автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование систем очистки масла в автомобильных двигателях

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ— «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ)»

На правах рукописи УДК 621.431,73-73

РГ5 Ом 2 8 НОН 2800

ВОЛКОВ ВЛАДИМИР ИГОРЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ОЧИСТКИ МАСЛА В АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Специальность: 05.04.02 — Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 2000

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ-ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ И АВТОМОТОРНЫЙ ИНСТИТУТ (НАМИ)»

На правах рукописи УДК 621.431.73-73

ВОЛКОВ ВЛАДИМИР ИГОРЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ОЧИСТКИ МАСЛА В АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Специальность: 05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 2000 -

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Федеральном государственном унитарном предприятии Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАМИ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

Засл. деятель науки и техники РФ М.А. Григорьев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Засл. деятель науки и техники РФ В.П. Коваленко

Ведущее предприятие - ОАО «КамАЗ»

Защита состоится «28» июня 2000г. в 14® часов на заседании диссертационного совета Д 161.01.01 в Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАМИ) по адресу: 125438, Москва, Автомоторная ул.,2, в конференц-зале корпуса А, 3-й этаж.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НАМИ.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по указанному выше адресу.

Автореферат разослан «23» УЪ/0~~Я 2000г.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Г.А. Смирнов

Ученый секретарь диссертационног совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В настоящее время во всех странах с развитым автомобилестроением вопросам совершенствования автомобильных двигателей уделяется особенно большое внимание.

Непрерывное повышение удельных мощностных показателей двигателей, применение турбонаддува повысило напряженность работы пар трения и их чувствительность к абразивным загрязняющим примесям. Обеспечение необходимого ресурса и надежности двигателей, применение моторных масел с высоким уровнем эксплуатационных свойств, дающих высокую дисперсность основной массы загрязняющих примесей, предт.являют повышенные требования к системам очистки масла двигателей.

В связи с этим, работа по совершенствованию систем очистки масла, включающая в себя оптимизацию гидравлических и конструктивных параметров агрегатов и узлов систем очистки, повышение эффективности фильтров и очистителей, а также унификацию ее элементов для обеспечения максимального технико-экономического эффекта при минимизации затрат в производстве и эксплуатации, является актуальной.

Цель работы. Повышение эффективности очистки моторного масла и надежности защиты пар трения двигателя от загрязняющих примесей путем совершенствования конструкций фильтров, использования новых фильтровальных материалов, разработки и применения комбинированных систем очистки, обеспечивающих снижение концентрации загрязняющих примесей, износа деталей двигателя и улучшение физико-химических показателей моторного масла.

Научная новизна. Разработан новый метод ускоренных моторно-стендовых испытаний комбинированных систем очистки моторного масла ДВС. Дана количественная оценка вероятности попадания частиц загрязнений в пары трения и определена надежность их защиты при различных системах очистки масла и режимах работы двигателя. Разработаны математические модели, позволяющие оптимизировать параметры полнопоточных и частичнопоточных масляных фильтров. Разработан комбинированный загрязнитель, близкий по составу к естественному, позволяющий сократить время проведения испытаний и повысить их достоверность. По результатам исследований получены 3 авторских свидетельства и патент РФ.

Практическая полезность. Проведенные исследования показали высокую эффективность комбинированных систем очистки моторного масла, включающих полнопоточные фильтры с элементами из материалов с высокой пропускной способностью и частичнопоточные фильтры с бумажными и синтетическими фильтрующими элементами, обеспечивающими снижение концентрации загрязняющих масло примесей до 2,5 раз,

уменьшение в 1,4 — 1,6 раза загрязненности деталей ЦПГ и значительное снижение износа пар трения двигателей. Унифицирован фильтровальный материал полнопоточных масляных фильтров автомобильных ДВС.

Реализация работы. Разработаны технические требования к комбинированной системе очистки масла, определена оптимальная тонкость отсева фильтровального материала полнопоточного и частичнопоточного фильтров, учитывающая современный уровень качества моторных масел и высокую дисперсность загрязняющих примесей. Результаты проведенных исследований легли в основу ОСТ 37.001.417 «Фильтры тонкой очистки автомобильных, тракторных и комбайновых двигателей. Общие технические условия», РД 37.001.690 «Системы очистки масла автомобильных, тракторных и комбайновых двигателей. Метод испытаний» и реализованы в конструкции комбинированной системы очистки масла перспективных двигателей КамАЗ, включающей полнопоточные и час-тичнопоточные бумажные фильтры.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международных, всесоюзных и республиканских научно-технических семинарах, конференциях и симпозиумах: «Практика улучшения очистки воздуха, масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания», Саратов, 1987г.; «Современные конструкции и перспективы развития систем фильтрации с целью повышения ресурса автотракторных ДВС», Ленинград, 1991г.; «Конверсия производства деталей двигателей внутреннего сгорания», Харьков, 1991г.; «Теория и практика рационального использования горючесмазочных материалов в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении», Челябинск, 1991г.; «Влияние качества нефтепродуктов на экономичность, надежность и долговечность работы машин и механизмов», Москва, 1986г.; «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа», Москва, 1999г.; научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ и НАМИ.

По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы, в том числе 3 авторских свидетельства и патент РФ, получена бронзовая медаль ВДНХ СССР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, изложена на 210 стр., содержит 99 рис., 66 табл., библиографию из 86 наименований и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, научная новизна и практическая полезность, даны сведения о ее реализации и апробации.

Первая глава посвящена обобщению отечественного и зарубежного опыта и анализу состояния вопроса. Загрязнение моторного масла продуктами его окисления, неполного сгорания топлива, частицами износа пар трения и посторонними примесями идет в двигателе непрерывно и

зависит от множества факторов, таких, как качество масла, вил топлива, конструкция двигателя, режимы его работы и эксплуатации. Надежная работа двигателя и длительный срок службы масла невозможны без применения эффективных систем его очистки. Однако количественные оценки влияния узлов и агрегатов, входящих в систему очистки, и способов их включения на физико-химические показатели моторного масла, сроки службы фильтрующих элементов, уменьшение загрязнения масла, деталей двигателей и снижение износа пар трения, получаемые разными исследователями, существенно отличаются ввиду различных и недостаточно совершенных методов исследования.

Создание эффективных систем очистки моторного масла основывается на знании и применении основ теории расчета фильтровальных систем, анализе особенностей конструкции полнопоточных, частичнопоточ-ных и комбинированных фильтров и очистителей, определении оптимальных фильтрующих материалов и схем их включения. Вместе с тем в известных исследованиях отсутствует сравнительная оценка возможности применения в полнопоточных масляных фильтрах унифицированного фильтровального материала с высокой пропускной способностью и эффективностью очистки.

Одним из основных показателей эффективности работы систем очистки масла является надежность защиты пар трения двигателя от загрязняющих примесей. В то же время недостаточно систематизированы данные о фракционных коэффициентах отсева полнопоточных фильтров, центрифуг и частичнопоточных фильтров при различных скоростных и температурных режимах работы двигателя, вязкости масла, размерах частиц загрязняющих примесей и их плотности.

В комбинированных системах очистки масла используются различные фильтровальные материалы и варианты конструкций полнопоточных и частичнопоточных масляных фильтров. Вместе с тем отсутствуют перечень и анализ основных технических решений по частичнопоточным фильтрам и требования, которые предъявляются при выборе исходного сырья для изготовления фильтрующих элементов для обеспечения оптимальных показателей по гидравлическому сопротивлению, тонкости и полноте отсева, механической прочности, масло- и водостойкости, доступности и стоимости.

Комбинированные системы очистки масла в сравнении с полнопоточными в принципе обеспечивают значительное снижение в масле загрязняющих примесей и увеличение его срока службы, а также увеличивают продолжительность работы фильтрующих элементов полнопоточных фильтров и снижают иагаро- и лакообразование на деталях поршневой группы. Наряду с этим, недостаточно определено количественное влияние комбинированных систем очистки масла на износ деталей двигателя и физико-химические показатели моторного масла при проведении

стендовых испытаний двигателей, как наиболее достоверного способа испытаний.

В связи с эти в настоящей работе поставлены следующие задачи:

- обобщить отечественный и зарубежный опыт по методам исследований и особенностям конструкций систем и агрегатов очистки масла автомобильных ДВС;

- разработать комбинированный загрязнитель, близкий по своему качественному и количественному составу к естественному, для лабораторного метода оценки фильтрующих материалов полнопоточных фильтров;

- разработать метод моторно-стендовых испытаний систем очистки масла, позволяющий дать достоверную оценку влияния агрегатов системы очистки на износ и загрязнение деталей, физико-химические показатели моторного масла и сроки службы фильтрующих элементов;

- определить и обосновать возможность использования в полнопоточных масляных фильтрах автомобильных двигателей унифицированного фильтровального материала, обеспечивающего большие сроки службы и показатели эффективности;

- оценить надежность защиты пар трения двигателя на различных режимах работы с различными системами очистки масла, включающими полнопоточные фильтры, частичнопоточную центрифугу и частичнопоточ-ный фильтр;

- составить и оценить баланс загрязняющих примесей и их компонентов, поступивших в масло и удержанных фильтрами, сроки службы моторного масла в бензиновых двигателях и дизелях при использовании различных систем очистки масла;

- по результатам исследований выявить наиболее эффективные схемы комбинированных систем очистки масла и фильтровальные материалы для применения в полнопоточных и частичнопоточных масляных фильтрах, разработать рекомендации по их внедрению в производство и применению в автомобильных ДВС.

Вторая глава посвящена оценке и выбору методов исследования пористых материалов и систем очистки масла, а также их совершенствованию.

Существуют различные методы определения фильтрующих свойств пористых материалов, использующие физические закономерности течения газов и жидкостей через пористые среды и искусственные загрязнители. Метод испытаний «Multi-pass» и метод, заложенный в ОСТ 37.001.417-90, разработанный при непосредственном участии автора, и другие методы с использованием в качестве загрязнителя кварцевой пыли с удельной поверхностью S=5600 и 10500 см2/г позволяют оценить практически все основные параметры фильтров, включая полноту и тонкость отсева.

Вместе с тем они не дают хорошей сходимости результатов при оценке ресурса фильтров, определение которого при стендовых испыта-

1шях в значительной степени зависит от типа применяемого загрязнителя. На основании анализа органических и неорганических загрязнителей и проведенных сравнительных испытаний был разработан комбинированный загрязнитель, близкий по своему качественному и дисперсному составу к естественным, использование которого дает хорошую сходимость результатов испытаний. Состав загрязнителя защищен патентом РФ на изобретение № 2072511.

Наиболее точно оценить влияние различных систем очистки на износ пар трения, загрязнение деталей двигателя и основные физико-химические показатели моторного масла можно, проведя моторно-стендовые испытания двигателя. Однако эти испытания требуют значительных затрат средств и времени. Для их сокращения был разработан и опробован метод ускоренных моторно-стендовых испытаний двигателей с различными системами очистки масла. Применение высокотемпературного («горячего») и низкотемпературного («холодного») этапов испытаний с интенсификацией процесса старения масла в двигателе за счет перепуска части отработавших газов в картер двигателя и повышения температуры масла позволяет дать более полную моторную оценку системы очистки, а также сократить в 3-4 раза время проведения испытаний. При этом техническое состояние двигателя (степень изношенности) позволяет провести оценку нескольких вариантов систем очистки масла.

Третья глава посвящена исследованию фильтровальных материалов и конструкций полнопоточных масляных фильтров. Проведенные работы по оценке эффективности применения в полнопоточных масляных фильтрах различных фильтрующих элементов, в том числе объемного типа со шторой из хлопчатобумажной ткани различной вязки, текстильных, синтетических (хлориновых и лавсановых), искусственных (вискозных), стеклянных волокон и фильтровальных бумаг типа БФМ-К, БМ-120 и др., показали следующее. Фильтрующие элементы объемного типа при удовлетворительной тонкости отсева (30-45 мкм) и пористости (0,8-0,9) имеют высокую грязеемкость. Вместе с тем эти элементы имеют повышенное гидравлическое сопротивление, которое увеличивает время работы фильтра с открытым перепускным клапаном во время пуска и прогрева двигателя, особенно в зимний период эксплуатации автомобиля.

Использование фильтровальных материалов, имеющих различные сроки службы до замены, приводит к необходимости назначения срока службы по элементам, имеющим меньший ресурс. В связи с этим особенную актуальность приобрел вопрос унификации фильтровальных материалов полнопоточных масляных фильтров. Решение этого вопроса снижает затраты на разработку и освоение продукции и упрощает снабжение сырьем и материалами.

Применение в масляных фильтрах плотных фильтровальных материалов с высокой тонкостью отсева, например, БФМ-К, приводит к быстрому загрязнению фильтрующего элемента и поступлению неочищенно-

го масла к парам трения двигателя через перепускной клапан фильтра, т. е. дает отрицательный эффект. Проведенные широкие эксплуатационные испытания автомобилей ВАЗ и АЗЛК, ГАЗ-52-04 и ГАЗ-52-08 и комплекс исследований, включающий анализ физико-химических показателей моторного масла, балансы загрязняющих примесей и продуктов износа, остаточные ресурсы фильтрующих элементов, показали целесообразность применения унифицированного фильтровального материала - бумаги типа БМ-120 - для полнопоточных масляных фильтров автомобильных двигателей. Применение фильтровальной бумаги БМ-120 вместо БФМ-П и БФМ-К увеличивает сроки службы фильтрующих элементов в 1,5-3 раза без снижения надежности работы двигателя. Срок службы фильтрующих элементов и масла в двигателях, работающих на газовом топливе, возможно увеличить в 2 раза по сравнению с бензиновыми двигателями.

Комплексную оценку эффективности работы полнопоточного масляного фильтра можно дать только с учетом гидравлических параметров его корпуса. Для этого были проведены исследования фильтрующих элементов размерности Е 0,6 по ГОСТ 22858, установленных в корпус фильтра 412-1017128-02, с использованием математических методов планирования эксперимента по плану ПФЭ 22 (полный факторный эксперимент на двух уровнях).

В результате проведенного эксперимента были получены зависимости влияния расхода и вязкости масла на гидравлическое сопротивление фильтра в сборе и перепускного клапана фильтра, получено изображение поверхности отклика функции У4 (плоскость АВСД) в кодированных значениях координат Xt и Х2, описывающей изменение гидравлического сопротивления корпуса фильтра (рис. 1).

Плоскость abed имеет ординату 0,09 МПа, что соответствует давлению начала открытия клапана фильтра. Пересечение линии c'd' (проекции линии пересечения плоскости abed и поверхности отклика функции У4=Г(Хт,Х2) с координатами Xi и Х2 дает критические значения параметров (точки Х| и Х2), которые находятся в области реальных значений расхода и вязкости масла. Это значит, что при температуре масла ниже 33°С и расходе масла через фильтр выше 20 л/мин клапан фильтра будет открыт. Фильтр будет работать как частичнопоточный. Проведенные исследования показали, что конструкция фильтра оказывает большое влияние на эффективность его работы. Резкие изменения направления потока масла в корпусе фильтра из-за несовершенства его конструкции и возникающий при этом повышенный перепад давления масла, превышающий давление настройки перепускного клапана, приводит к работе фильтра с открытым клапаном, что снижает надежность защиты пар трения двигателя.

Четвертая глава посвящена расчету и аналитическим исследованиям систем и агрегатов очистки масла. Эффективность очистки масла определяется, в основном, двумя факторами: коэффициентом отсева <р, характе-

ризующим полноту очистки масла от загрязняющих примесей за один проход масла через очиститель, и произведением коэффициента отсева на расход масла через очиститель в единицу времени, т.е. <3 ф, который характеризует интенсивность очистки загрязняющих примесей.

Расчетные исследования проводились применительно к двигателю типа ЯМЗ-8401 для трех систем очистки масла:

- ППФ + ЧПЦ, включенная в систему смазки параллельно ППФ;

- ППФ + ЧПФ, включенный в систему смазки после ППФ;

-ППФ.

