Analiza trwałości eksploatacyjnej oleju silnikowego

Transkrypt

1 PIEC Paweł 1 ZAJĄC Grzegorz 2 Analiza trwałości eksploatacyjnej oleju silnikowego WPROWADZENIE Oleje silnikowe OS podlegają podczas eksploatacji procesom zużycia starzeją się. Na proces intensywności starzenia oleju mają wpływ, między innymi, gatunek oleju oraz warunki eksploatacyjne. Po określonym okresie pracy zużyte oleje są wymieniane. Okresy wymiany oleju są ustalane przez producenta. W niniejszej pracy przeprowadzono badania wpływu eksploatacji na właściwości tribologiczne oleju silnikowego. Próbki oleju silnikowego pobierano: a. po napełnieniu układu smarowania silnika spalinowego świeżym olejem; - olej silnikowy mineralny OSM - A0, - olej silnikowy syntetyczny OSS - B0, b. podczas jego wymiany po obowiązującym przebiegu pojazdu; - olej silnikowy mineralny OSM - Aw - po przebiegu km, (A6) - olej silnikowy syntetyczny OSS - Bw po przebiegu km, (B12). Ogólny widok zabarwienia oleju silnikowego mineralnego OSM zamieszczono na rysunku 1 oraz oleju silnikowego syntetycznego OSS na rysunku 2. Rys. 1. Widok ogólny zabarwienia próbki oleju silnikowego mineralnego OSM: A0 olej świeży, A6 olej po wymianie (przebieg 60 tys. km) [1] Rys. 2. Widok ogólny zabarwienia próbki oleju syntetycznego OSS: B0 olej świeży, B12 olej po wymianie (przebieg 120 tys. km) [1] Próbki oleju silnikowego świeżego A0 oraz B0 charakteryzują się złotym zabarwieniem. Oleje po obowiązującym przebiegu A6 oraz B12, wykazują czarne zabarwienie, 1. BADANIA TRIBOLOGICZNE ZATARCIA Badania tribologiczne przeprowadzono na testerze T-05. Para cierna, przeciwpróbka ze stali i próbka z brązu - smarowana olejem silnikowym Próby zatarcia pary ciernej czop panewka prowadzono dla ustalonego czasu ich współpracy. Na rys. 3 i 4 przedstawiono kolejno wyniki badań - wykresy wartości współczynnika tarcia przy zanurzeniu przeciwptróbki w oleju silnikowym mineralnym A0 oraz olejem syntetycznym B im. Tadeusza Kościuszki, Wydział Mechaniczny, Instytut Pojazdów Szynowych, Al. Jana Pawła II 37, Kraków 5078

2 droga tarcia [m] A0 1.0 [MPa] czas [s] temperatura [ o C] temp. wstawki Rys. 3. Wykres przebiegu wartości współczynnika tarcia: smarowanie próbki olejem A0, przebieg pojazdu 0 km, nacisk próbki 1.0 MPa, prędkość tarcia 2.2 m/s droga tarcia [m] B0 1.0 [MPa] czas [s] temperatura [ o C] temp. wstawki Rys. 4. Wykres przebiegu wartości współczynnika tarcia: smarowanie przeciwpróbki olejem B0, przebieg pojazdu 0 km, nacisk próbki 1.0 MPa, prędkość tarcia 2.2 m/s Przeprowadzone badania tribologiczne, dla smarowania pary ciernej olejem pobranym po napełnieniu układu smarowania silnika spalinowego, A0 oraz B0, nie wykazały objawów zatarcia. Na rys. 5 i 6 przedstawiono kolejno wyniki badań - wykresy wartości współczynnika tarcia przy ograniczonym smarowaniu na powierzchnię przeciwpróbi nanoszono jednorazowo 20 ml oleju: Aw po przebiegu km] rys. 5, Bw po przebiegu km rys. 6. Wykresy te sporządzono dla nacisków, próbki do przeciwpróbki, wartości 0,5 MPa. 5079

3 droga tarcia [m] Aw 0.5 [MPa] czas [s] temperatura [ o C] temp. wstawki Rys. 5. Wykres przebiegu wartości współczynnika tarcia: ograniczone smarowanie, próbka oleju Aw, przebieg pojazdu km, nacisk próbki 0.5 MPa, prędkość tarcia 2.2 m/s droga tarcia [m] Bw 0.5 [MPa] czas [s] temperatura [ o C] temp. wstawki Rys. 6. Wykres przebiegu wartości współczynnika tarcia: ograniczone smarowanie, próbka oleju Bw, przebieg pojazdu km, nacisk 0.5 MPa, prędkość tarcia 2.2 m/s Przedstawione na rys. 5 i 6 wyniki badań przy ograniczonym smarowaniu wskazują na inicjację procesu zatarcia: dla oleju silnikowego mineralnego OSM - Aw po około 100 s trwania procesu tarcia. dla oleju silnikowego syntetycznego OSS - Bw, po około 250 s trwania procesu tarcia. Reasumując można stwierdzić, że olej OSS wykazuje korzystniejsze charakterystyki tribologiczne, w kontekście oleju OSM - pomimo dwukrotnie większego przebiegu pojazdu w km. 2. ANALIZA TRWAŁOŚCI EKSPLOATACYJNEJ Obliczenia trwałości eksploatacyjnej badanych olejów silnikowych OS przeprowadzono zgodnie z programem komputerowym Weibull Program komputerowy Weibull ++ 7 zawiera funkcje rozkładu, zapisane w postaci równań: funkcja prawdopodobieństwa poprawnej pracy; 5080

4 funkcja dystrybuanty rozkładu; R( x,, ) exp x / F( x,, ) 1exp x / funkcja gęstości prawdopodobieństwa uszkodzeń : funkcja intensywności uszkodzeń; 1 x f ( x,, ) exp x / 1 x ( x,, ) Gdzie: - parametr kształtu krzywej rozkładu (β > 0), - parametr skali, związany ze średnią trwałością obiektu ( > 0). (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) Bazę wyjściową, do obliczenia parametrów rozkładu i, trwałości eksploatacyjnej OS oraz przebiegu funkcji, według przyjętego rozkładu Weibulla, stanowią wyniki badań w aspekcie czasu trwania próby do momentu wystąpienia zacierania badanej pary tribologicznej. Wyniki obliczeń trwałości oleju, według rozkładu Weibulla, zamieszczono w formie wykresów funkcji niezawodności R(t) i dystrybuanty F(t) z zaznaczonym przedziałem ufności oraz gęstości uszkodzeń f(t i, intensywności uszkodzeń, : - na rysunkach (7 10) dla oleju silnikowego mineralnego OSM - Aw, - na rysunkach (11 14) dla oleju silnikowego syntetycznego OSS - Bw. Wyniki obliczeń parametrów rozkładu Weibulla OSM - Aw: - = 32,1839, - = 202,8406 oraz - wartość mediany 199,3905, - poziom istotności 0,05, - poziom ufności 0,95. Wyniki obliczeń parametrów rozkładu Weibulla OSM - Bw: - = 47,5315, - = 298,8743 oraz - wartość mediany 295,3723, - poziom istotności 0,05, - poziom ufności 0,

5 U n re l i a b i l i ty, F (t)= 1 -R (t) R e l i a b i l i ty, R (t)= 1 -F (t) 1,000 0,800 Reliability vs Time Plot OSM Aw60 Reliability CB@95% 2-Sided [T] Aw Reliability Line Top CB-I Bottom CB-I 0,600 0,400 0,200 13:21: Rys. 7. Wykresy funkcji prawdopodobieństwa poprawnej pracy R(xi) OSM - Aw 1,000 0,800 Unreliability vs Time Plot OSM Aw60 Unreliability CB@95% 2-Sided [T] Aw Unreliability Line Top CB-I Bottom CB-I 0,600 0,400 0,200 13:22: Rys. 8. Wykresy funkcji dystrybuanty F(xi) OSM - Aw 5082

6 F a ilu re Ra te, f(t)/r (t) f(t) 0,060 Probability Density Function OSM Aw60 Pdf Aw Pdf Line 0,048 0,036 0,024 0,012 13:20: Rys. 9. Wykresy funkcji gęstości f(xi) OSM - Aw 2,000E+14 Failure Rate vs Time Plot OSM Aw60 Failure Rate Aw Failure Rate Line 1,600E+14 1,200E+14 8,000E+13 4,000E+13 09:33: Rys. 10. Wykresy funkcji intensywności uszkodzeń λ(xi) OSM - Aw 5083

7 U n re l i a b i l i ty, F (t)= 1 -R (t) R e l i a b i l i ty, R (t)= 1 -F (t) 1,000 0,800 Reliability vs Time Plot OSS Bw120 Reliability CB@95% 2-Sided [T] Bw Reliability Line Top CB-I Bottom CB-I 0,600 0,400 0,200 13:01: Rys. 11. Wykresy funkcji prawdopodobieństwa poprawnej pracy R(xi) OSS - Bw 1,000 0,800 Unreliability vs Time Plot OSS Bw120 Unreliability CB@95% 2-Sided [T] Bw Unreliability Line Top CB-I Bottom CB-I 0,600 0,400 0,200 13:06: Rys. 12. Wykresy funkcji dystrybuanty F(xi) - OSS - Bw 5084

