analiza możliwości wykorzystania preparatu

5-2009
TRIBOLOGIA
99
Alicja LABER*
ANALIZA MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA
PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO MOTOR LIFE
PROFESSIONAL W MODYFIKOWANIU
WARUNKÓW PRACY WĘZŁÓW TARCIA
POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH
THE ANALYSIS OF THE POSSIBILITY OF THE
UTILIZATION OF THE EXPLOATIONAL PREPARATION
MOTOR LIFE PROFESSIONAL IN MODIFYING THE
CONDITIONS OF THE WORK OF THE KNOTS OF THE
FRICTION OF VEHICLES
Słowa kluczowe:
smarowanie, własności smarne, warstwa graniczna, zużycie
Key-words:
lubrication, lubricant properties, boundary layer, wear
Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki badania własności smarnych oleju silnikowego handlowego Superol CC SAE-30 oraz modyfikowanego prepa*
Uniwersytet Zielonogórski, Wydział Mechaniczny, Instytut Budowy i Eksploatacji
Maszyn, ul. prof Z. Szafrana 2, 65-016 Zielona Góra.
100
TRIBOLOGIA
5-2009
ratem eksploatacyjnym (PE) o działaniu chemicznym MOTOR LIFE
PROFESSIONAL (MLP). Badania wykazały, że modyfikowanie oleju
handlowego zastosowanym PE bardzo korzystnie wpłynęło na poprawę
własności smarnych poprzez polepszenie jakości warstwy granicznej,
zdolnej do przenoszenia dużych obciążeń i odpornej na przerywanie. To
potwierdziły badania eksploatacyjne w silnikach samochodów marki Autosan.
WPROWADZENIE
Ideałem w eksploatacji maszyn i urządzeń byłoby, aby węzły tarcia pracowały w warunkach tarcia płynnego lub co najmniej tarcia granicznego.
Środki smarowe – oleje handlowe pomimo swych niezastąpionych
zalet do których należy zaliczyć między innymi odprowadzenie ciepła
i produktów zużycia ze strefy tarcia, tłumienie drgań, ochrona przed korozją i inne, nie rozwiązują oczywistych problemów niedosmarowania
w warunkach ekstremalnych obciążeń i/lub temperatur, nie likwidują
tzw. zimnego startu (zimnego rozruchu silnika bądź rozruchu przekładni). Powstała więc idea wprowadzenia do węzła tarcia wraz z olejem preparatu eksploatacyjnego (PE) [L. 1, 2], mogącego łagodzić tego rodzaju
warunki poprzez poprawę jakości warstwy granicznej zdolnej do przenoszenia większych obciążeń i odpornej na przerywanie.
W zagranicznej i krajowej literaturze naukowo-technicznej oraz informacjach producentów PE prezentowane są skrajne opinie dotyczące
ich skuteczności działania: od szkodliwości, poprzez znikomą skuteczność, do efektywności o dużym znaczeniu techniczno-ekonomicznym
oraz proekologicznym (tłokowe silniki spalinowe). Pozytywne opinie
wykazują, że stosowanie PE w silnikach i urządzeniach mechanicznych
powoduje:
• obniżenie współczynnika tarcia;
• zmniejszenie zużycia elementów węzłów tarcia:
• obniżenie temperatury w strefie tarcia;
• ułatwienie zimnego rozruchu;
• umożliwienie krótkotrwałej pracy bez dopływu oleju;
• zwiększenie mocy i sprawności;
• uszczelnienie układów, zmniejszenie przedmuchów oraz przecieków;
• zmniejszenie poboru energii, paliwa i oleju;
• zmniejszenie głośności i drgań;
5-2009
TRIBOLOGIA
101
• obniżenie toksyczności spalin;
• zmniejszenie kosztów eksploatacji;
• zwiększenie trwałości i niezawodności działania maszyn i urządzeń,
a w szczególności takich ich podzespołów jak: silniki, przekładnie zębate, układy hydrauliczne i inne.
Przy analizie zasadności stosowania ww. PE należy uwzględnić zagadnienia dotyczące:
– warunków pracy silnika,
– zasady działania dodatków,
– efektów (zalet i wad) w stosowaniu PE.
Prawidłowa praca silnika nie wnikając w rozwiązania konstrukcyjne
zależna jest głównie od warunków i rodzaju smarowania węzłów tarcia,
własności fizykochemicznych środka smarowego oraz jego trwałości.
W procesie eksploatowania silnika pogarszają się własności fizykomechaniczne środka smarowego, spowodowane nadmiernym obciążeniem, wysoką temperaturą w strefie spalania i jej oddziaływaniem na
zespół cylinder–pierścień/tłok, przyrostem zawartości zanieczyszczeń
(produktów zużycia) oraz szkodliwych związków powodujących w wyniku spalania paliwa i starzenia się oleju (głównie powstawanie kwasów).
