Совершенствование систем очистки масла в автомобильных двигателях

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, 1987 г., «Современные конструкции и перспективы развития систем фильтрации с целью повышения ресурса автотракторных ДВС», Ленинград, 1991 г., «Конверсия производства деталей двигателей внутреннего сгорания», Харьков, 1991 г., «Теория и практика рационального использования горючесмазочных материалов в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении», Челябинск, 1991 г.,.

Влияние качества нефтепродуктов на экономичность, надежность и долговечность работы машин и механизмов", Москва, 1986 г., «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа», Москва, 1999 г., 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 кестественному, использование которого дает хорошую сходимость результатов испытаний. Состав загрязнителя защищен патентом РФ на изобретение № 2 072 511.

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 неорганическихпри 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 2 156 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.