8 F a i l u re R a te, f(t)/r (t) f(t) 0,060 Probability Density Function OSS Bw120 Pdf Bw Pdf Line 0,048 0,036 0,024 0,012 13:00: Rys. 13. Wykresy funkcji gęstości uszkodzeń f(xi) OSS - Bw 3,000E+21 Failure Rate vs Time Plot -OSS Bw120 Failure Rate Bw Failure Rate Line 2,400E+21 1,800E+21 1,200E+21 6,000E+20 09:08: Rys. 14. Wykresy intensywności uszkodzeń λ(xi) - OSS Bw 5085

9 Obliczone, według programu komputerowego Weibull++ 7, wartości mediany trwałości badanych olejów, wynoszą kolejno dla badanych OS: olej OSM Aw 199 s, olej OSS Bw 295 s. Olej mineralny OSM wykazuje niższą odporność na zatarcie, w odniesieniu do oleju syntetycznego OSS. Gęstość uszkodzeń jej wzrost następuje po czasie trwania próby: 202 s, dla oleju OSM Aw, 314 s, dla oleju OSS Bw. Olej mineralny OSM wykazuje wzrost wartości gęstości uszkodzeń po mniejszym czasie trwania próby - w odniesieniu do oleju OSS. t, występuje: Wzrost intensywność uszkodzeń, odczytana z wykresu funkcji po około 600 s dla OSM - Aw, po około 900 s dla OSS Bw. Olej mineralny OSM charakteryzuje wzrost intensywności uszkodzeń po mniejszym czasie trwania próby - w odniesieniu do oleju OSS. PODSUMOWANIE Zamieszczone w pracy wyniki badań tribologicznych współczynnika tarcia pary tarciowej, stalowy czop brązowa panewka, smarowanej olejem silnikowym, wykazały, że: olej mineralny Aw po przebiegu km, dla obowiązującego cyklu wymiany, wykazuje spadek wartości współczynnika tarcia o 23,88 %, olej syntetyczny Bw po przebiegu km, dla obowiązującego cyklu wymiany, wykazuje spadek wartości współczynnika tarcia o 40,87 %. Reasumując, uzyskane wyniki badań wskazują, że ustalone przebiegi pojazdu, zgodnie z obowiązującymi cyklami wymiany oleju silnikowego, wpływają w większym stopniu niekorzystnie na trwałość eksploatacyjną oleju silnikowego mineralnego OSM. Olej silnikowy syntetyczny OSS wykazuje, przy 2-krotnie większym przebiegu, w porównaniu z olejem silnikowym mineralnym OSM: korzystniejszą charakterystykę współczynnika tarcia, większą, pracowała w warunkach ograniczonego smarowania. Powierzchnia cierna próbki i przeciwpróbki pokryta była ograniczoną ilością oleju silnikowego. medianę trwałości eksploatacyjnej w kontekście odporności na zatarcie. Streszczenie Praca zawiera wyniki badań trwałości eksploatacyjnej oleju silnikowego. Próbki oleju do badań laboratoryjnych pobierano z układu smarowania silnika spalinowego - po odpowiednim przebiegu pojazdu. Badaniom poddano oleje mineralne i syntetyczne. W badaniach uwzględniono pomiary zatarcia oraz obliczenia mediany zgodnie z rozkładem Weibulla. Wyniki badań przedstawiono w formie makroobrazu oraz wykresów odpowiednich funkcji danego rozkładu matematycznego. Analysis of the life of service engine oil Abstract The work contains the results of the service life of engine oil. Oil samples were collected for laboratory testing of the internal combustion engine lubrication system - for correct use of the vehicle. The research was mineral and synthetic oils. The study included measurements of blurring and median calculations in accordance with the Weibull distribution. The results are presented in the form of photographs and charts appropriate mathematical function of the distribution. 5086

10 BIBLIOGRAFIA 1. Litwiński M., Piec P.: Badania oleju smarowego metodą spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni. Wyd. Politechnika Warszawska, Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów, 2(61)/2006, s Piec P.: Badania eksploatacyjne elementów i zespołów pojazdów szynowych. Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków Podniało A.: Paliwa, oleje i smary w ekologicznej eksploatacji. Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Warszawa Praca zbiorowa. Ustalenie przyczyn nadmiernych zużyć i uszkodzeń wałów silników spalinowych a8c22. ZNTK Nowy Sącz. Instytut Pojazdów Szynowych. Kraków 1984r. (ekspertyza), 5. Praca zbiorowa. Wpływ wybranych parametrów fizykalnych żeliwnych pierścieni tłokowych silników spalinowych dużej mocy na proces mikrozacierania. Politechnika Krakowka. Instytut Pojazdów Szynowych. Kraków 15.XII ZPM "H. Cegielski" Poznań. 6. Zając G.: Badania eksploatacyjne oleju rzepakowego jako oleju silnikowego. TRBOLOGIA. Nr 6,2009, s Zając G., Badania tribologiczne i eksploatacyjne oleju rzepakowego, Logistyka nr 3/