок к маслам. -Киев., Наукова думка, 1989. -184 с.

99. Шор Г.И. и др.// Труды ВНИИНП. -1992. -Вып.67. -с.110-115.

100. Рамайя К.С. Присадки к смазочным маслам. М.-Л., 1946. -с.6-36.

101. Фукс Г.И.// Трение и износ, 1983. -Т.4, №8. -с.398-414.13

102. Межведомственная комиссия по допуску к производству иприменению топлиа, масел, смазок и специальных жидкостей (Создана Постановлением Госстандарта России №3 от 6.03.96 г.)1. ДОПУСКк' производству и применению1160/241Р от "18 "октября 1999 г.

103. Основанием для решения о допуске является рекомендация Рабочей группы научной экспертизы (РГНЭ) по маслам моторным (протокол № 4/99 от 07.10.99 г.)наименование рабочей группы научной экспертизы,номер протокола, дата заседания РГНЭ

104. Юридический адрес предприятия-изготовители продукта продукта ПО «Иафтан», 211440, Республика Беларусь, Витебской обл., г. Новополоцк

105. ПРЕДСЕДАТЕЛЬ МЕЖВЕДОМСТВЕННОЙ КОМИССИИ