Przedstawione wyżej zjawiska wpływają na uszkodzenia (zużycie)
mechaniczne i korozyjne, powodują pogorszenie sprawności technicznej
silnika (zmniejszenie ciśnienia i szczelności cylindra), nierównomierne
obciążenie wału korbowego, wzrost prądu rozruchu przypadającego na
jednostkę ciśnienia, co powoduje obniżenie mocy silnika, zwiększenie
zużycia paliwa i oleju, z czym wiąże się wzrost zadymienia i toksyczności spalin.
W trakcie pracy silnika lub przekładni występują okresy zwiększonego obciążenia, decydujące o trwałości zespołu. Dotyczy to głównie
początkowej fazy rozruchu (zimny start), tj. od momentu rozruchu do
momentu powstania odpowiednich warunków, w których współpracujące
ze sobą elementy oddzielone zostaną warstwą filmu olejowego. W okresie 4–5 sek. w zależności od sprawności rozrusznika i układu smarowania następuje przejście z tarcia granicznego, a najczęściej mieszanego do
płynnego.
Ten początkowy okres rozruchu pojazdu decyduje głównie o zużyciu
silnika, o czym świadczy wysoki współczynnik tarcia w porównaniu ze
współczynnikiem tarcia podczas ustalonej normalnej pracy silnika.
102
TRIBOLOGIA
5-2009
CEL, ZAKRES I WARUNKI BADAŃ
Celem badań było ustalenie wpływu PE o działaniu chemicznym MOTOR LIFE PROFESSIONAL (MLP) na poprawę własności smarnych
oleju silnikowego Superol CC SAE-30 stosowanego do smarowania
silników w autobusach Jelcz SM-200. Badania własności smarnych przeprowadzono na aparacie czterokulowym tester T-02 produkcji TiEM
w Radomiu [L. 8]. Badanymi środkami smarowymi był olej handlowy
silnikowy Superol CC SAE-30 oraz modyfikowany 5% PE MLP. Aby
wykazać pozytywne efekty eksploatacji oleju, dokonano pomiarów zadymienia spalin prądu rozruchu oraz ciśnienia w cylindrach przed i po
procesie eksploatacji.
WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA
Przedstawione na Rys. 1 wyniki badań własności smarnych badanych
środków smarowych wykazały, że modyfikowanie oleju handlowego
Superol CC SAE-30 5% PE MLP bardzo korzystnie wpłynęło na wszystkie wskaźniki własności smarnych. O pozytywnym działaniu PE MLP
świadczą również średnice skaz (Rys. 2), przedstawiające zużycie elementów trących (kulek) przy kolejnych narastających obciążeniach węzła
tarcia. Z Rys. 3 wynika, że wraz z narastającym obciążeniem
własności smarne [daN]
350
300
250
Pz
200
150
Pt
100
Ih
50
Pn
0
1
2
Rys. 1. Własności smarne badanych środków smarowych: 1 – Superol CC SAE 30,
2 – Superol CC SAE 30+ 5% Motor Life
Fig. 1. Lubricating properties of tested lubricating substances: 1 – Superol CC SAE
30, 2 – Superol CC SAE 30+ 5% Motor Life
5-2009
TRIBOLOGIA
103
3
średnica skaz [mm]
2,5
2
1,5
1
S uperol C C S A E 30
0,5
S uperol C C S A E 30 + 5% Motor L IF E
0
0
50
100
150
200
obciąż enie [daN]
250
300
Rys. 2. Średnice skaz warunkowane obciążeniem węzła tarcia dla badanych środków smarowych
Fig. 2. Defect diameters in load function of friction node
7
S uperol C C S A E 30
siła tarcia [daN]
6
S uperol C C S A E 30 + 5% Motor
L IF E
5
4
3
2
1
0
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
cz as [s]
Rys. 3. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia
Fig. 3. Changeability of friction force in load function of friction node
104
TRIBOLOGIA
5-2009
węzła tarcia korzystniej kształtuje się średnica skaz dla oleju modyfikowanego. Podczas określania obciążenia zacierającego Pt przy narastającym obciążeniu w czasie, dla oleju modyfikowanego, maksymalna siła
tarcia wynosi około 3,5 daN, a dla oleju handlowego około 6,8 daN.
Przebieg siły tarcia dla oleju handlowego przy narastającym obciążeniu
gwałtownie wzrasta, a dla oleju modyfikowanego przyrost siły tarcia jest
znacznie mniejszy.
Modyfikowanie oleju korzystnie wpłynęło na wskaźnik granicznego
obciążenia zużycia Goz, które dla oleju handlowego wyniosło 67,8
daN/mm2, natomiast dla oleju modyfikowanego 777,84 daN/mm2. Przebieg zmienności siły tarcia w czasie dla węzła tarcia obciążonego siłą
150 daN przedstawiono na Rys. 4.
2,5
Superol CC SAE 30
Superol CC SAE 30 +5%Motor LIFE
siła tarcia [daN]
2
1,5
1
0,5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
c z as [s ]
Rys. 4. Przebieg zmienności siły tarcia w czasie dla węzła tarcia obciążonego siłą
150 daN, smarowanego olejem handlowym Superol CC SAE 30 i modyfikowanym PE MLP
Fig. 4. The course changeability strength the friction in the time for the knot the friction burdens strength 150 daN, smears oil trade Superol CC SAE 30 and modified PE MLP
Potwierdzeniem korzystnego wpływu PE MLP na węzeł tarcia jest
przebieg zmienności siły tarcia dla obciążenia węzła tarcia siłą 150 daN
– Rys. 4.
5-2009
TRIBOLOGIA
105
Badania weryfikacyjne przeprowadzono na samochodzie marki
JELCZ po przebiegu 2 tys. km. W Tabeli 1 przedstawiono wyniki pomiarów ciśnienia w cylindrach dla oleju handlowego i oleju modyfikowanego 5% MLP. Modyfikacja oleju handlowego wpłynęła na wzrost
ciśnienia we wszystkich cylindrach. Biorąc pod uwagę parametry techniczne silnika (Tabela 2) po modyfikacji zmalał prąd rozruchu, zadymienie spalin, a wzrosło zużycie paliwa.
Tabela 1.
Table 1.
Wyniki pomiarów ciśnienia w cylindrach dla silników smarowanych
badanymi środkami smarnymi
The results of the measurements of the pressure in cylinders for engines
Olej handlowy
Numer cylindra
1
2
3
4
5
6
24,5
25
25,5
25,5
24.5
25
Olej handlowy + 5% PE
MLP
Ciśnienie [bar]
26,5
27,5
27
27.5
27
27,5
Tabela 2. Parametry techniczne silnika przy zastosowaniu oleju handlowego i modyfikowanego PE MLP
Table 2. The technical coefficients of the engine accompanying the modification of oil
trade PE MOTOR LIFE PROFESSIONAL
Inne wskaźniki towarzyszące
modyfikacji
Prąd rozruchu [A]
Zadymienie spalin
Zużycie paliwa
Olej handlowy
Olej handlowy + 5% PE MLP
490
2,35
480
2,03
25,5
27
WNIOSKI
Przeprowadzone badania wykazały celowość modyfikowania oleju Superol CC SAE-30 preparatem eksploatacyjnym o działaniu chemicznym
MOTOR LIFE PROFESSIONAL gdyż proces modyfikowania wpłynął
na poprawę własności przeciwzatarciowych środka smarowego (wzrost
wskaźników Pz, Ih, Goz) oraz na zwiększenie trwałości warstwy smarowej charakteryzującej się warstwą graniczną zdolną do przenoszenia
106
TRIBOLOGIA
5-2009
większych obciążeń oraz odporną na przerywanie (wzrost wskaźników
Pn, Pt). Badania eksploatacyjne wykazały, że proces modyfikowania badanego środka smarowego wpłynął na poprawę parametrów eksploatacyjnych silnika, tj. wzrost ciśnienia w cylindrach średnio o 2 bary,
zmniejszenie prądu rozruchu, zadymienia spalin, a wzrost zużycia paliwa.
LITERATURA
1. Laber A.: Nodyfikowanie własności smarnych oleju silnikowego preparatem
eksploatacyjnym o działaniu chemicznym. Wyd. TRIBOLOGIA 1/209.
2. Laber A.: Studium zjawisk tribologicznych zachodzących w węzłach tarcia
smarowanych preparatami eksploatacyjnymi. Uniwersytet Zielonogórski
2008. Praca nie opublikowana.
3. Szczerek M., Tuszyński W.: Badania tribologiczne – zacieranie. Wyd. ITeE
Radom 2000.
4. Wachal A.: Zmiany własności przeciwzużyciowych i przeciwzatarciowych
oleju smarowego w wyniku starzenia. Materiały XI Szkoły Tribologicznej.
Informator Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych. Warszawa 1982.
5. Godfrey D.: Boundary Lubrication. Materiały sympozjum “lnterdisciplinary
approach to friction and wear” w San Antonio. 1967, s. 335–384.
6. Instrukcja obsługi testera T-02.
7. Laber S. Lubrication and application properties of MOTOR LIFE exploitation agent. University of Zielona Góra, Zielona Góra 2004.
Recenzent:
Wiesław OLSZEWSKI
Summary
This paper presents the results of studying the lubricating properties
of motor oil, Superol CC SAE-30, and modifying the exploational
preparation (PE) about the chemical working MOTOR LIFE
PROFESSIONAL (MLP). Investigations showed that modifying oil
had influenced the improvement of the lubricating properties. The
quality of the boundary layer was improved. They confirmed this
investigation on the Jelcz engines.