(ППФ - полнопоточный фильтр, ЧПЦ - частичнопоточная центрифуга, ЧПФ - частичнопоточный фильтр).

Общий (суммарный) коэффициент отсева комбинированной системой очистки (ППФ + ЧПЦ, питаемой маслом до ППФ) определяется в виде

Для системы очистки ППФ + ЧПФ с включением после ППФ

<Рг = <Ртф ■ + У«* ' т«-ь ('_ <Р™ф ) Для системы очистки, состоящей из одного ППФ:

Суммарная интенсивность очистки масла в картере комбинированной системой определяется произведением Оу-р^,

где суммарный объемный расход масла в единицу времени, идущий от насоса в двигатель; </>„„,,,,</>,,„,.<■/>.„.,, - коэффициенты отсева полнопоточным фильтром, частично-поточной центрифугой и частичнопоточным фильтром;

'"„„Ф-."',„.),■ доли расхода масла через полнопоточный фильтр, частично-поточную центрифугу и частичнопоточный фильтр от количества масла, идущего от насоса в двигатель.

Вероятность пропуска частиц загрязнений к парам трения Хт и надежность их защиты от частиц загрязнений (Ыпт) определялись следующим образом .Для системы очистки, состоящей из одного полнопоточного фильтра,

<Р„„л

(1-<!>»■*)• и».+<Р„

«Ре =<Р,пЧ -т*щ

К„т = 1пт -1,

где тпт- доля расхода масла пары трения от потока масла, идущего от насоса в двигатель.

Для серийной системы очистки ППФ + ЧПЦ,

я = { Ф.„, + ЧПтф_

Для опытной системы очистки ППФ +ЧГ1Ф (с включением в систему смазки после ППФ),

(1" 4>тф )'+ + ' т*»Ф

Показано, что существенная разница в интенсивности очистки масла различными системами фильтрации имеет место при относительно малых размерах частиц - до 5 мкм. При этом очистка масла от органических частиц существенно лучше при наличии в комбинированной системе час-тичнопоточного фильтра, от частиц кварца и железа - при наличии в системе частичнопоточной центрифуги, особенно на номинальном скоростном режиме двигателя и при повышенной температуре масла.

Со снижением скоростного режима работы двигателя и уменьшением температуры масла интенсивность очистки масла £> <р при использовании ЧПЦ уменьшается более заметно, чем при использовании ЧПФ, что связано с давлением и вязкостью масла, от которых работа центрифуги зависит более сильно, чем фильтра (рис.2).

Учитывая, что основная масса частиц естественных загрязнений масла имеет размеры до 2 мкм и в большей части является органической, общая очистка масла от основной массы частиц при использовании ЧПФ будет лучше, чем при использовании ЧПЦ, т.е. общая концентрация загрязняющих примесей в масле и уровень его старения при использовании ЧПФ будет меньше. Однако большая интенсивность очистки масла ЧПЦ от неорганических частиц, особенно относительно крупных, размером 28 мкм, должна положительно сказаться на снижении изнашивания деталей двигателя.

Это подтверждается меньшей вероятностью Л„ш поступления таких неорганических частиц в пары трения, в частности в подшипники коленчатого вала, и значительно большей надежностью защиты Мпт пар трения от таких частиц при использовании ЧПЦ, чем ЧПФ, и особенно, чем только ППФ.

Пятая глава посвящена исследованиям и разработке перспективных комбинированных систем очистки масла и включает лабораторно-стендовые испытания разработанных волокнистых частичнопоточных фильтров, сравнительные моторно-стендовые испытания серийных и опытных систем очистки масла на двигателях КамАЗ-740 и ЗМЗ-66 и эксплуатационные испытания АТС с комбинированными системами очистки масла.

Исследования по определению оптимальной композиции частично-поточных фильтров проводились с применением математических методов планирования эксперимента по плану ДФЭ24'. Исследуемые факторы и уровни их варьирования даны в табл. 1

В качестве целевых функций были выбраны:

- гидравлическая характеристика фильтра;

- тонкость и полнота отсева элемента;

- грязеемкость фильтра;

- стойкость к воздействию воды.

Для определения оптимальной композиции элементов ЧПФ изготавливались образцы фильтрующих материалов следующего состава:

- хлориновые и вискозные (50x50%);

- хлориновые, вискозные и ультратонкие стеклянные (11x22%);

- ПВХ и лавсановые (50x50%) и др.

Выбор %-пого состава композиций обусловлен предварительными экспериментами и ранее проведенными исследованиями.

Обработка результатов эксперимента позволила определить оптимальные композиции волокон, пригодные для проведения моторно-стендовых и эксплуатационных испытаний.

Сравнительные моторно-стендовые испытания различных систем очистки масла, проведенные на двигателе КамАЗ-740 по разработанному методу, показали, что наиболее эффективная очистка достигается с применением комбинированных систем. При этом коэффициент очистки масла загрязняющих примесей системой ППФ+ЧПЦ составляет 25,8; системой ППФ+ЧПФ - 25,6, а системой, включающей только полнопоточные фильтры (ППФ), всего 7,0. Сухая фаза загрязняющих примесей в центрифуге составляет около 55%, ЧПФ - 23%, в ППФ - 18%.

Проведенные на двигателе ЗМЗ-66 сравнительные испытания штатной системы очистки масла с одним полнопоточным бумажным фильтром и системы очистки с комбинированным фильтром, размещенным в корпусе штатного полнопоточного фильтра, включающим полнопоточный элемент меньшего размера (для ГАЗ 52-04) и частичнопоточный фильтрующий элемент (со сливом масла после него в картер двигателя), показали следующее.

Табл и ца 1

№ n/n Факторы Кодовое значение Уровни варьирования

-1 0 + 1

1 Состав фильтрующего элемента (композиция, диаметр волокон, содержание УТВ, %) X, 0 1! 22

2 Масса фильтрующего элемента , г X; 250 (500) 275 (550) 300 (600)

3 Температура спекания, °С X, 160 180 200

4 Время спекания, мии Х4 10 30 50

Поверхность отклика (АВСД) функции У=Г(Х) в кодированных значениях координат Х| и X:

У4. ( лР. ИГ*)

Х|' и х! - критические значения параметров

Рис. 1

Зависимость вероятности попадании частиц загрязнений в пары трения Дпт и надежности их защиты от размера частиц 8 при различных системах очистки масла; 11^=1200 мин Тн =60 °С

1,2 и 3 - ППФ + ЧПЦ при 7.8; 2,6 и 1,2 г/см', соответстонио; 4-ППФ + ЧПФ.Ш; 5 - ППФ + ЧПФ №2; 6-ППФ.

РИС. 2

Коэффициент очистки масла полнопоточного фильтра у штатной системы очистки составил 7,3; у комбинированной системы - 26,2 за счет высокого (22,8) коэффициента очистки частичнопоточного фильтра.

В табл. 2-7 дана оценка загрязненности поршневой группы и износа деталей двигателя ЗМЗ-66 по результатам испытаний.

