СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СВОЙСТВ МОТОРНЫХ МАСЕЛ Российский патент 2003 года по МПК G01N33/30 

Изобретение относится к области исследования смазочных масел, в частности к способу оценки энергосберегающих свойств моторных масел, и может применяться при разработке новых моторных масел для оценки их энергосберегающих свойств, а также использоваться при подборе масел к двигателю.

Как известно, повышение надежности и экономичности техники является актуальной задачей. Данную задачу решают как за счет дальнейшего конструктивного совершенствования техники, так и за счет улучшения качества используемых смазочных материалов. В частности, за счет снижения потерь энергии на преодоление сил трения, обеспечиваемого проявлением антифрикционного действия применяемых моторных масел, можно снизить на 5-12% расход топлива при эксплуатации техники, а также затраты на ее обслуживание и ремонт [1. Бунаков Б.М., Григорьев М.А., Первушин А.Н. Моторные масла и топливная экономичность ДВС. - Автомобильная промышленность, 1984, 3, с.9-11], связанные с увеличением межремонтных сроков работы двигателей.

Известен метод испытаний масел на стенде с беговыми барабанами. Сущность метода заключается в испытании полноразмерного образца техники на режимах эксплуатации, моделирующих реальные условия ее применения. В ходе испытаний с помощью расходомеров замеряется мгновенный и суммарный расход топлива, который позволяет судить о способности масел обеспечивать экономию топлива при их применении в технике.

Недостатками данного метода являются высокая стоимость и продолжительность испытаний [2. Говорущенко Н.Я. Экономия и снижение токсичности на автомобильном транспорте. - М.: Транспорт, 1990, с.112-119].

Перед авторами стояла задача: разработать оперативный лабораторный способ оценки энергосберегающих свойств масел с допустимой степенью достоверности.

При проведении исследований и просмотре научно-технической литературы, патентной информации был обнаружен ряд лабораторных методов оценки антифрикционных свойств моторных масел, позволяющих оценивать способность испытуемых масел снижать трение при их применении в двигателе и качественно судить об их энергосберегающих свойствах.

Известен способ оценки антифрикционных свойств смазочных масел на машинах трения с точечным контактом пары трения, например на машине КТ-2 [3. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / P.M. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др. - М.: Машиностроение, 1989, с.28].

Также известен способ оценки антифрикционных свойств смазочных масел на машинах трения с линейным контактом пары трения, например на машине Тимкена [3. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / P.M. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др. - М.: Машиностроение, 1989, с.25]. Сущность данных способов оценки заключается в определении силы или момента трения при испытании смазочных материалов в условиях различных термомеханических нагрузок.

Общим недостатком вышеперечисленных способов оценки антифрикционных свойств смазочных масел является длительность испытаний, обусловленная продолжительной предварительной приработкой пары трения из-за достаточно быстрого увеличения площади контакта в ходе опыта.

Также известен способ оценки антифрикционных свойств смазочных масел на трибометрах с контактом поверхностей трения по площади, лишенный недостатков приборов с точечным и линейным контактами, например на машине СМТ-1 [3. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / P.M. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др. - М.: Машиностроение, 1989, с.31].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является взятый за прототип способ оценки антифрикционных свойств смазочных масел на вибрационном трибометре SRV с возвратно-поступательным движением пары трения "кольцо-плоскость" [3. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / P.M. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др. - М.: Машиностроение, 1989, с.32].

Несмотря на то что данный способ относительно вышеперечисленных имеет преимущества - синусоидальное изменение скорости скольжения пары трения, аналогичное происходящему в цилиндропоршневой группе двигателя внутреннего сгорания, позволяющее в большей степени моделировать условия работы масла в двигателе, - однако не позволяет судить об экономии топлива при применении конкретного масла в двигателе.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение информативности способа за счет возможности количественной оценки энергосберегающих свойств масел.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки энергосберегающих свойств моторных масел, включающем замер коэффициента трения на вибрационном трибометре с парой трения "кольцо-плоскость" при заданных нагрузке на пару трения, температуре пары трения, амплитуде и частоте перемещения трущейся пары, причем замеряют коэффициент трения первого масла (K_тр1) при нагрузке на пару трения 50±1 Н, температуре пары трения 80±1^oС, амплитуде и частоте перемещения трущейся пары 1,5±0,1 мм и 50±1 Гц соответственно, и коэффициент трения второго масла (К_тр2) при идентичных условиях, а об энергосберегающих свойствах второго масла судят по следующей зависимости:
Э=аΔK_тр+в,
где Э - показатель энергосберегающих свойств масла (экономия топлива), %;
а и в - постоянные величины, полученные экспериментальным путем:
а=0,17; в=1,41.

ΔК_тр - относительное изменение коэффициента трения пары испытуемых масел, %:

На фиг. 1 схематично показан узел трения вибрационного трибометра SRV, реализующий способ оценки энергосберегающих свойств масел.

Узел трения состоит из основания 1 с нагревателем 2, нижнего фиксатора 3, держателя 4 с верхними фиксаторами 5 и пары трения - плашки 6 и кольца 7. Подача нагрузки на пару трения, ее нагрев и приведение в возвратно-поступательное движение производится в автоматическом режиме. Сопротивление относительному перемещению пары трения фиксируется тензодатчиком и в виде коэффициента трения (К_тр1, К_тр2) выводится на самописец (на фиг.1 не показаны).

