автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей путем применения энергосберегающих моторных масел

С-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Владимир Васильевич

' С А- Л М И Н

УДК 621.43.001.41:665.7.004.18

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАДИННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление

и ремонт сельскохозяйственной ■ техники

АВТОРЕФЕР А 7

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

СЧ1ЕТЕРБУ1:Г-1<Ж

Работа выполнена в Пензенском сельскохозяйствешом институте и Санкт-Петербургском государственном аграрном университете

Научные руководители - заслуженный деятель науки и

техники РФ, доктор технических наук, профессор А.Е.Николаенко; • кандидат технических наук, доцент В.Ф. Китанин Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки и

техники РФ, доктор технических наук, профессор В.А. Аллилуев; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Г.Ф. Бенуа

Ведущее предприятие - НПО "Нечерноземагромаш"

(НИПТИМЭСХ)

Защита диссертации состоится " 11 " октября 1994 г. в 14 ч. 30 шш. на заседании специализированного совета К 120.37.05 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в С-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург-Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, инженерный факультет, зуд. 719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета

Автореферат разослан " ъ " сентября 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук," .

доцент . д.и. Николаев

с^т^Зч-^/д.и.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы._ Современный авторанспорт играет важную роль в развитии.всех отраслей •промышленного и сельскохозяйственного производства, оказывая огромное влияние на экономику всех стран мира и требуя значительных капитальных вложений не только в производство, разработку и совершенствование его конструкций, но и на эксплуатацию.

На современном втапе развития двигателестроения, когда индикаторные показатели двигателей доведены до уровней, близких к теоретическим, дальнейшее улучшение их эксплуатационных показателей возможно за счет уменьшения механических потерь и, в частности, потерь на трение.

Одним из путей снижения трения в ЛВС является повышение эффективности работы смазочной системы путем применения моторных Масел с улучшенными вязкостно-температурными и антифрикционными (энергосберегающими) свойствами.

В свйзи с этим весьма актуальным и выжннм является вопрос исследования влияния моторных масел различного состава на механические потери и топливную экономичность ДВС с целью улучшения эксплуатационных показателей автомобилей.

Цель исследований. Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей путем применения энергосберегающих моторных масел.

Обекты исследований. 1. Двигатель ,'№-414.10, ПО "Ульяновский моторный завод", установленный на автомобилях семейства УАЗ, эксплуатирующих«/* в хозяйствах Пензенской области. 2.Масла моторные вязкостью - 8, 10, 12, 14, 16, 20. 5э/10, 5з/12, 6з/10, бэ/12 с различными эксплуатационными свойствами. З-Присадки: Ме-талл-5, Медь-1, Медь-2, ММ, Э-201, Э-202, Э-207, Моликот-БК, ПА5М, ПАФ-5; ПАФ-6, N3, N4, ЭКОДОН, ЭКОТОП, ЭКОМИН-С, ЭК0Т0П-9, ЭК0Т0П-10, УДАВ-сибма.4.Бензин - А-76 этилированный ГОСТ 2084-77.

Научная новизна. ^Усовершенствована методика оценки жесткости работы моторных масел в карбюраторных ДВС, учитывающая неполноту сгорания топлива и механическую напряженность двигателя: 2.Обоснованы параметры и тип эталонного двигателя для исследования энергосберегающих свойств моторных мпсел; 3. Получены среднестатистические корреляционные уравнения для определения суммарной эффективности использования. опытных образцов моторных масел по расходу топлива и Механическим потерям двигателя: 4. Разработана

математическая модель и методика оценки и прогнозирования расхода топлива для эталонного ЛВС, устанавливающая связь расхода топлива с физико-химическими свойствами моторных масел и присадок, а также с режимами работы двигателя; 5. Экспериментально обоснован выбор эталонного масла для оценки энергосберегающих свойств моторных масел; 6. Получены количественные характеристики и закономер-■ ности изменения показателей' работоспособности различных композиций моторных масел и присадок, а также топливной экономичности двигателей и автомобилей.

Практическая значимость.. Усовершенствованный метод оценки энергосберегающих свойств моторных масел увеличивает воспроизводимость результатов исследований в 2 раза. Методика расчетного и экспериментального прогнозирования расхода топлива для разных композиций масел и присадок с использованием алгоритма и программы для ПЭВМ сокращает трудоемкость оценки их эффективности в 10 раз, а применение созданных композиций моторных масел и антифрикционных присадок• обеспечивает снижение расхода топлива в карбюраторных двигателях на 3-5Я5, повышение износостойкости - на 20-40Я5 и уменьшение, токсйчноети (СО) - на 2-3%- ■ "

Реализация результатов работы; Разработано и внедрено в НИИ сельского хозяйства Пензенской области ТУ 38.401814-90. Рекомендации по улучшению топливной.экономичности карбюраторных ДВС и ТУ 38.401814-90 внедрены в Пензенском областном управлении сельского хозяйства. В Пензенском АТП "Терновкаагропромавтотранс" внедрена композиция масла М-5з/10-Г1 с присадкой ПАФ-4.

Апробация. Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены на: - Всесоюзных научно-технических семинарах "Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговеч-. ности двигателей", С-Петербург, 1991-1994 гг.; - Всесоюзных сет минарах' "Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ ", Саратов, 1991 г., 1992г.; - ВДНХ СССР, выставка "От фундаментальных исследований до практического внедрения", Москва, 1991г.;' - Научных конференциях. Пензенского СХИ, Пенза, 1990, 1991, 1993 гг.; - Научно-технической 'конференции "Творчество молодых - агропромышленному комплексу", Пенза, 1992 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, общим объемом 3,4 п>л..

Структура и объем работы^ Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников и при---1 ...*.'

ложения. Текстовая часть изложена на 170 страницах машинописного текста, включает 39 иллюстраций, 11 таблиц, библиографию на 11 страницах (113 наименований отечественных и зарубежных авторов) и приложения на 27 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены новизна и положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ факторов, влияющих на топливную экономичность автотранспортных средств, проанализированы условия работы моторных масел в ДВС и пути улучшения их внергосбег регающих свойств, а также методы их оценки.

• В результате анализа установлено, что .в сельскохозяйственном производстве ежегодно расходуется до 30% бензина от общего его потребления й стране, ■ причем основным потребителем является автотранспортный парк и, в частности, карбюраторные двигатели, которые по своей топливной экономичности уступают дизелям. Повысить их топливную экономичность можно не только путем правильной эксплуатации, совершенствования конструкции, но и за счет применения моторных масел с улучшенными.эксплуатационными свойствами.

Существующие способы улучшения этих свойств моторных масел основаны на введении в масляную основу различных по назначению и физико-химическому составу присадок. При этом для повышения энергосберегающих свойств моторных масел в их состав вводят вязкостные и антифрикционные присадки (АП). Однако дальнейшее совершенствование и внедрение в производство загущенных масел и АП сдерживается не только их отсутствием в ассортименте нефтебаз, но и недостатком знаний о Механизме действия и степени влияния их на работу ДВС в условиях "реальней эксплуатации. В связи" с этим возникает Необходимость в разработке методов и средств бкеперимента-лъной оценки качества моторных масел (ММ) иАП с широким использованием математических методов и совремешшх ЭВМ.

Результаты анализа существующих методов оценки вязкостно-температурных и антифрикционных свойств (АС) ММ и АП показали, что наиболее точными и менее трудоемкими, являются стендовые методы испытаний на полноразмерных серийных • двигателях, работающих по режимам, имитирующим реальные.условия эксплуатации. В России таким методом является метод НАШ, который, по своему уровню

методической подготовленности приближается к мировым стандартам.

Исходя из цели работы и на основании проведенного анализа, состояния вопроса, в диссертации поставлены следующие задачи исследований:

- выполнить расчетно-теоретический анализ методов оценки энергосберегающих. свойств моторных масел; '

-разработать усовершенствованную методику оценки жесткости работы масла в карбюраторных двигателях, обосновать параметры и тип эталонного двигателя для исследования энергосберегающих свойств ма-• ела;

- получить среднестатистическое корреляционное уравнение для определения суммарной эффективности применения опытных образцов масла по расходу "топлива и мощности механических потерь;

- выполнить расчетно-теоретический анализ влияния физико-химических свойств моторных масел и присадок, а также режимов . работы на механические потери двигателя и его топливную экономичность;

- с использованием ЭВМ разработать математическую модель и метод прогнозирования расхода топлива с учетом физико-химических свойств моторных масел, приоадок и режимов работы автомобиля;

- создать композиции моторных масел и присадок с енёргосберегаю-щими свойствами и выбрать эталонное масло для стендовых испытаний;

- выполнить лабораторные, .стендовые и 'эксплуатационные исследования показателей работоспособности различных композиций моторных масел и присадок, а также топливной экономичности двигателей и автомобилей при реализации энергосберегающих масел;

- получить количественные характеристики и установить закономерности изменения показателей работоспособности различных композиций моторных масел и присадок, а также топливной экономичности двигателей и автомобилей в зависимости от их режимов работы и концентрации присадок в масле;

- оценить экономическую эффективность реализации -разработок.

Во второй главе приведен расчетно-теоретический анализ методов оценки' внергосберегающих свойств моторных масел с^'целью обоснования выбора эталонного двигателя и оценочного показателя.

В качестве•оценочного показателя при ранжировании двигателей по требованиям к качеству масел и условиям работы был принят критерий вескости работы масла, предложенный С.Г.Арабяном, который с использованием поправочных коэффициентов, учитывающих особенности работы двигателей с внешним смесеобразованием и, в частности, ко-

зффициентов неполноты сгорания топлива и механической иепрпжен-имеет вид:

(1)

нссти работы ДВС к£

А- [СТ/Р.2.п9 ].(и& /он).к„.кв.кн.к£. .

где Ст- часовой расход топлива при номинальной мощности ДВС, кг/ч;

Р- площадь поверхности масляной пленки, воспринимающей теплоту в

одном цилиндре, м2; г- число цилиндров двигателя; п - номинальная

(максимальная) частота вращения коленчатого вала двигателя, мин ;

Н - номинальная (максимальная) мощность двигателя', кВт; С - емко-6 м

сть масляного картера, кг; коэффициент,-учитывающий жесткость работы масла в.двигателях с турбонадцувом; коэффициент, учитывающий способ охлаждения двигателя.

На основании формулы (1) и справочных данных был произведен расчет критерия "А" и подбор закона распределения двигателей, выпускаемых в странах СНГ (рис.1). В результате обработки данных на ПЭВМ с использованием пакета прикладных программ БТАТСЖАРНКЗ, версия 2.1 было установлено, что распределение Двигателей по критерию ' жесткости подчиняется логнормальному закону,, плотность которого выражается функцией видаг

■хс, ?оЯ _ А - 5.404)' «(А) = 25^228 е

где е- основание натурального логврифча.

(2)

АхЮ

Рис.1. Теоретическое расцределет1р' ДВС-по критерий жесткости работы моторных масел . ■

По результатам проведенных расчетов в качестве эталонного двигателя для проведения стендовых испытаний моторных масел был выбран карбюраторный' двигатель УМЗ-4Т4.10 с критерием А- 141,7. так как он по критерию ■ жесткости, работы масла близок к'моде закона распределения, имеющей критерий А= 141,6. Кроме того, этот двигатель был выбран потому, что автомобили УАЗ, на которых он •устанавливается, используются и как легковые, и как грузовые автотранспортные., средства (АТС).

В первой главе было установлено, что на точность и воспроизводимость результатов стендовых испытаний оказывает ' влияние не только тип ДВС, но и оценочный показатель энергосберегающих свойств моторных масел <ЭСМ). Так как в условиях ' реальной эксплуатации на расход топлива .большое влияние оказывают нагрузочный и скоростной режимы работы "двигателя, которые являются вероятностно-статистическими .величинами, то за рубежом й в России оценку (ЭСМ) проводят на режимах, имитирующих работу ' АТС в городском цикле езды. В наиболее обобщенной форме режимы работы, характерные для эксплуатации АТС в городе, приведены в ОСТ 37.001.054-74', разработанном в соответствии с правилом ЕЭК ООН 15-04 и ГОСТ 20306-90.

Для адаптации этого цикла к стендовым условиям испытаний он был проанализирован с использованием ПЭВМ по распределению скоростей движения автомобиля (рис.2) с целью определения доли каждого скоростного режима в общем цикле испытания.

Рис.2. Гистограмма распределения скоростей движения АТС в условиях городского ездового цикла

В' результате -аналитических' исследований было получено среднестатистическое корреляционное уравнение для определения суммарной еффективности применения опытных образцов масел по расходу.

топлива, (Ж):

эСт=| нхлстг=0,:злст140,18ЛСТ2+0,ист3+0'2блс!т4+0,1б4Сте' (3)

где I =1... .5 -порядковый номер скоростного режима (рис.2); Ц^-ко-э$фициент корреляции ¿-ого скоростного режима; - относительное изменение расхода топлива на- .¿-ом режиме,.определяемое по формуле:

АСтг = <4 ' . (4)

где ц - часовой расход топлива при работе двигателя- на. контрольном (эталонном) и опытном маслах на ¿-ом скоростном режиме, кг/ч.

Также получено уравнение для определения суммарной эффективности применения опытных образцов масел по механическим потерям, (.%):

ЧлГ I °'42Л»мпэ' (5)

где I =1...3 -порядковый номер скоростного режима работы ДВС; -коэффициент коррелящш ¿-ого скоростного режима; - относи-

тельное изменение мощности мехашгаеских потерь на ¿-ом режиме, %, определяемое по формуле:

. * ..(6)

где и N° - мощность механических потерь при работе ДВС

МПЧ, МШ.

на контрольном (эталошюм) и-опытном маслах на ¿-ом скоростном, режиме, кВт. •

Так как на величину ЭСМ оказывает влияние не только нагрузочный и скоростной режимы работы ДВС, но и физико - химические свойства Ш и АП,. а также его тепловой режим, во второй главе был выполнен расчетно-теоретический анализ влияния этих, свойств и режимов работы двигателя на его механические потери и топливную экономичность.

Для исследования механизма действия смазочной среды втрибо-сопряжениях. ДВС было использовано уравнение энергетического . баланса при трении в среде исследуемого материала, предложенное Ф.Н. Авдонькшшм:

0 = САр , (7) '

где 0 - количество теплоты, отданной смазочному материалу, кДж/ч; С - коэффициент' пропорциональности, учитывающий долю мощности трения, отданной в виде теплоты маслу в цилиндре ДВС; ИТр~ мощ-

иость трения, кВт.

В результате произведенных, подстановок формула (7) была преобразована для вычисления мощности механических потерь '(Нш) и представлена в следующем виде:

Ммп=2( V Qx)/Co= V V+RTn(^ У)' <8>

где z - число цилиндров ДВС; Оу- физическая теплота, затраченная на разогрев масла, кВт; Q^-химическая теплота, выделившаяся (поглощенная) в результате действия ill, рассчитываемая по уравнению Вант-Гоффа, кВт;. 5 -коэффициент, учитывающий изменение механических потерь ДВС в зависимости от температуры охлаждающей жидкости; См. -изобарная теплоемкость масла, кДж/кг-К; рц- плотность, масла, кг/м3; Vm - объемная подача масла в зону трения цшшндро-порище-вой группы, м3/ч; Тп~ температура масляной пленки в зоне тре1шя, К; Тц- температура масла в картере двигателя. К; R - универсаль- . ная газовая постоянная, кДж/кмоль -К; С -концентрация присадки, it; Кр- константа химического равновесия.

Для определения влияния QCU и АП на расход топлива.(Gj) била использована формула:

V 3,6(Ымп+V/Hu'"i ' (9)

где Ne- аффективная мощность двигателя, кВт; Ни - низшая теплота

сгорания топлива, МДж/кг; г)^ -индикаторный к.п.д. двигателя.

После подстановки уравнения (8) в (9) была получена зависимость, связывающая изменение расхода топлива с режимами работы ДВС, а также с теплофизическими.и химическими свойствами ММ й АЛ:

V Лг^И СцзЕооУм V)+ (10)

где у - постоянная, у =3,6/Ни; .Ки - поправочный коэффициент для приведения GT к стандартным атмосферным условиям, определяемый'по ГОСТ 14846-81.

Для расчета и прогнозирования изменения топливной економич-ности А'ГС семейства УАЗ в условиях эксплуатации в зависимости от теплофизических и химических свойств ММ и АП, а. такжа дорожных и атмосферных условий, были разработаны алгоритм и программа для ПЭВМ PC/XT по расчету путевого расхода топлива, определяемого по фор-

"уле: Q ,-ь. IQOQ-Mto - 30?) • ■ (1 J

ao « Pi<1-K.'(tB - 30)) ?• . '

где кц- коэффициент пересчета расхода топлива Qr,Q из условий го— . родского ездового цикла в шоссейный, сельскохозяйственный или др.; 8

рт -' плотность топлива при нормальных условиях, кг/л; К" - поправочный коэффициент, определяемый по ГОСТ 20306-90; Х.о - стандартная температура воздуха по ГОСТ 20306-90,°С; 1в - температура воздуха при эксплуатации АТС,"С; п - общее количество ¿-х промежутков времени за весь .ездовой цикл; С часовой расход топлива за ¿-ый промежуток времени цикла, определяемый по уравнению (10), кг/ч; - скорость АТС за ¿-ый промежуток времен, ш/ч.

Расчет скоростей У^ производился на ПЭВМ то уравнениям вида:

где коэффициент, учитывающий изменение.скорости АТС в ¿-ом диапазоне движения; VII -начальная (средняя) скорость движения. АТС в ездовом цикле, км/ч; а^-коэффициент, учитывающий величину ускорения (замедления) в ¿-ом диапазоне; ~ соответственно начальное и конечное время в ¿-ом диапазоне цикла, с.

Результаты раечетно-теоретического анализа позволили обосновать основные параметры эталонного ЛВС и оценочного показателя для стендовых-испытаний ММ, а таюке разработать математическую модель и программу для расчета и прогнозирования изменения топливной экономичности АТС в условиях эксплуатации с учётом влияния ЭСМ и режимов работы ДВС. .

В третьей главе приведены оощая и частная методики экспериментальных исследований, дано описание экспериментальных установок и применяемой аппаратуры. -

Методикой стендовых исследований предусматривалось: .

- усовершенствовать стендовый метод испытаний ММ по определению влияния ЭСМ на топливную экономичность карбюраторных ДВС;

.- с помощью усоворшенствоватюго метода стендовых испытаний ЭСМ провести рашшровашш ММ с налью выбора эталонного масла и выполнить метрологическую экспертизу метода;

- с использованием усовершенствованного метода, а также путем снятая нагрузочных, скоростных и режимных характеристик исследовать влияние нагрузки, скорости, температуры масла, концентрации присадки.и вязкости на расход топлива и механические потери.двигателя УМЗ-414 - Ю;

1 на основании разработанного метода (ТУ 38.401814-90, РД-50--673-88) провести подбор рациональных составов ММ и АП, а также исследовать их влияние на износ и токсичность ДВС.

• МетодикеЯ лабораторных исследований предусматривалось изучение теплофизических свойств ММ и, в частности, получение мате-

чшлес*'--,. зависимостей плотности, вязкости, теплоемкости и коеф-¡Ьадента теплопроводности ШЛ от температуры. ■

Методика эксплуатационных исследова1£ий предусматривала проверку энергосберегающих свойств подобранных .композиций ММ и АП как в условиях установившегося и неустановившегося движения АТС (ГОСТ 20306-90), так и в условиях реальной' вксплуатации по ГОСТ 17510-79. Кроме того, методикой предусматривалась проверка точности результатов испытаний ММ в соответствии с ТУ 38.401814-90 и аналитических зависимостей (1.0) и (11), а также исследование скорости срабатывания щжс&дкн.

Сравнительные стендовые испытания проводились на тормозной установке Кв-56-4, оборудованной по ГОСТ 14846-81 всеми необходимыми контрольно-измерительными приборами и- специальными устройствами в соответствии с ТУ 38-401814-96. . ' '

Лабораторные исследования выполнялись по ГОСТ 3900-78 (определение плотности бензина и масел) и ГОСТ 33-82 (определение вязкости масел). Для определения теплоемкости и коэффициента теплопроводности смазочных материалов использовались установки ИТ-С-. -400 и ИТ-1-400.

Исследования в условиях вксплуатации проводились с. использованием специально разработанного измерительно - регистрирующего комплекса для дорожных испытаний АТС на автомобилях семейства УАЗ, работающих в условиях Пензенской области.

Обработка результатов испытаний Проводилась на ПЭВМ с использованием пакета прикладных программ ЗТАТОНАРНЮЗ, версия 2.1.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований.

По результатам стендовых испытаний ММ повышенной и' пониженной вязкости на 2-4 мм2/с (по методу НАМИ) установлено, что по отношению к маслу М-10-В1 расход топлива повысился на 1,5—4Я6, при отом мощность механических .потерь увеличилась на 4-16$.

Испытания масла М-10-В1 с металлоплакирующими присадками:' Металл-5, МеДь-1, Медь-£, БДМ показали, что только ЕДМ снижает расход-топлива на 3-4&. а остальные лишь уменьшают■износ деталей ДВС и способствуют восстановлению геометрии поверхности трения деталей кривоншпно-шатунного механизма. Так, после 120 часовых испытаний присадок Металл-5. Медь-1, Медь-2, БДМ результаты микрометража и взвешивания деталей показали, что износ гильз цилиндров во всех поясах и сечениях не превышал 0,02-0,04 мм, юбки поршня-

- 0.01-0,02 мм, шеек коленчатого вала - 0.02 мм, а потеря ' массы вкладышей составила 0,35 - 0,71 г, компрессионных колец - 0,19 -0,26 г. .'•"■'

В ходе испытаний масла М-10-В1 с присадками ПАФ-4, 3% Э--207, Э-202, Э-201 и 2% Моликот-БК было установлено, что при температуре масла 80° и 90° С присадки Э-201, Э-202 и Моликот-БК дают ощутимую экономию топлива от 1,8 до 3,8% только- при полной загрузке ДВС, а присадки ПАФ-4 и Э-207 - от 5,1 до 6% практически во всем диапазоне нагрузок. Исследование влияния присадки ПАФ--4. на износ двигателя показало, что износ гильз цилиндров через 120 часов испытаний составил 0,01-0,02 ш, юбки поршня -0,01 мм, .износ коренных и шатунных шоек не обиаруасен, а потеря массы вкладышей составила 0,06-0,1 г, поршневых колец - 0,03-0,06 г.

Сравнительные испытания загущенных масел М-5э/10-Г1, М-6з/10--В, М-6з/12-Г1, МТ-5э/10-Д и масла М-10-Гак по отношению к маслу М-8-В1 показали, что при температуре масла 80°и 90°С загущенные масла повышают топливную экономичность ДВС (за счет улучшенных вязкостно-температурных свойств) в среднем на 3-5%.

Введение присадки ПАФ-4 в масло М-8-В1 (ОМСК-4) и М-8-В1 в концентрации 2% (по массе) повысило топливную экономичность двигателя УМЗ-414.10 соответственно на 4 и 5% по сраенению с маслом М-10-Вэ, что свидетельствует о высокой степени антифрикционности присадки ПАФ-4. .