Таблица 2

Загрязненность деталей поршневой группы двигателя ЗМЗ-66 при различных __системах очистки масла, баллы_

Наименование параметра Система очистки масла

штатная (ППФ)* | опытная комбинир. **

Степень подвижности колец 0,9 0,70

Загрязненность поршневых канавок Загрязненность поршневых перемычек 1,85 1,00 1,60 0,84

Загрязненность юбки поршня 0,50 0,33

Загрязненность внутренней поверхности головки поршня Суммарная загрязненность поршня 1,20 5,5 0,97 4,5

"За 80 ч. работы двигателя; ** за 90 ч. работы двигателя. Таблица 3

Средний износ поршневых колец по радиальной толщине, мкм

Система очистки Номер кольца

1 2 3

1 - штатная система очистки ПГ№ 29,1 55,6 48,8

2 - опытная система очистки с комбинированным фильтром ППФ+ЧПФ 18,0 31,5 27,1

Таблица 4

Средний износ поршневых колец по массе, г

Система очистки Номер кольца

1 2 3

1 - штатная ППФ 0,100 0,240 0,081

2 - комб. ППФ+ЧПФ 0,046 0,186 0,048

Таблица 5

Средний износ гильз цилиндров, мкм

Глубина пояса от верхнего Система очистки

бурта гильзы, мм 1-ППФ | 2-ППФ+ЧПФ

10 20,5 11,8

16 15,1 8,9

23 11,4 9,9

45 9,7 6,0

90 9,4 6,9

Таблица 6

Средний износ шеек коленчатого вала, мкм

Шейки вала Система очистки

1-ППФ | 2-ППФ+ЧПФ

Шатунные 3,9 2,3

Коренные 6,5 3,1

Таблица 7

Средний износ вкладышей коленчатого вала по толщине, мкм

Система очистки Коренные Шатунные

верхние | нижние верхние | Нижние

1-ППФ 2-ППФ+ЧПФ 3.2 27,1 2.3 13,5 18.0 6,3 10.1 3,4

Эксплуатационные испытания, проведенные на автомобилях МАЗ-5549, автобусах ЛиАЗ-677 и «Икарус-280», подтвердили высокую эффективность комбинированных систем очистки масла с дополнительными частичнопоточными фильтрами. Подвод масла к дополнительным фильтрам осуществлялся от главной масляной магистрали со сливом очищенного масла в картер двигателя.

На рис.3 и 4 дан характер изменения содержания в масле нерастворимых загрязняющих примесей, концентрация которых в двигателях «Раба-Ман 02156», оборудованных дополнительными частичнопоточными фильтрами, не превышает 0,8% (без смены масла до 40 тыс. км.). Концентрация загрязняющих примесей в масле двигателей со штатной системой очистки достигает предельного браковочного значения к пробегу 10-12 тыс. км.

Изменение физико-химических показателей масла М-8Г2к при эксплуатации автобусов Икарус-280

Пробег автобуса

- автобус Мч 24-0$ со штатной системой очистки;

-----автобус №24-10 с опытной комбинированной системой

очистки (с дополнительным фильтром)

Рис. 3

Изменение физико-химических показателей масла М-8В| при эксплуатации автобусов ЛиАЗ-677

1.5

1 з

к 3

а I

1.0

0.5

—«- ----- -- ■ ■ Ь^

»--с

¿1 "Г"-: к---- ----*-----

ю

20

Пробег автобуса

Ь, тыс. км

автобус 21-14 со штатной системой очистки;

-----автобус N9 24-31

------- аптобусМ? 21-61

—7 с опытной комбинированной системой / очистки (с дополнительным фильтром)

Рис. 4

Составленный баланс загрязняющих примесей (табл. 8) позволил определить суммарные коэффициенты очистки масла при использовании различных систем очистки, которые у систем с дополнительными час-тичиопоточными фильтрами значительно превышают аналогичные показатели штатных систем очистки. По результатам экспериментальных

Таблица 8

Баланс загрязняющих примесей и коэффициенты очистки .масла (К, и К<)__________

Обозначение н слишта параметра ЯМЭ-236 ЗнЛ-375 Я7 1'аба-Маи D 215611Мб

штатная система очистки комбинированная система очистки (с дополнительным фильтром) штагная система очистки комбинированная система О'ГИСТКН (с дополнительным фильтром) штатная система очистки комбинированная система очистки (с дополни!ельным фильтром)

за пробег 11 тыс. км 1,1 пробег 11 тыс. км за пробег 8 тыс. км за пробег 9 тыс. км за пробег 11 тыс. км за пробег 9 тыс. км

ЦФ-Ч ЦФ-Ч | ЧПФ ЦФ-П ЦФ-П | ЧПФ IИШФ ППБФ | ЧИФ

Хо, % 0,22 0,25 0.25 0,25 0,25 0.20

X«. % 1.70 0.62 1, 0.30 2.2 0,25

Ом, кг 20,5 ! 22.28 6,23 8,01 24.03 • 25,81

р.. кг 0.303 i 0.085 0.066 0.004 0.469 0.013

Х„. % 1.15 0, 45 .2..................... 0,75 0,28 0,95 0,35

Gyr. кг 40,16 38 14.4 16,4 27,5 1 27,5

Cvr, КГ 0,462 0.172 0.1 ОХ 0,0459 0.261 : 0,096

П,„ кг 0,534 0,534 0,534 0.534 0.534 ¡ 0.534

gn. КГ 0.0061 0.0024 0,0040 0,0015 0,0051 i 0,0019

X,, % 64.27 69.83 61,7 60.2 58,3 50,6 27,0 ! 30,0 45.6

Gj, кг 0,810 0,547 0,633 0.350 0.18 0.565 0.205 1 0.114 0.660

Cl, кг 0,565 0,382 0.391 0Д11 0,105 0.286 0.0553 0.0342 0,301

К,£.хг 0,565 0,773 0.211 0.391 0,0553 | 0.334

Í1. кг 1,336 1.029 0,389 0,442 0,790 ¡ 0.445

К, 42,2 37,1 | 38.0 54.2 23,8 | 64.7 7.0 | 7.7 | 67,8

К, 42.2 75,1 54.2 88,5 7,0 1 75.5

ППБФ - полнопоточный бумажный фильтр: ЧПФ-частичнопоточный фильтр;

ЦФ-Ч, 11Ф-11 ~ центрифуга частичнойоточная и полнопоточная» соответственно

Ха и Х„ - концентрация загрязняющих примесей в масле в начале и в конце определенного пробега;

О*, О^ Оп - нес масла находящегося в картере, ¿торевшего и взятого в пробах за определенный пробег,

8*» £уг'£п — кол-во примесей, поступивших в масло, сгоревших и взятых в пробах за определенный пробег;

Хср - средняя концентрация загрязняющих примесей в масле за определенный пробег,

Х^ — концентрации сухой фазы загрязняющих примесей;

Од - количество продуктов за (рязкегшя удержанных фильтрами н центрифугами за определенны Л пробег;

рт. * количество загрязняющих примесей (сухой фазы), удержанных каждым очистителем; всеми очистителями вместе;

61 - общее количество загрязняющих примесей, поступивших в масло двигателя за определенный пробег: g^ £>г + е« ~

исследований обоснована возможность увеличения срока службы моторных масел при использовании высокоэффективных комбинированных систем очистки.

Шестая глава посвящена расчету экономической эффективности использования на двигателях различных систем очистки масла. Показано, что применение на автомобилях двигателей с комбинированной системой очистки масла, включающей полнопоточный и частичнопоточный фильтры, снижает общие затраты на эксплуатацию автомобилей на 1520% в сравнении с автомобилями с серийными двигателями (полнопоточный фильтр и частичнопоточная центрифуга).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа отечественного и зарубежного опыта установлено, что надежная защита пар трения автомобильных двигателей достигается с применением эффективных систем очистки масла, особенно комбинированных, включающих полнопоточные фильтры с высокой пропускной способностью и частичнопоточные фильтры или центрифуги, имеющие большую грязеемкость и эффективность работы. При этом, частичнопоточные масляные фильтры могут устанавливаться на заводе-изготовителе двигателей или в эксплуатации.

2. Установлено, что наиболее полная и объективная оценка систем очистки масла достигается при комплексном их исследовании: в лабораторных, моторно-стендовых и эксплуатационных условиях. В соответствии с этим, для получения объективных результатов и сокращения времени проведения лабораторно-стендовых испытаний фильтров был разработан комбинированный загрязнитель, близкий по своему качественному и дисперсному составу к естественному, использование которого дает хорошую сходимость результатов испытаний. Состав загрязнителя защищен патентом РФ на изобретение № 2072511.

3. Разработан метод ускоренных моторно-стендовых испытаний двигателей с различными системами очистки моторного масла, сочетание низкотемпературного («холодного») и высокотемпературного («горячего») этапов испытаний позволяет дать полную моторную оценку системы очистки масла, а также сократить время проведения испытаний. При этом техническое состояние двигателя (степень изношенности) остается практически неизменным, что позволяет провести оценку нескольких вариантов систем очистки масла.

4. Комплексом проведенных исследований установлена целесообразность применения унифицированного фильтровального материала полнопоточных масляных фильтров автомобильных двигателей. В качестве такого унифицированного материала рекомендуется фильтровальная бумага типа БМ-120 с номинальной тонкостью отсева 40-45 мкм, которая позволяет увеличить в 1,5-3 раза сроки службы фильтрующих элементов

без снижения надежности работы двигателей. Моторное масло при этом обладает необходимым запасом качества.

5. Исследована и определена эффективность различных систем фильтрации (полнопоточной и комбинированной, включающей полнопоточные бумажные фильтры и частичнопоточную центрифугу или частич-нопоточный фильтр) на различных скоростных и температурных режимах работы двигателя. Рассчитаны вероятности попадания частиц загрязняющих примесей в пары трения двигателя и надежность их защиты в зависимости от размеров частиц загрязнений и схем системы очистки масла. Установлено, что существенная разница в интенсивности очистки масла различными системами очистки имеет место для частиц относительно малых размеров, до 5 мкм, при этом очистка масла от органических частиц загрязнений существенно лучше при наличии в комбинированной системе частичнопоточного фильтра, а от неорганических - при наличии частичнопоточной центрифуги.

6. Комплексом проведенных моторно-стендовых испытаний двигателя КАМАЗ-740, с составлением компонентного баланса загрязняющих примесей установлено, что при применении комбинированных систем очистки коэффициент очистки масла от суммарных загрязняющих примесей составляет 25,6 - 25,8; система очистки, состоящая только из полнопоточного фильтра, имеет коэффициент очистки всего около 7,0. Загрязненность поршней двигателя КАМАЗ-740, при использовании комбинированной системы чистки масла, в 1,4-1,6 раза меньше, а износ основных деталей двигателя до 2-х раз меньше, чем при использовании только полнопоточной системы очистки масла.

7. Моторно-стендовые испытания опытной комбинированной системы очистки масла на двигателе ЗМЗ-66, показали, что по сравнению со штатной полнопоточной системой очистки масла происходит снижение концентрации загрязняющих примесей до 40%, уменьшение на 20% загрязненности деталей поршневой группы и снижение износа основных деталей двигателя до 1,5-2,5 раз. Коэффициент очистки масла, определенный из баланса загрязняющих примесей, увеличился при этом до 26,2, по сравнению с 7,3 у штатной системы очистки.

8. Оборудование автомобилей (МАЗ-503А, МАЗ-5549) и автобусов (ЛиАЗ-677 и Икарус-280) дополнительными частичнопоточными масляными фильтрами, показали значительное снижение содержания нерастворимых в масле загрязняющих примесей, которое за пробег 10-11 тыс. км составило:

- для двигателей ЯМЗ-236 - до 2,5 раз;

- для двигателей автобусов Раба-Ман О 2156 НМ 6 и ЗИЛ-375 Я7 — до 4 раз. Максимальная концентрация загрязняющих примесей в двигателях ЯМЭ-236, оборудованных дополнительным фильтром, не превышала 0,8%, находясь, в среднем, на уровне 0,5-0,6%. Концентрация загрязняющих примесей в двигателях ЯМЭ-236 со штатной системой очистки масла

достигала значения 1,5-1,7%. Суммарные коэффициенты очистки масла

для двигателей с дополнительными частичнопоточными фильтрами,

определенные за пробег

10-11 тыс. км., составили:

-для двигателей ЯМЭ-236 -75,1;

- для двигателей ЗИЛ-375 Я7 - 88,5;

-для двигателей Раба-Ман 02156 НМ 6-75,5, что значительно превышает коэффициенты очистки масла двигателей со штатными системами очистки (42,2; 54,2 и 7,0, соответственно).

9. Составленный по результатам эксплуатационных испытаний баланс железа, содержащегося в масле и удержанного фильтрами и очистителями, показал, что скорость изнашивания основных деталей двигателей с дополнительными частичнопоточными фильтрами, на пробеге до 30 тыс. км без замены масла, снижается в 1,3-1,4 раза.

10. По результатам исследования разработаны технические требования на частичнопоточные масляные фильтры комбинированной системы очистки масла перспективных двигателей КАМАЗ. Разработан и внедрен новый метод моторно-стендовых испытаний систем очистки масла, получено 3 авторских свидетельства на изобретения, патент РФ и бронзовая медаль ВДНХ СССР.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Григорьев М.А., Бабкин Г.А., Волков В.И. Классификация смазочных систем автотракторных двигателей./Автомобильная промышленность, 1982, N 1, с.20-24.

2. Григорьев М.А., Бабкин Г.А., Волков В.И. Автомобильные фильтры для очистки масла./ Автомобильная промышленность, 1986, N 8,с 26-28.

3. Григорьев М.А., Кенжебаев С.О., Волков В И. Комбинированные системы очистки масла дизеля / Автомобильная промышленность, 1992, N 7, с. 14-16.

4. Григорьев М.А., Волков В.И. Унифицированный фильтровальный материал для полнопоточных масляных фильтров автомобильных двигателей./ Двигателе-строение, 1989, N 8, с. 17-19.

5 Григорьев М.А., Волков В.И., Бабкин Г.А Снижение эксплуатационного расхода моторного масла автомобилей с дополнительным частичнопоточным масляным фильтром .-В сб.: Исследование, конструирование и расчет тепловых двигателей внутреннего сгорания. М., Изд. НАМИ, 1986, с. 15-27.

6. Волков В.И., Григорьев М.А., Чехонадский В.А. Новые конструкции полнопоточных масляных фильтров для автомобильных двигателей. /Тез.докл.всесоюзного научно-технического семинара "Практика улучшения очистки воздуха, масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания", Саратов, 9-11 июня, 1987.

7. Волков В.И., Григорьев М.А., Гамаюнова ЭФ. Применение методов математического- планирования эксперимента при создании масляных фильтров ДВС./Тез.докл.всесоюзного научно-технического семинара "Практика улучшения очистки воздуха, масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания", Саратов, 911 июня, 1987.

8. Волков В.И., Чехонадский В.А. Перспективные системы очистки масла автомобильных двигателей./Тез.докл. 17-й научно-технической конференции молодых ученых и специалистов НАМИ, Москва, 23-25 мая 1989г.

9. Волков В.И., Григорьев М.А., Гамаюнова Э.Ф. Совершенствование систем очистки масла автомобильных ДВС./Тез.докл. всесоюзного научно-технического семинара "Современные конструкции и перспективы развития систем фильтрации с целью повышения ресурса автотракторных ДВС", Ленинград, 4-6 июля 1989.

10 Григорьев М.А., Волков В.И., Кенжебаев С О. Изменение физико-химических свойств моторного масла при использовании в двигателе различных систем очистки/Тез докл. всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика рационального использования горючесмазочных материалов в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении", Челябинск, 21-23 мая,1991.

11. Борисова Г. В., Волков В.И. Новое поколение фильтров очистки воздуха, топлива и масла для автомобильных двигателей с использованием нетрадиционных фильтровальных материалов.-В сб.:Проблемы конструкции двигателей и эколо-гия.М„ Изд.НАМИ,1998, с. 188-197.

12. Волков В.И. Автомобильные фильтры /АБС (Автомобильный быт и сервис), 1998, №2, с.28-33.

13. Буцкий Ю.И., Волков В.И. Нам подходят английские фильтры?/Автомобиль и сервис, 1998, №12, с.32-34.

14. Волков В.И., Буцкий Ю.И. Масляные фильтры MANN/Автомобиль и сервис, 2000, №3, с.50-51.

15. Григорьев М.А., Волков В.И. Защита автомобильных двигателей от абразивного износа и увеличение межсменного срока службы моторного масла путем совершенствования системы его очистки /Тез. докл. Международного научного симпозиума «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа», Москва, 2930 сентября 1999.

16. A.c. № 1400644 «Фильтр для очистки жидкости».

17. A.c. № 1530216 «Фильтр для очистки масла».

18. A.c. № 1671973 «Регулируемый шестеренный насос внутреннего зацепления».

19. Патент РФ № 2072511 «Искусственный загрязнитель для испытания устройств для очистки моторного масла».