Способ реализуется следующим образом. На очищенную и обезжиренную плашку 6 наносят 2 мл первого масла и закрепляют при помощи нижнего фиксатора 3 на основании 1. Кольцо 7 при помощи верхних фиксаторов 5 закрепляется в держателе 4. Пару трения нагревают до 80±1^oС, создают нагрузку на нее 50±1 Н, амплитуду и частоту перемещения трущейся пары 1,5±0,1 мм и 50±1 Гц соответственно и приводят в действие узел трения. Через 10 мин работы вибротрибометра производят замер коэффициента трения (K_тр1) на самописце. Таким же образом производят определение коэффициента трения у второго масла (К_тр2). Полученные значения коэффициента трения масел подставляют в расчетную формулу и вычисляют прогнозируемую экономию топлива при применении второго масла в двигателе.

Условия проведения испытаний масел выбраны в соответствии с реальными условиями работы масла в районе первого поршневого кольца двигателя внутреннего сгорания: частота движения поршня 30-50 Гц; необходимая величина контактного давления 0,5 МПа обеспечивается при нагрузке, равной 50 Н. По результатам предварительных экспериментов установлено, что изменение амплитуды относительного перемещения пары трения в интервале 1,0-2,0 мм существенного влияния на коэффициент трения не оказывает, стабилизация получаемого значения коэффициента трения в различных условиях и на разных маслах наступает через 4-5 мин испытаний.

При выборе температурных условий испытаний учитывалось то, что в отличие от периодического обновления тонкого слоя масла в цилиндропоршневой группе двигателя, в паре трения вибротрибометра замена масла на новые его порции не производилась, т. е. масло работало в более жестких условиях. С целью определения режимного параметра - температуры при испытании масел на вибротрибометре проведены экспериментальные исследования коэффициента трения различных масел и масляных композиций. Эти же масла и масляные композиции были испытаны в натурных условиях в двигателях автобусов ЛиАЗ-667М, автомобилях ЗиЛ-130, ВАЗ-2106, УРАЛ-5323, судовом дизеле 2NDV18, где определялся расход топлива на этих маслах и вычислялась максимально полученная экономия топлива. Все это позволило сделать вывод об энергосберегающей способности конкретного масла. Результаты испытаний представлены в табл.1, из которой видно, что наилучшая корреляция была получена при температуре, равной 80^oС.

Исходя из полученных результатов исследования была построена зависимость максимальной экономии топлива от относительного изменения коэффициента трения, полученного на вибротрибометре (фиг. 2), которая описывается уравнением у=а+bх. Был проведен регрессионный анализ, по результатам которого вычислены коэффициенты а и b уравнения, которые равны 0,17 и 1,41 соответственно. Регрессионный анализ показал, что полученное уравнение регрессии у=0,17x+1,41 адекватно описывает экспериментальные данные в интервале значений относительного изменения коэффициента трения ΔК_тр, равного 5-25%.

Для определения допустимых расхождений между результатами двух последовательных испытаний на вибротрибометре испытаны четыре образца масел (табл. 2). Сходимость между результатами испытаний составила 3,2%.

Заявляемым способом были проведены испытаний масел для выявления их энергосберегающих свойств. Результаты испытаний представлены в табл.3.

Из результатов испытаний видно, что предлагаемый способ оценки энергосберегающих свойств масел обладает высокой степенью достоверности.

Таким образом, разработан оперативный лабораторный способ оценки энергосберегающих свойств моторных масел, позволяющий с вероятностью 95% прогнозировать энергосберегающие свойства моторных масел путем их испытаний на вибрационном трибометре SRV.

Применение изобретения позволит оперативно и достоверно оценивать энергосберегающие свойства моторных масел при низкой себестоимости способа.

Источники информации
1. Бунаков Б. М. , Григорьев М.А., Первушин А.Н. Моторные масла и топливная экономичность ДВС. - Автомобильная промышленность, 1984, 3, с.9-11.

2. Говорущенко Н. Я. Экономия и снижение токсичности на автомобильном транспорте. - М.: Транспорт, 1990, с.112-119.

3. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / P.M. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др. - М.: Машиностроение, 1989, с.25, с.28, с.31, с.32 (прототип).

Изобретение относится к области исследования смазочных масел, в частности к способу оценки энергосберегающих свойств моторных масел, и может применяться при разработке новых моторных масел для оценки их энергосберегающих свойств, а также использоваться при подборе масел к двигателю. Сущность изобретения: в способе оценки энергосберегающих свойств на вибрационном трибометре SRV с парой трения "кольцо-плоскость" замеряют коэффициент трения первого масла (K_тp1) при нагрузке на пару трения (50±1) Н, температуре пары трения (80±1)^oС, амплитуде и частоте перемещения трущейся пары (1,5±0,1) мм и (50±1) Гц соответственно, и коэффициент трения второго масла (К_тр2) при идентичных условиях, а об энергосберегающих свойствах второго масла судят по зависимости, полученной экспериментальным путем. Техническим результатом изобретения является повышение информативности способа за счет возможности количественной оценки энергосберегающих свойств масел. 2 ил., 3 табл.

Способ оценки энергосберегающих свойств моторных масел, включающий замер коэффициента трения на вибрационном трибометре с парой трения "кольцо-плоскость" при заданных нагрузке на пару трения, температуре пары трения, амплитуде и частоте перемещения трущейся пары, отличающийся тем, что замеряют коэффициент трения первого масла (К_тр1) при нагрузке на пару трения (50±1)Н, температуре пары трения (80±1)^oС, амплитуде и частоте перемещения трущейся пары (1,5±0,1) мм и (50±1) Гц соответственно и коэффициент трения второго масла (К_тр2) при идентичных условиях, а об энергосберегающих свойствах второго масла судят по следующей зависимости:
Э=аΔК_тр+в,
где Э - показатель энергосберегающих свойств масла (экономия топлива), %;
а и в - постоянные величины, полученные экспериментальным путем: а=0,17; в=1,41;
ΔК_тр - относительное изменение коэффициента трения пары испытуемых масел, %: