Eng
Главная Двигатели Результаты стендовых испытаний на дизельном двигателе КАМАЗ-740.10 (СПбГПУ, 2006...
Последний документ


Патент № 2415176


Научное руководство



Зуев Валерий Владимирович

Доктор геол.-минер. наук, академик РАЕН, автор четырех научных открытий, в которых выявлены новые энергетические подходы к объяснению и предсказанию физико-химических свойств минеральных и других кристаллических веществ

Рекомендательное письмо...


Кто на сайте
Сейчас 51 гостей онлайн
Результаты стендовых испытаний на дизельном двигателе КАМАЗ-740.10 (СПбГПУ, 2006)

ФГОУ «Санкт-Петербургский государственный Политехнический университет»
Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»

ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ
по научно-исследовательской работе

Экспериментальное исследование влияния триботехнического состава «ТСК-В» на показатели работы автомобильного дизельного двигателя КАМАЗ-740.10

Зав. кафедрой ДВС, к.т.н., профессор Галышев Ю.В.
Санкт-Петербург, 2006

1. Цель проведения работы

Целью проведения настоящей работы является экспериментальное исследование влияние триботехнического состава «ТСК-В» на основные показатели работы автомобильного дизельного двигателя КАМАЗ-740.10 – эффективную мощность, расход топлива, скорости износа.

В процессе работы использовались оборудование и расчетно-экспериментальные методики исследования рабочих процессов в ДВС, разработанные на кафедре Двигатели внутреннего сгорания Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

2. Объект исследований

В качестве объекта исследований был выбран дизельный автомобильный двигатель КАМАЗ-740.10 (8Ч 12/12) производства АО «КАМАЗ». Данный двигатель предназначен для установки на большегрузные автомобили и является одним из наиболее распространенных в России.

3. Описание испытательного стенда и измерительной аппаратуры

Моторные испытания двигателя КАМАЗ-740.10 проводились на испытательном стенде лаборатории ДВС кафедры Двигатели внутреннего сгорания СПбГПУ.

Стенд оснащен системами, обеспечивающими его функционирование при всех режимах испытаний, а также контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой, позволяющей контролировать и регистрировать все необходимые для работы и проведения исследования параметры двигателя и его систем (системы топливоподачи, охлаждения и т.д.).

Инструментальные погрешности замеров:

Частота вращения коленчатого вала, % – 1,0
Крутящий момент, нм – 0,5
Расход топлива, % – 0,5
Дымность ОГ, % – 2,0

4. Программа испытаний

Программа проведения испытаний включала в себя:

  • обмер деталей, взвешивание поршневых колец и вкладышей подшипников коленчатого вала;
  • переборка двигателя с установкой в него изношенных узлов трения (цилиндро-поршневых групп), предоставленных Заказчиком;
  • монтаж и наладку стенда с двигателем КАМАЗ-740.10;
  • начальную обкатку двигателя до стабилизации параметров с периодическим отбором проб масла для спектрального анализа;
  • проведение базового цикла испытаний со снятием характеристик двигателя (нагрузочных при 1200, 1700 и 2200 об/мин и характеристики холостого хода);
  • частичную разборку двигателя, снятие микропрофилей поверхностей трения, обмер и взвешивание деталей узлов трения;
  • обработку двигателя триботехническим составом «ТСК-В»;
  • проведение цикла длительных испытаний с замером контрольных характеристик двигателя и отбором проб масла;
  • снятие итоговых характеристик двигателя;
  • разборку двигателя, обмер, снятие микропрофилей поверхностей, взвешивание;
  • спектральный анализ проб масла;
  • обработку результатов испытаний.

Обработка дизеля препаратом «ТСК-В» проводилась специалистами фирмы «Нефтепродукт».

5. Результаты испытаний

Ниже приведены результаты обработки экспериментальных данных, полученных в ходе проведения испытаний.

5.1. Характеристика холостого хода. Динамика изменения мощности механических потерь в процессе приработки дизеля

Ниже, в табл. 1 приведены характеристики холостого хода дизеля КАМАЗ-740.10, замеренные на различных этапах испытаний.

Таблица 1. Изменение часового расхода топлива и мощности механических потерь двигателя КАМАЗ-740.10 в процессе прикатки с триботехническим составом «ТСК-В»

Из полученных результатов видна динамика работы состава «ТСК-В». На начальном участке приработки заметно определенное уменьшение мощности механических потерь, достигающее максимума в области 22...27 моточасов работы дизеля. В этот период в зависимости от режима работы, уменьшение мощности потерь трения составляет 3...18%. В это же время происходит стабилизация компрессии по всем цилиндрам (табл. 2, рис. 2). В целом, рост компрессии в процессе приработки двигателя с составом «ТСК-В» составил от 5.0 до 8.5 кг/см2 в зависимости от начального состояния ЦПГ. Неравномерность компрессии по отдельным цилиндрам снизилась с 5 до 2 кг/см2.