Подп. к печати 15.05.2000 Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура "Тайме". Печ.л. 1,25. Уч.-изд.л. 1,5 л. Зак. 78-2000. Тир. 100. Типография НАМИ, 125438, Москва, А-438, Автомоторная ул., 2.

Волков Владимир Игоревич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ОЧИСТКИ МАСЛА В АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

Введение.:.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Моторное масло и система смазки, классификация смазочных систем ДВС.В

1.2.Загрязнение масла и его влияние на надежность работы двигателя.

1.3.Очистка масла, классификация способов и средств очистки

1.4.0сновы теории и расчета фильтровальных систем.

1.5.Особенности конструкций фильтров.

1.5.1. Полнопоточные фильтры.

1.5.2. Частичнопоточные и комбинированные фильтры.

1.6. Выводы. Постановка задачи исследований.

2. Методы исследований систем очистки масла и их совершенствование

2.1. Лабораторно-стендовые испытания.

2.1.1. Методы косвенного определения размеров пор.

2.1.2.Методы оценки фильтрующих материалов с использованием искусственных загрязнителей.

2.1.3. Анализ применяемых загрязнителей.

2.1.4. Разработка комбинированного загрязнителя.

2.2. Моторно-стендовые испытания систем очистки масла.

2.2.1. Анализ методов моторно-стендовых испытаний.

2.2.2. Разработка метода ускоренных моторно-стендовых испытаний систем очистки масла.

2.3. Выводы.

3. Исследование фильтровальных материалов и конструкций полнопоточных масляных фильтров.

3.1. Исследование фильтровальных материалов полнопоточных фильтров.

3.1.1. Хлопчатобумажные фильтрующие элементы.

3.1.2. Фильтрующие элементы из синтетических и искусственных волокон.

3.1.3. Фильтрующие элементы из текстильных волокон.

3.1.4. Бумажные фильтрующие элементы.

3.2. Унификация фильтровального материала полнопоточных масляных фильтров.

3.3. Исследование гидравлических характеристик полнопоточных фильтров.

3.4. Выводы.

4. Расчет и аналитические исследования систем и агрегатов очистки масла

4.1. Расчетные схемы систем очистки.

4.2. Исследования эффективности очистки масла и надежности защиты пар трения двигателя от загрязняющих примесей.

4.3. Выводы.

5. Исследование и разработка комбинированных систем очистки масла

5.1. Лабораторно-стендовые испытания частичнопоточных фильтров

5.2. Моторно-стендовые испытания комбинированных систем очистки масла.

5.2.1. Испытания двигателя КАМАЗ-740.

5.2.1.1. Физико-химические показатели моторного масла.

5.2.1.2. Количество отложений, удержанных фильтрами и их компонентный состав.

5.2.1.3. Эффективность работы фильтров и очистителей.

5.2.2. Испытания двигателя ЗМЗ-66 с различными системами очистки масла.

5.2.2.1. Физико-химические показатели масла.

5.2.2.2. Количество отложений, удержанных фильтрами и анализ эффективности работы систем очистки масла.

5.3. Эксплуатационные испытания комбинированных систем очистки

5.3.1. Физико-химические показатели моторного масла.

5.3.2. Анализ эффективности работы очистителей.

5.3.3. Анализ отработанных частичнопоточных фильтров

5.3.4. Влияние комбинированной системы очистки масла на износ деталей двигателей.

5.4. Выводы.

6. Экономическая эффективность применения на двигателях КАМАЗ различных систем очистки масла.

В настоящее время во всех странах с развитым автомобилестроением вопросам совершенствования автомобильных двигателей уделяется особенно большое внимание.

Непрерывное повышение удельных мощностных показателей двигателей, применение высокого турбонаддува повысило напряженность работы пар трения и их чувствительность к абразивным загрязняющим примесям. Обеспечение необходимого ресурса двигателей, применение моторных масел с высоким уровнем эксплуатационных свойств, дающих высокую дисперсность основной массы загрязняющих примесей, предъявляют повышенные требования к системам очистки масла двигателей.

Работа по совершенствованию систем очистки масла включает в себя оптимизацию гидравлических и конструктивных параметров агрегатов и узлов систем очистки, повышение эффективности фильтров и очистителей, а также унификацию ее элементов для обеспечения максимального технико-экономического эффекта при минимизации затрат в производстве и эксплуатации.

Цель работы. Повышение эффективности очистки моторного масла и надежности защиты пар трения двигателя от загрязняющих примесей путем совершенствования конструкций фильтров, использования новых фильтровальных материалов, разработки и применения комбинированных систем очистки, обеспечивающих снижение концентрации загрязняющих примесей, износа деталей двигателя и улучшение физико-химических показателей моторного масла.

Научная новизна. Разработан новый метод ускоренных моторно-стендовых испытаний комбинированных систем очистки моторного масла ДВС. Дана количественная оценка вероятности попадания частиц загрязнений в пары трения и надежность их защиты при различных системах очистки масла и пежимах паботы двигателя. Разпаботаньт математические молели. позволяющие естественному, позволяющий сократить время проведения испытаний и повысить их достоверность. По результатам исследований получено 3 авторских свидетельства и патент РФ.

Практическая полезность. Проведенные исследования показали высокую эффективность комбинированных систем очистки моторного масла, включающих полнопоточные фильтры с элементами из материалов с высокой пропускной способностью и частичнопоточные фильтры с бумажными и синтетическими фильтрующими элементами, обеспечивающими снижение концентрации загрязняющих масло примесей до 2,5 раз, уменьшение в 1,4 - 1,6 раза загрязненность деталей ЦПГ и значительное снижение износа пар трения двигателей. Унифицирован фильтровальный материал полнопоточных масляных фильтров автомобильных ДВС.

Реализация работы. Разработаны технические требования к комбинированной системе очистки масла, определена оптимальная тонкость отсева фильтровального материала полнопоточного и частичнопоточного фильтров, учитывающая современный уровень качества моторных масел и высокую дисперсность загрязняющих примесей. Результаты проведенных исследований легли в основу ОСТ 37.001.417 «Фильтры тонкой очистки автомобильных, тракторных и комбайновых двигателей. Общие технические условия», РД 37.001.690 «Системы очистки масла автомобильных, тракторных и комбайновых двигателей. Метод испытаний» и реализованы в конструкции комбинированной системы очистки масла перспективных двигателей КАМАЗ, включающих полнопоточные и частичнопоточные бумажные фильтры.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международных, всесоюзных и республиканских научно-технических семинарах, конференциях и симпозиумах: «Практика улучшения очистки воздуха, масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания», Саратов, 1987г., «Современные конструкции и перспективы развития систем фильтрации с целью повышения ресурса автотракторных ДВС», Ленинград, 1991г., «Конверсия производства деталей двигателей внутреннего сгорания», Харьков, 1991г., «Теория и практика рационального использования горючесмазочных материалов в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении», Челябинск, 1991г.,

Влияние качества нефтепродуктов на экономичность, надежность и долговечность работы машин и механизмов», Москва, 1986г., «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа», Москва, 1999г., Научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ и НАМИ.

По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы, в том числе 3 авторских свидетельства и патент РФ, получена бронзовая медаль ВДНХ СССР.

На защиту выносятся: метод ускоренных моторно-стендовых испытаний систем очистки масла, количественные зависимости влияния комбинированных систем очистки масла на основные физико-химические показатели моторного масла и износ деталей двигателя.

203 Общие выводы

1. На основании анализа отечественного и зарубежного опыта установлено, что надежная защита пар трения автомобильных двигателей достигается с применением эффективных систем очистки масла, особенно комбинированных, включающих полнопоточные фильтры с высокой пропускной способностью и частичнопоточные фильтры или центрифуги, имеющие большую грязеемкость и эффективность работы. При этом, частичнопоточные масляные фильтры могут устанавливаться на заводе-изготовителе двигателей или в эксплуатации.

