На правах рукописи

ИЗВЕКОВ Денис Викторович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ МОЮЩИХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва н 2008

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) на кафедре Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис.

Защита состоится 21 октября 2008 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.04 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, ГСП-47, Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан л19 сентября 2008 г.

Телефон для справок (499) 155-93-24.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор В.А. Максимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. В связи со значительным ростом автомобильного парка во всех странах к автомобильной технике предъявляются все более жесткие требования по выбросам вредных веществ с отработавшими газами.

По токсичности выбросов автомобили должны соответствовать установленным нормам в течение длительного периода эксплуатации.

Выполнение этих требований осуществляется при комплексном решении вопроса: совершенствование конструкции двигателей и улучшение качества топлива.

Одним из важных эксплуатационных показателей качества автомобильных бензинов является их способность предотвращать загрязнение деталей двигателей в процессе эксплуатации (моющие свойства).

Для нормирования этих показателей Европейским Координационным Советом по разработке методов испытаний топлив и смазочных материалов для двигателей (СEC) одобрены методики испытаний бензинов на серийных двигателях и установлены нормы на показатели качества.

В России решение о допуске к применению новых или модернизированных бензинов для автомобильной техники принимается на основании лабораторных методов оценки (физико-химические показатели качества) и комплекса методов квалификационной оценки (эксплуатационные показатели качества), в котором отсутствуют методики испытаний бензинов на двигателях.

В связи с вышеизложенным актуальными являются исследования связанные с разработкой методик испытаний на двигателях для оценки технического уровня бензинов, в частности, методик по определению моющих свойств бензинов.

Методика должна предусматривать испытания бензинов на двигателе и количественную оценку загрязнения деталей двигателя по окончании испытаний.

Целью диссертационной работы является оценка моющих свойств автомобильных бензинов различного компонентного состава, с различными добавками и присадками и оценка их влияния на эксплуатационные свойства автомобилей.

Предмет исследования. Предметом исследования является процесс образования отложений на деталях двигателей и методики его оценки.

Объект исследования. Объектом исследования является состояние качества автомобильных бензинов по показателю моющие свойства и способы улучшения данного эксплуатационного показателя.

Основой исследований является методика оценки моющих свойств автомобильных бензинов на двигателе.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в том, что:

• определено влияние различных факторов (частичная рециркуляция, обогащение смеси, температура воздуха на входе и др.) на процесс накопления отложений и выбросы вредных веществ (СО и СН) с отработавшими газами;
• построена математическая модель накопления отложений в камере сгорания;
• разработана методика оценки моющих свойств автомобильных бензинов на двигателе;
• на основе разработанной методики проведено исследование влияния различного компонентного состава автомобильных бензинов с различными добавками и присадками на их моющие свойства, на основе которых разработаны рекомендации по составу современных автомобильных бензинов для их соответствия требованиям по показателю моющие свойства.

Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в оформлении требований к техническому уровню современных и перспективных автомобильных бензинов нашедших отражение в Постановлении Правительства Москвы №952-ПП от 28 декабря 2004 г. О стандартах на моторное топливо с улучшенными экологическими характеристиками и Постановлении Правительства Российской Федерации № 609 от 12 октября 2005 г. Специальный технический регламент О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ, направленных на повышение эксплуатационных свойств автомобильной техники.

Реализация результатов работы. Разработанная методика оценки моющих свойств автомобильных бензинов взята за основу при разработке стандарта Ассоциации автомобильных инженеров (СТО ААИ 006-2004) и одобрена специалистами ФГУП НАМИ и ОАО АвтоВАЗ.

На основе разработанных рекомендаций по составу современных автомобильных бензинов были проведены работы по оценке моющих свойств автомобильных бензинов производства ОАО Московский НПЗ, ОАО ЛУКОЙЛ (бензины ЭКТО), ТНК-ВР (бензины ULTIMATE, ЕВРОТОП и PULSE) с моющими присадками по методике СТО ААИ 006-2004 и, на основе результатов испытаний, даны рекомендации по производству и применению данных бензинов на автомобильной технике.