Таблица 2. Динамика изменения компрессии в цилиндрах двигателя КАМАЗ-740.10 в процессе обработки составом «ТСК-В»

Рис. 1. Изменение мощности механических потерь при работе двигателя КАМАЗ-740.10 по характеристике холостого хода в процессе приработки с составом «ТСК-В»

Рис.2. Динамика изменения компрессии в цилиндрах левого блока двигателя КАМАЗ-740.10 в процессе приработки с составом «ТСК-В»

Данные замеров давления масла в процессе приработки двигателя с составом «ТСК-В» приведены в табл. 3.

Таблица 3. Изменение давления масла в двигателе КАМАЗ-740.10 в процессе его обработки составом «ТСК-В»

Полученные результаты свидетельствуют о существенном улучшении условий работы подшипников коленчатого вала двигателя после его обработки составом «ТСК-В», что, очевидно, является следствием улучшения качества рабочих поверхностей подшипников.

5.2. Испытания по нагрузочным характеристикам

Испытания проводились для трех частот вращения коленчатого вала – 1200, 1700, 2200 об/мин в диапазоне нагрузок от 0.0 до 0.8 от номинальной. Результаты испытаний проиллюстрированы рис. 3-5.

Рис. 3. Зависимость удельного расхода топлива от нагрузки на двигатель КАМАЗ-740.10 при работе по НХ, n=2200 об/мин на различных стадиях обработки составом «ТСК-В»

Рис. 4. Зависимость механического к.п.д. от нагрузки на двигатель КАМАЗ-740.10 при работе по НХ, n=1200 об/мин на различных стадиях обработки составом «ТСК-В»

Рис. 5. Зависимость дымности отработавших газов от нагрузки на двигатель КАМАЗ-740.10 при работе по НХ, n=1200 об/мин на различных стадиях обработки составом «ТСК-В»

По результатам испытаний можно сделать следующие выводы:

  • Подтверждается вывод о благоприятном влиянии обработки двигателя триботехническим составом «ТСК-В» на показатели работы узлов трения дизеля. Особо заметен рост величины механического к.п.д. в зоне малых нагрузок, где доля потерь трения в общем балансе мощности двигателя наиболее велика. Это приводит к существенному повышению эффекта снижения удельного расхода топлива в зоне малых и средних нагрузок, характерных для городского цикла эксплуатации автомобиля.
  • Каких-либо нарушений штатных параметров работы двигателя после его обработки триботехническим составом «ТСК-В» отмечено не было.
  • Некоторое обеднение топливовоздушной смеси, необходимое для достижения эквивалентной мощности двигателя, отмеченное после обработки двигателя, способствует существенному (до 25...30%) снижению дымности отработавших газов. Кроме того, уменьшение дымности, очевидно, связано с улучшением уплотнения ЦПГ, о чем свидетельствует рост компрессии.
  • Положительный эффект обработки наблюдается в зоне 22...27 моточасов после ввода состава.

6. Результаты спектрального анализа проб масла, отобранных на различных стадиях испытаний

Согласно методике, используемой при проведении испытаний, отбор проб масла производился на двух стадиях испытаний – при прикатке двигателя до обработки триботехническим составом с целью накопления информации по базовым кривым накопления продуктов износа; и на стадии прикатки двигателя после обработки – с целью сбора информации о влиянии триботехнического состава «ТСК-В» на процессы износа двигателя. Данные спектрального анализа проб масла сведены в табл. 4.

Таблица 4. Результаты спектрального анализа проб масла, отобранных на различных этапах испытаний

Полученные данные свидетельствуют о следующем:

  • Обработка двигателя триботехническим составом «ТСК-В» приводит к снижению скорости накопления продуктов износа по мягким металлам (свинец, алюминий, олово, медь) в масле. Одновременно с этим наблюдается увеличение содержания в масле кремния, а также твердых металлов – железа и хрома.
  • Анализ динамики накопления продуктов износа в масле выявляет практически постоянную скорость износа сопряжений трения на базовом цикле обкатки, что свидетельствует об отсутствии явления катастрофического износа двигателя. После обработки характер изменения концентрации металлов в масле меняется. Наблюдается резкий рост концентрации продуктов износа в начальный период обработки, что, очевидно, связано с развивающимися процессами микрошлифовки.

Приложение. Микрофотографии поршневых колец и вкладышей до и после обработки составом «ТСК-В»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
по результатам испытаний триботехнического состава «ТСК-В»

По заданию ООО «Нефтепродукт» (х/д 140301603 от 14.03.2006 г.) в апреле-мае 2006 года в лаборатории кафедры двигателей внутреннего сгорания Санкт-Петербургского государственного политехнического университета были проведены стендовые моторные испытания, целью которых было выявление эффективности обработки автомобильного дизельного двигателя КАМАЗ-740.10 триботехническим составом «ТСК-В».

