5-2009 T R I B O L O G I A 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 T R I B O L O G I A 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 T R I B O L O G I A 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 T R I B O L O G I A 5-2009 CEL, ZAKRES I WARUNKI BADAŃ Celem badań było ustalenie wpływu PE o działaniu chemicznym MO- TOR 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 350 własności smarne [dan] 300 250 200 150 100 50 0 1 2 Pz Pt Ih Pn 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 T R I B O L O G I A 103 3 2,5 średnica skaz [mm] 2 1,5 1 0,5 0 S uperol C C S AE 30 S uperol C C S AE 30 +5% Motor LIFE 0 50 100 150 200 250 300 obciążenie [dan] Rys. 2. Średnice skaz warunkowane obciążeniem węzła tarcia dla badanych środków smarowych Fig. 2. Defect diameters in load function of friction node siła tarcia [dan] 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 czas [s] S uperol C C S AE 30 S uperol C C S AE 30 +5% Motor LIFE Rys. 3. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia Fig. 3. Changeability of friction force in load function of friction node
104 T R I B O L O G I A 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/mm 2, natomiast dla oleju modyfikowanego 777,84 dan/mm 2. Przebieg zmienności siły tarcia w czasie dla węzła tarcia obciążonego siłą 150 dan przedstawiono na Rys. 4. 2,5 2 Superol CC SAE 30 Superol CC SAE 30 +5%Motor LIFE siła tarcia [dan] 1,5 1 0,5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 czas [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 T R I B O L O G I A 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 Olej handlowy + 5% PE Numer cylindra MLP Ciśnienie [bar] 1 24,5 26,5 2 2 5 27,5 3 25,5 27 4 25,5 27.5 5 24.5 27 6 25 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 Olej handlowy Olej handlowy + 5% PE MLP Prąd rozruchu [A] 490 480 Zadymienie spalin 2,35 2,03 Zużycie paliwa 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 T R I B O L O G I A 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.