В результате проведенных исследований по методу НАШ было установлено, что для двигателя УМЗ-414.10 в качестве эталонного масла должно бытБУ использовано М-5з/10-1Ч. С целью интенсификации индукционного периода и эффекта последействия АП обкатку двигателя следует проводить при температуре масла 90°С на режимах по методу НАШ трехчасовыми циклами, а оценку ЭСМ и присадок необходимо выполнять как при 80°С, так и при 90°С. Для повышения сходимости и воспроизводимости полученных результатов необходимо ужесточить требования к точности измеряешх и регулируемых параметров. В ходе исследований было также установлено, что на точность оценок ЭСМ оказывает влияние наработка (Т) двигателя, при этом изменение среднего суммарного расхода топлива (кг/ч) может быть учтено с помощью полученных при испытаниях математических зависимостей и, в частности, для масла М-5э/10-Г|! -при температуре масла 80°С

(Т = 4,67 +• О, 0014 -Т , .• (13)

-при температуре масла 90"С

0Т = 4.64 + 0, 0019-1' , ■ ' (14)

После доработки метода НАШ и проведения его метрологической экспертизы основные положения, усовершенствованного метода вошли в ТУ за.401814-90.

Исследования моторных масел М-бз/12-П и М-6э/10-В с присадками ПАФ-4, ПАФ-6, N3 и N4 по методу (ТУ 38.401814-90) показали, что введение данных присадок в состав загущенных масел улучшает топливную экономичность ДВС от 1 до 6%, причем эффективность действия каждой присадки зависит не только от температуры масла, но и от ее концентратш (рис.3). Кроме того, введение АЛ в состав'ММ позволило уменьшить токсичность двигателя на 2-4%.

Рис.3. Гистограмма влияния АП в составе масла М-63/12-Г1 на снижение расхода топлива двигателем УМЗ-414.10

В ходе экспериментальных исследований было также установлено, что зависимость расхода топлива и мощности . механических потерь ДВС от концентрации присадки и температуры масла б картере имеет параболический характер, причем.с увеличением скоростного режима на'каадые 100 мин"1 температура масла, при которой эти показатели принимают минимальные значения,', смещается в область.меньших значений на 1°- 1,5°С, а увеличение нагрузки на ДВС приводит лишь к обшему приросту расхода топлива и практически не влияет на величину механических потерь.

Испытания масла М-5з/Т0-Г1 с товарными присадками серии ЭКО-МИН и 0К0Т0П, а также масел М-63/12-Г1 (товарное), М-6э/12-Г1

ЛКАМАЗ) и М-5э/12-П йоказалн, что наибольшей эффективностью по снижению расхода топлива, мощности механических потерь и СО, по сравнению с эталонным маслом, обладают масла: М-5з/Ю-Г1 И ЭК0Т0П-9, М-5з/10-Г1+0,8Я6 ЭК0Т0П-10 и М-5э/12-Г1:'. Средняя эффективность присадок ЭКОТОП и ЭКОМИН в эталошюм масле составляет по расходу топлива 2-4Я, по мощности механических потерь-6-13#, а по снижению СО - 2-3$. . . ' • • •

На основании лабораторшх-исследований теплофизических свойств масел М-8-В1, М-5э/10-Гд, М-63/12-Г1 и М-6з/10-В были получены математические зависимости плотности, вязкости, теплоемкости .и коэффициента теплопроводности этих масел от температуры, которые бага использованы -для расчета и прогнозирования изменения топливной экономичности и мощности механических потерь карбюраторных двигателей'семейства УМЗ. .

При проведении исследований композиций ММ и АЛ (подобранных при стендовых испытаниях) в условиях эксплуатации в соответствии с ГОСТ 20306-90 было установлено, что при установившемся движении АТС моторные масла М-5з/10-Г1, М-63/12-Г1 улучшают топливную экономичность автомобилей УАЗ • по сравнешно с маслом М-8-В1 соответственно на 3,2 и 336. а М-5э/1СКГ1 + 1$ ПАФ-4 и М-6з/12-Г1+1$ ПАФ-4 _ соответственно на 4,8 и 5,156, причем наибольшую эффективность данные ММ имеют в области низких и высоких скоростей движения автомобиля. В условиях неустановившегося движения данные масла и присадка также уменьшают расход топлива, однако эффективность их. энергосберегающих свойств несколько ниже и составляет в среднем 2-3%, что связано с разрушением масляной-пленки и модифицированных слоев под действием больших динамических нагрузок, а также с увеличением потерь мощности В трансмиссии. В. результате испытания моторного масла М-5э/10-Г1+1% ПАФ-4 в условиях реальной эксплуатации (проводимого по ГОСТ 17510-79) было установлено^ что эффективность масла с присадкой по расходу топлива по сравнению с Ы-5з/Ю-Г1 составляет 2,9%, что. меньше ла по сравнению с результатами стендовых испытаний. Снижение эффективности действия ММ и АЛ связано как с условиями и режимами эксплуатации, так и с износом ЛВС и срабатыванием присадки.

В результате эксплуатационных испытаний ММ с АП было установлено, что в процессе работы автомобиля полное срабатывание присадок происходит через 6-7 тыс.км. пробега, при этом коэффициент срабатываемости присадки ПАФ-4 в масле М-5э/10-Г1 составля-

0,0014 г/км пробега.