2. Установлено, что наиболее полная и объективная оценка систем очистки масла достигается при комплексном их исследовании: в лабораторных, моторно-стендовых и эксплуатационных условиях. В соответствии с этим, для проведения лабораторно-стендовых испытаний фильтров был разработан комбинированный загрязнитель, близкий по своему качественному и дисперсному составу к -естественному, использование которого дает хорошую сходимость результатов испытаний. Состав загрязнителя защищен патентом РФ на изобретение № 2072511.

3. Разработан метод ускоренных моторно-стендовых испытаний двигателей с различными системами очистки моторного масла. Применение низкотемпературного (холодного) и высокотемпературного (горячего) этапов испытаний позволяет дать полную моторную оценку системы очистки масла, а также сократить время проведения испытаний. При этом техническое состояние двигателя (степень изношенности) остается практически неизменным, что позволяет провести оценку нескольких вариантов систем очистки масла.

4. Комплексом проведенных исследований установлена целесообразность применение унифицированного фильтровального материала полнопоточных масляных фильтров автомобильных двигателей. В качестве такого унифицированного материала рекомендуется фильтровальная бумага типа БМ-120 с номинальной тонкостью отсева 45-47 мкм, которая позволяет увеличить в 1,5-3 раза сроки службы фильтрующих элементов без снижения надежности работы двигателей. Моторное масло при этом обладает необходимым запасом качества.

5. Исследована и определена эффективность различных систем фильтрации (полнопоточной и комбинированной, включающих полнопоточные бумажные фильтры и частичнопоточную центрифугу или частичнопоточный фильтр) на различных скоростных и температурных режимах работы двигателя. Рассчитаны вероятности попадания частиц загрязняющих примесей в пары трения двигателя и надежность их защиты в зависимости от размеров частиц загрязнений и схем системы очистки масла. Установлено, что существенная разница в интенсивности очистки масла различными системами очистки имеет место для частиц относительно малых разметов, до 5 мкм, при этом очистка масла от органических частиц загрязнений существенно лучше при наличии в комбинированной системе частичнопоточного фильтра, а от неорганических -при наличии частичнопоточной центрифуги.

6. Комплексом проведенных моторно-стендовых испытаний двигателя КАМАЗ-740, с составлением компонентного баланса загрязняющих примесей установлено, что при применении комбинированных систем очистки коэффициент очистки масла от суммарных загрязняющих примесей составляет 25,6 - 25,8, система очистки, состоящая только из полнопоточного фильтра, имеет коэффициент очистки всего 7,0. Загрязненность поршней двигателя КАМАЗ-740, при использовании комбинированной системы чистки масла, в 1,41,6 раза меньше, а износ основных деталей двигателя до 2-х раз меньше, чем при использовании только полнопоточной системы очистки масла.

7. Моторно-стендовые испытания опытной комбинированной системы очистки масла на двигателе ЗМЗ-66, показали, что по сравнению со штатной полнопоточной системой очистки масла происходит снижение концентрации загрязняющих примесей до 40%, уменьшение на 20% загрязненности деталей поршневой группы и снижение износа основных деталей двигателя до 1,5-2,5 раз. Коэффициент очистки масла, определенный из баланса загрязняющих примесей, увеличился при этом до 26,2, по сравнению с 7,3 у штатной системы очистки.

8. Эксплуатационные испытания автомобилей и автобусов с двигателями, оборудованными дополнительными частичнопоточными масляными фильтрами, показали значительное снижение содержания нерастворимых в масле загрязняющих примесей, которое за пробег 10-11 тыс. км составило:

- для двигателей ЯМЗ-236 - до 2,5 раз;

- для двигателей автобусов Раба-Ман Б 2156 НМ 6 и ЗИЛ-375 Я7 - до 4 раз. Максимальная концентрация загрязняющих примесей в двигателях ЯМЗ-236, оборудованных дополнительным фильтром, не превышала 0,8%, находясь, в среднем, на уровне 0,5-0,6%. Концентрация загрязняющих примесей в двигателях ЯМЗ-236 со штатной системой очистки масла достигала значения 1,5-1,7%. Суммарные коэффициенты очистки масла для двигателей с дополнительными частичнопоточными фильтрами, определенные за пробег 9-11 тыс. км. составили:

- для двигателей ЯМЭ-236 - 75,1;

- для двигателей ЗИЛ-375 Я7 - 88,5;

- для двигателей Раба-Ман 02156 ЕМ 6 - 75,5, что значительно превышает коэффициенты очистки масла двигателей со штатными системами очистки (42,2; 54,2 и 7,0, соответственно).

9. Составленный по результатам эксплуатационных испытаний баланс железа, содержащегося в масле и удержанного фильтрами и очистителями, показал, что скорость изнашивания основных деталей двигателей с дополнительными частичнопоточными фильтрами, на пробеге до 30 тыс. км без замены масла, снижается в 1,3-1,4 раза.

10. По результатам исследования разработаны технические требования на частичнопоточные масляные фильтры комбинированной системы очистки масла перспективных двигателей КАМАЗ. Разработан и внедрен метод моторно-стендовых испытаний систем очистки масла, получено 3 авторских свидетельства на изобретения, патент РФ и бронзовая медаль В ДЫХ СССР.

1. Григорьев М.А. Очистка масла в двигателях внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1983.- 148 с.

2. Hirose Y., Kunoki Т., SAE Techn. Pap. Ser., 1985, N852154.

3. Beshouri G., Ibid, 1986, N860377.

4. Патент США, 1986, N4178258.

5. Brennke К., Hertmann К., Khreninger G., Fresenins Z., Anal. Chem., 1985, Bd. 315, N8, s. 704-707.

6. Abouel Naga H., Salem A., Wear, 1984, N3, p. 267-283.

7. Fodor T. Schmierungs-technik, 1982, N5, s. 84-85.

8. Signer M., SAE Techn. Pap. Ser., 1983, N831749, p. 10.

9. Krause H., Tiede H. Leihrgebiet: abnutzung der Werkstoffe, 1980, s. 14.

10. Кича Г.П. Перспективы развития систем и агрегатов тонкой очистки масла среднеоборотных и быстроходных дизелей. "Двигателестроение", 1979, N7, с. 39-42.

11. Fodor Т. Filter and Separ., 1982, N1, p. 64-65.

12. Csikos R., Zalai A., Bence P., Schmierungs-technik, 1982, N4, s. 120-123.

13. Riemann U. Schmierungs-technik, 1982, N7, s. 84-85.

14. Соловьев H.M. Тягачи магистральных автопоездов. "Автомобильная промышленность". М.: 1987, N7, 38 с.

15. Резников В.Д., Павлов А. Г. Сверхтонкая очистка моторных масел в двигателях внутреннего сгорания. «Химия и технология топлив и масел». М.: 1987, N9, -42 с.

16. Материалы фирмы "Electro Lube Devices Inc.", p. 109,1984.

17. Техническая информация по обслуживанию фильтров Phoenix Oil Refiner.

18. Материалы фирмы "Mega-technolub".

19. Григорьев М.А., Долецкий В. А. Обеспечение надежности двигателей. М.: Стандарты, 1978.- 323 с.

20. Бюллетень по обслуживанию двигателей "Cummins", N3379002-04. , 21. Извещение ВАЗ N И-9604, 1984.

21. Материалы симпозиума: European Automotive Symposium Agip, Elt., FINA, Brussels, October, 1977.

22. Материалы фирмы "Sanshin Trading Co. Ltd.", Iune, 1980.

23. Отчет НАМИ "Исследование по унификации фильтровального материала для полнопоточных масляных фильтров автомобильных двигателей". М.: 1986, apx.N 11870.25. Каталог ФИРМЫ "Fram".

24. Техническая информация фирмы "Relec".

25. Butler I.L., Steward I.F., Teasley R.E. Lube oil filtration effect on diesel engine wear. SAE Technical Paper Series, 760720.

26. Formia A., Villani F., Negro F. Double Filtration Oil Filters for Automotive Application. SAE Technical Paper Series, 1984, 840453, p. 15.

27. Номенклатура оборудования для сбора, фильтрации и регенерации отработанных нефтепродуктов. М.: 1983. 23 с.

28. Thill М. Bypass Filters. Eguipment management, Feb. 1984, p. 16-21.

29. Комплект технической информации фирмы "Triple-R Industry Co. Ltd.",1979.