Результаты проведенной работы выявили, что основной положительный эффект от применения триботехнического состава «ТСК-В» достигается за счет:

  • микрошлифовки поверхностей трения с образованием защитного металлокерамического слоя, обладающего низкими коэффициентами трения и износа;
  • улучшения условий работы пар трения двигателя, повышения несущей способности поршневых колец и подшипников коленчатого вала, сокращения или полной ликвидации зон граничного трения;
  • дополнительный эффект достигается за счет снижения уровня протечек рабочего тела из камеры сгорания картер двигателя, а также, возможно, за счет повышения эффективности смесеобразования в пристеночной фазе за счет повышения температуры топливной пленки, осевшей на стенках цилиндра при впрыске на режимах высоких нагрузок;
  • роста эффективного к.п.д двигателя, обеспечиваемого вышеуказанными факторами.

При испытаниях дизельного двигателя КАМАЗ-740.10 после его обработки триботехническим составом «ТСК-В» было зафиксировано:

  • повышение и выравнивание компрессии по всем цилиндрам двигателя (табл.2 и рис.2);
  • увеличение давления масла в системе смазывания двигателя в среднем на 0,5 кг/см2 (табл.3);
  • снижение уровня шероховатости поверхностей трения на 30...50%, выравнивание глубоких дефектов трения;
  • увеличение мощности двигателя при фиксированном положении рейки топливного насоса на режимах скоростных характеристик на 1...3% в зависимости от частоты вращения коленчатого вала за счет эквивалентного снижения мощности механических потерь (табл.1);
  • снижение расхода топлива, составившее 13...15% на режимах холостого хода и 2...4% на режимах работы двигателя со средней и большой нагрузкой (табл.1, рис.3);
  • в пересчете на среднестатистический цикл эксплуатации большегрузного карьерного самосвала, полная экономия топлива может составить 5...11% за смену;
  • снижение дымности отработавших газов на 10...35% во всем диапазоне нагрузочных характеристик (рис.5);
  • снижение скорости износа основных сопряжений трения двигателя на 30...45%, достигаемого после начального периода обработки двигателя (табл.4).

ПИСЬМО
на № 14/НП от 6 марта 2006 г.

Генеральному директору
ООО «Нефтепродукт»
г-ну А.А. Яковлеву

Рассмотрев Ваше письмо от 06.03.06 г. № 14/НП кафедра ДВС СПбГПУ подтверждает возможность и целесообразность расширенного применения восстанавливающих антифрикционных препаратов (ВАФП) не только для двигателей внутреннего сгорания, но и для узлов трансмиссии силовых установок транспортных систем с целью решения задач частичной компенсации износа, снижения потерь трения и повышения износостойкости пар трения и зубчатых зацеплений.

Наиболее пригодными для целей использования обработки узлов трансмиссии считаем препараты группы геомодификаторов трения, в частности, композицию ТСК-В.

Механизм действия препаратов этой группы при обработке узлов трансмиссии полностью повторяет принцип его воздействия на двигатель - микрошлифовка поверхностей трения с образованием упрочненного металлокерамического слоя, обладающего повышенными антифрикционными и противоизносными свойствами. Более того, препараты группы геомодификаторов трения, в частности, ТСК-В, в условиях трансмиссии работают более эффективно, чем в узлах трения ДВС. Это обусловлено примерно одинаковой поверхностной твердостью рабочих зон зубчатых зацеплений, более стабильной интенсивной механической нагрузкой, простотой подвода активного материала препаратов в зону трения, отсутствием выраженного температурного фактора воздействия.

Следует отметить, что в настоящее время технологии обработки узлов трансмиссии препаратами группы ГМТ являются наиболее обоснованными и широко используемыми в практике применения ВАФП.

Результатом обработки узлов трансмиссии ВАФП является существенное снижение потерь трения, улучшение условий прилегания поверхностей в зонах контакта, уменьшение шумности и виброактивности силовых установок. В основном, это является следствием оптимизации зоны контакта и уменьшения зазоров в зацеплениях.

В целом, в отсутствии ситуации критического износа, наличия механического разрушения узлов объекта и при наличии обоснованной технологии обработки двигателя или узлов трансмиссии препаратами группы ВАФП, включая композицию ТСК-В. получаемый эффект может быть достаточно значимым. Этот эффект может быть сопоставим с получаемым в процессе ремонтных воздействий, связанных с разборкой и заменой деталей или узлов силовой установки транспортного средства.

Заведующий кафедрой ДВС СПбГПУ,
профессор Ю.В. Галышев

Руководитель направления «Трибология и надежность ДВС»
к.т.н., доцент А.Ю. Шабанов