Расхождение расчетных значений эффективности ЭСМ по разработанной методике прогнозирования с эксплуатационными результатами' составляет 5-756. Таким образом, методика прогнозирования рекоме--ндуетоя для использования, при ¡этом продолжительность испытаний сокращается в 10.раз. ■

По результатам экспериментальных исследований разработана технология стендовых и эксплуатационных испытаний ММ и АП, а также рекомендации по улучшению эксплуатационных показателей- АТС путем применения ММ с улучшенными энергосберегающими свойствами..

В пятой главе приведены расчеты экономической эффективности от внедрения стендового метода оценки ЭСМ и Ali, а та1сже от использования масла М-5э/10-1Ч с присадкой 1% ПАФ-4 в условиях реальной эксплуатации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. По результатам выложенных исследований разработаны усовершенствованный метод и технология оценки ЭСМ и АП. Основные положения метода вошли в ТУ 3Q.401S14-90.

2. Установлено, что распределение автотракторных двигателей по усовершенствованному критерию же.сткости работы ММ подчиняется логнормальному закону распределения с модой А =141,6. Наиболее близко этому значению моды соответствует двигатель УМЗ-414.10, который принят в качестве эталонного для оценки ЭСМ и АП по методу ТУ 38.401814-90, при етрм для оценки ЭСМ и АН по методу в качестве эталонного необходимо использовать масло М-5э/10-Г1.

3. В результате расчетно-теоретического анализа (с использованием ПЭВМ) скоростных и нагрузочных режимов работы автомобилей полной массой до 3,5 тонн, испытываемых в соответствии с ГОСТ 20306-90, установлен экспоненциальный закон распределения основных скоростей движения АТС и получены уравнения для определения среднестатистического расхода топлива и мощности механических потерь эталонного двигателя, в стендовых условиях, имитирующих' городской режим эксплуатации автомобилей, а тдкже paspa-. ботана математическая модель,■алгоритм и программа .для прогнозирования влияния ММ и АП на топливную экономичность АТС в условиях эксплуатации.

4- На основании экспериментальных исследований в соответствии с. ТУ 38.401814-90 разработаны рациональные композиции ИМ и АП,

применение которых в условиях реальной эксплуатации обеспечивает повышение топливной экономичности на 0,79 л/100 км пробега автомобиля, что составляет 2.9Я экономии топлива. Подобранные композиции Ш и присадок! М-5з/10-ГI+1& ПАФ-4, М-6э/12-Г1 + 15{ ПАФ-4, М-5э/10-Г»+1,5* ЭКОТОПТ9, М-5з/10-Г1 + 1« ПАФ-5К, М-6з/10-В + 1% ПАФ-4-улучшают эксплуатационные, показатели двигателя УМЗ-414.10 по сравнения с эталонным маслом и обеспечивают уменьшение мощности механических потерь на 9-28&, повышают экономичность ДВС на 3-5%, снижают износ двигателя на 20-40!?, а его токсичность (СО) на 2-3%. '

5.Расхождение расчетных значений эффективности ЭСМ по разработанной методике прогнозирования с эксплуатационными результатами составляет 5-7Я5. Таким образом, методика прогнозирования • рекомендуется для использования, при этом продолжительность испытаний сокращается в 10 раз.

.6.Рациональной с точки зрения вконоютческой целесообразности, и эффективности действия АП серии ПАФ и их производных является концентрация 1-1,Ъ% (по массе). Наибольшую эффективность они проявляют в маловязких и низкокомпонентных (по составу входящих в них присадок) маслах при работе карбюраторных ДВС на-пониженных и повышенных скоростных, нагрузочных и тепловых режимах. ЭСМ и АП в этих условиях повышаются с 2-3& до '4-756.

7.Усовершенствованная методика оценки ЭСМ и присадок, а также рекомендации по улучшению топливной экономичности автомобилей путем.применения ЭСМ внедрены в НИИ сельского хозяйства Пензенской области и н*11ензенском областном сельскохозяйственном управлении; подобранная композиция масла М-5э/10-Г1 с присадкой ПАФ-4 внедрена в АТП "Терновкаагропромавтотрапс" -г. Пенза. Экономическая эффективность внедрения разработанного метода ТУ-38.401814-90 составляет 280 тыс. руб., а кошозиции масла М-5з/10-Г1 с приса-. дкой ПАФ-4 - 36 тыс. руб. на одну тонну. (Расчеты выполнены в ценах до 1.04.90 г.). ...

- Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Оценка влияния моторных масел различного состава на расход топлива по методу НАМИ на двигателе УМЗ-414.10: Отчет о НИР (заключит.) /Пензенский СХИ. N ГРО1890059261; Инв. N 029.00019271--Пенза, 1989. -113 о-

'2. Разработка методики-по. влиянию вязкостно - температурных ■

свойств моторных масел на показатели- двигателя / В.Ф.Китанин,

A.II.Уханов, В.В.Салмин, Г.Б.Тургенев //Тез. докл. научн.-техн. конф. "Достижения науки - сельскохозяйственому производству". -Пенза, 1990. -С.53-54. - •

3. Влияние моторных масел различного состава на расход топлива/ В.Ф.Китанин, А.П.Уханов, В.В.Салмин, С.В.Тимохин //Сб. Научи. трудов ВСХИ. -Волгоград, 1991. -С.15-20.

4. Китанин В.Ф., Уханов А.П., Салмин В.В. Количественная оценка влияния состава моторных масел на топливную экономичность двигателя в зависимости от температурного режима//Тез. докл. Всес. научн.-техн.-семинара /ЛСХИ. -Л., 1991. -С.116-117.

5. Салмин В.В. Влияние моторных масел на топливную экономичность двигателя в зависимости от режимов эксплуатации// Тез. докл. научн. конф.: "Творчество молодых - агропромышленному комплексу". -Пенза, 1992., -С.81-82. ' .

6. Китанин В.Ф., Уханов А.П., Салмин В.В. Зависимость расхода топлива карбюраторного двигателя от концентрации присадки -в моторном масле// Сб. научн. трудов СИМСХ. -Саратов, 1992. -С.103.

7. Китанин В.Ф., Уханов AB.П., Салмин В.В. Оценочный показа-атель эффективности энергосберегающих свойств моторных масел //Тез. докл. научн.-техн. семинара стран СНГ /С-ПГАУ. - С.-Петербург, 1992. -С.89. ' . '

8. Китанин В.Ф., Уханов А.П., Салмин В.В. Влияние масла на расход топлива//Автомобильная промышленность. -1993. N1, с.25-26.

9. Китанин В.Ф., Уханов А.П., Салмин В.В. Повышение топливной экономичности карбюраторных двигателей применением моторных масел улучшенного состава//Тез. докл. научн.-техн. семинара стран СНГ /С-ПГАУ. -С.-Петербург, 1993. -С.13-15.

10. Китанин В.Ф., Уханов А.П., Салмин В.В. Моторные масла с улучшенными энергосберегающими свойствами// Сб. научн. трудов-СИМСХ. -Саратов., 1993. -С.24-28.

11. Прогнозирование влияния энергосберегающих свойств моторных масел й присадок на топливную экономичность карбюраторных ДВС в условиях эксплуатации / В.В.Салмин -Пенза, - 1994. 4 с. -(Информ. листок/-Пензенский ЩГГИ, N17-94).

12-. Влияние наработки двигателя на . расход топлива при .оценке • энергосберегающих^свойств моторных масел и присадок/ В.Ф. Китанин

B.В. Салмин -Пенза, 1994. 4 с. -(Информ. листок/ Пензенский ЦНТИ, 1122-94).

13. Влияние нагрузочного, скоростного и теплового' режимов работы двигателя на изменение энергосберегающие свойств моторных: масел/ В.В.Салмин'-Пенза, 1994. 4 с. -(Информ. листок/ Пензенский ЦНТИ, .N23-94).

14. Результаты исследования влияния моторных масел и присадок на топливную экономичность карбюраторных ДВС /В.Ф.Китанин, В.В. Салмин, Е.М.Мещерин -Пенза, 1994. 4 с. - (Информ. листок/ Пензенский ЦНТИ, N44-94).

15.- Влияние концентрации присадки и температуры масла на механические потери и'топливную экономичность ДВС / А.В.Николаепко, В.Ф.Киташш, В'.В.Салмин -Пенза, 1994. 4 с. - (Информ. листок/Пензенский ЦНТИ. N143-94).

16. Исследование влияния срабатнваемости присадок и наработки АТС на топливную экономичность / А.В.Николаепко, В.ф.Китанин, В.В.Салмин -Пенза, 1994. 4 с. -(Информ. листок / Пензенский ЦНТИ, N149-94).

17.' Совершенствование метода и стенда для оценки энергосберегающих свойств моторных масел и присадок/А.В.Николаенко, В.В.. Салшш -Пенза, 1994. 4 с. - (Информ. листок / Пензенский ЦНТИ, N150-94).

18 Китанин В.Ф., Салмин В.В. Рекомендации по улучшению топливной экономичности автомобилей путём применения моторных масел улучшенного состава. -Пенза: ЦНТИ, 1994. -22 с,-

19. Николаенко A.B., Китанин В.Ф., Салмин В.В. Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей путем применения энергосберегающих моторных масел// Тез. докл. научи*- техн. семинара стран СНГ /С-ПГАУ. -С.-Петербург, 1994'. -С. 18-22.'

Подписано к печати 28.06.94 Формат 60x90 1/1Ó п.л.1 Тираж 100. Заказ N -T3Í

Подразделение оперативной полиграфии Пензенского ЦНТИ