30. Техническая информация фирмы "Refilco".

31. Iork M. Extending Engine Life and Reducing Maintenance through the Use of a Mobil Oil Refiner. SAE Technical Paper Series, 831317.

32. Журнал ATA N3-4, 1983.- c. 213-224.

33. Phillips O.H, Lane P.D., Shadday M.C. Diesel Engine Wear with Spin-On By-pass Lube Oil Filters. SAE Technical Paper Series, 790089.

34. Krause H, Tiede H Tribologie und Schmierungstechnik, 1984, N2, s. 96-103.

35. Кича Г.П., Свистунов H.M. Тонкая очистка масла в ДВС комбинированным фильтрованием» результаты исследований и перспективы развития. "Двига-телестроение", 1981, N12, с. 17-23.

36. Villani F., Formia A. Consiclerazioni sull'impiego della doppia filtrazione dell 'olio lubrificante sui niovi motori Diesel sovralimentati. ATA, N4, v. 40, p. 265271.

37. Fodor Т., Ling F. ASLE Lubr. Eng., 1985, N41, p. 10.

38. Автомобили КамАЗ. Инструкция по эксплуатации.

39. Бардов С. А, Волков Н.П. Касич П.Д. Агрегаты очистки масла для нового семейства дизелей ЯМЗ. "Автомобильная промышленность", 1985, N2,- с.5.

40. Технический отчет НАМИ № 1 1555, 1983.

41. Технический отчет НАМИ № 10483, 1976.

42. Brock E.K. Continued development of napeir turbochargers. Diesel and Gas Turbine Progr., 1971, N6. v. 41.

43. Григорьев M.A., Павлисский B.M. Карпенко В. В. Повышение надежности автомобильных двигателей в пусковой период. -М.: НИИНавтопром, 1979,- 76 с.

44. Щагин В. В., Овсянников В. В. Оптимальные характеристики байпасной очистки моторных масел как дисперсных систем. "Двигателестроение", 1982, N10. с. 40-44.

45. Кудрявцев Н.А», Дворкина Т.Н. Срабатываемость противоизноснон присадки к моторным маслам в процессе эксплуатации двигателей. "Химия и технология топлив и масел", 1975, N8.

46. Пасечников Н.С., Итинская Н.И., Хмелевой Н.М. Эффективность периодического добавления присадки в моторное масло. "Техника в сельском хозяйстве", 1970, N8.

47. Проспект фирмы "Internormen Filter" (ФРГ). 1984.

48. Fitch Е.С. Control of hydraulic fluid contamination. Part 3. "Hydr. and Pneum.", 1985. 36, N7, p. 38-41.

49. Пономарев H.H. Исследование дисперсного состава пылей в связи с оценкой работы воздухоочистителей. Труды НАМИ, 1961, вып. 42, 44 с.

50. Метод определения продуктов износа деталей автомобильных двигателей в работавших маслах. РД 57.001.004-82.

51. Кюрегян С. К. Оценка износа двигателей внутреннего сгорания методом спектрального анализа. М.: Машиностроение. 1966.- 152 с.

52. Жужиков В. А. Фильтрование Теория и практика разделения суспензий. -М.: Химия, 1968,- 412 с.

53. Микутенок К. А., Шкаренко В. А. Резников В.Д. Смазочные системы дизелей. -Л.: Машиностроение, 1986,- 125 с.

54. Морозов Г.А., Арциомов О.М. Очистка масла в дизелях. Л.: Машииостроение, 1971.- 192 с.

55. Никитин Г.А., Никитин А.Г., Данилов В.М. Экономия нефтепродуктов, используемых в технологических целях. -К.: Техника, 1984.- 128 с.

56. Кича Г.П., Артемьев А. К., Надежкин А. В. Оптимизация и выбор параметров тканных сеток топливных и масляных самоочищающихся фильтров. "Двигателестроение", 1984, N 11,- с. 28-30.

57. Коллинз Р. Течения жидкостей через пористые материалы. -М.: Мир, 1964,- 549 с.

58. Унификация. Выбор объектов. Методические указания.- М.: Стандарты,1984.

59. Григорьев М.А, Усанов Ю. А. Оптимизация тонкости отсева полнопоточных масляных фильтров автомобильных двигателей. "Двигателестроение", 1981, N2, с. 48-50.

60. Чанкин В.В. Спектральный анализ масел в тракторных зизелях.-М., Транспорт, 1967, 85 с.

61. Григорьев М.А., Бунаков Б. М., Долецкий В. А. Качество моторного масла и надежность двигателей. -М.: Стандарты, 1981,- 232 с.

62. Купершмидт И. В., Маев В.Е. Разработка метода определения начальной эффективности работы фильтров для очистки моторного масла. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья, 1983, N4, с. 29-32.

63. Коваленко В.П. Загрязнения и очистка нефтяных масел. -М.: Химия, 1978.-304 с.

64. Григорьев М.А., Покровский Г.П. Автомобильные и тракторные центрифуги.-М.: Машгиз, 1961.-183 с.

65. Григорьев М.А., Бабкин Г.А., Волков В.И. Классификация смазочных систем автотракторных двигателей. -М.: Двигателестроение, 1982, №1, с. 20-24.

66. Григорьев М.А., Кенжебаев С.О., Волков В.И. Комбинированные системы очистки масла дизеля. М.: Автомобильная промышленность, 1992, №7, -с. 14-16.

67. Григорьев М.А., Бабкин Г.А., Волков В.И. Автомобильные фильтры для очистки масла. М.: Автомобильная промышленность, 1986, №8, с. 26-28.

68. Gallopoulos N.E. Engine oil thickening in high-speed passenger car service. SAE Preprints., 700506, pp.13.

69. Черножуков Н.И., Крейн С.Э. Окисляемость минеральных масел. -М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной промышленности, 1955. 372 с.

70. Петрянов-Соколов И.В.,Сутугин А.Г. Аэрозоли. -М.: Наука, 1989.-144 с.

71. Черножуков Н.И., Крейн С.Э., Лосиков Б.В. Химия минеральных масел. М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горнотопливной промышленности, 1959. - 416 с.

72. Башаев В.Е., Владимиров А.Г. Потери присадок в автомобильных фильтрах тонкой очистки масла. Баку, Издательство «ЭЛМ», 1974. 112 с.

73. Пономарев H.H., Григорьев М.А., Борисова Г.В., Усанов Ю.А. Фильтры для очистки топлива и масла автомобильных и тракторных двигателей. Обзорная информация. IV Автомобильные двигатели и топливная аппаратура. -М.:НИИН-автопром, 1979.- с.44.

74. Григорьев М.А., Павлиский В.М., Карпенко В.В. Повышение надежности автомобильных двигателей в пусковой период. Обзорная информация. IV.Автомобильные двигатели и топливная аппаратура. -М.:НИИНавтопром, 1979. с.77.

75. Матвеев B.C., Оприц О.В. Фильтрование вязких растворов полимеров. -М.: «Химия», 1989.-c.208.

76. Виппер А.Б., Виленкин A.B., Гайснер Д.А. Зарубежные масла и присадки.-М.: «Химия», 1981.-е. 192.

77. Арабян С.Г., Виппер А.Б., Холомонов И.А. Масла и присадки для тракторных и комбайновых двигателей. Справочник. -М.: «Машиностроение», 1984.-c.208.

78. Плаченов Т.Г., Колосенцев С.Д. Порометрия. Л.: «Химия», 1988.-176 с.211

79. Борисова Г.В., Волков В.И. Новое поколение фильтров очистки воздуха, топлива и масла для автомобильных двигателей с использованием нетрадиционных фильтровальных материалов. -М.:Труды НАМИ, Проблемы конструкции двигателей и экология, 1998. -с.188-197.

80. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных решений.-М.: Наука, 1976.

81. Голикова Т.И., Панченко Л.А., Фридман М.З. Каталог планов второго порядка. -М.: МГУ, 1974.

82. Иванова В.М., Калинина В.Н., Нешумова Л.А. и др. Математическая статистика.-М: Высшая школа, 1981, 371 с.