На защиту выносятся:

• математическая модель накопления отложений в камере сгорания;
• методика оценки моющих свойств автомобильных бензинов на двигателе;
• результаты исследования моющих свойств товарных автомобильных бензинов;
• результаты исследования влияния различного компонентного состава, различных добавок и присадок на моющие свойства автомобильных бензинов;
• рекомендации по составу современных автомобильных бензинов для их соответствия требованиям по показателю моющие свойства.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на III Международной научно-практической конференции Новые топлива с присадками, г. Санкт-Петербург, Научный Центр РАН (1-3 июня 2004 г.); на 6-ой Международной автомобильной конференции Двигатели для российских автомобилей, г. Москва, ЗАО Экспоцентр (26 августа 2004 г.); на 63-ей научно-методической и научно-исследовательской конференции, г. Москва, МАДИ (ТУ) (январь 2005 г.); на 50-ой Международной научно-технической конференции Автомобиль и окружающая среда, г. Дмитров-7, автополигон (15-16 июня 2005 г.); на 4-ом международном автомобильном научном форуме приуроченному к 130-ти летнему юбилею Н.Р. Бриллинга, г. Москва, ФГУП НАМИ (25-26 октября 2006 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ и 22 отчета о научно-исследовательской работе.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и содержит 160 страниц машинописного текста, 31 таблицу, 32 рисунка, список литературы из 110 наименований и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационного исследования, его научная новизна.

В первой главе содержится обзор исследований и литературных материалов, посвященных процессу образования отложений на деталях двигателей.

Также проведен анализ влияния компонентного состава и свойств автомобильных бензинов на эксплуатационные показатели работы двигателя и их склонность к образованию отложений на деталях двигателей.

Проведен краткий обзор и анализ зарубежных и отечественных методик оценки склонности бензинов к образованию отложений на деталях двигателя.

Выяснено, что сущность зарубежных методик испытаний сводится к проведению краткосрочных испытаний бензинов на серийных двигателях, работающих на постоянно чередующихся режимах, при которых образование отложений на деталях идет наиболее интенсивно. Количество отложений, достаточное для дифференциации бензинов, зависит от продолжительности испытаний, режимов и условий работы двигателя.

По мере повышения требований к автомобильным бензинам, совершенствования их компонентного состава и пакета присадок развивались и методики оценки их моющих свойств.

Первые методики создавались для бензинов с моющими присадками первого поколения, назначение которых состояло в снижении загрязнения карбюратора. Поэтому оценка моющих свойств сводилась, главным образом, к опреденлению степени загрязнения карбюратора.

По мере увеличения масштабов использования моющих присадок повышались и требования к ним. В практике отмечались случаи, когда присадки, поддерживая в чистом виде детали карбюратора, увеличивали отложения на впускных клапанах, т.е. происходило как бы перераспределение отложений во впускном тракте двигателя. Были созданы новые поколения присадок, снижающие отложения не только в карбюраторе, но и на впускных клапанах. Соответственно появился и ряд методик, оценивающих склонность бензинов к образованию отложений на впускных клапанах. Для них характерна большая продолжительность испытаний и большее количество режимов работы в одном цикле.

Дальнейшее ужесточение требований к чистоте деталей двигателей в процессе эксплуатации привело к необходимости создания методов, регистрирующих количество отложений не только в карбюраторе (распылителях форсунок) и на впускных клапанах, но и в камере сгорания. Это обусловлено тем, что количество отложений в камере сгорания зависит не только от качества используемых присадок, но и от компонентного состава базовых бензинов.

Применяемые в России методики оценки влияния бензинов на образование отложений либо носят косвенный характер и не устанавливают прямого влияния состава бензинов на отложения на деталях двигателей, либо устарели и не обеспечивают объективной оценки моющих свойств современных автомобильных бензинов.

На основании анализа состояния вопроса и в соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи:

• проведение анализа данных по процессу образования отложений на деталях двигателей и их влиянию на эксплуатационные показатели работы двигателя;
• проведение обзора и анализа зарубежных и отечественных методов оценки склонности автомобильных бензинов к образованию отложений на деталях двигателя (моющих свойств автомобильных бензинов);
• теоретическое обоснование и разработка методики оценки моющих свойств автомобильных бензинов на двигателе;
• исследование моющих свойств автомобильных бензинов различного компонентного состава, с различными добавками и присадками на основе разработанной методики;
• разработка рекомендаций по составу современных автомобильных бензинов для их соответствия требованиям по показателю моющие свойства.

Во второй главе представлено теоретическое обоснование разрабатываемой методики оценки моющих свойств автомобильных бензинов.

Одним из основных требований, предъявляемых к разрабатываемой методике, является минимальная, по возможности, продолжительность испытаний, при которой достигается накопление достаточного для дифференциации бензинов количества отложений. Также необходимо обеспечить комплексную оценку бензинов по различным критериям (степень загрязнения карбюратора, отложения на впускных клапанах и в камере сгорания).

Только путем подбора благоприятных, с точки зрения образования отложенний, режимов работы двигателя, их цикличности трудно обеспечить относительно небольшую продолжительность испытаний.

Необходимо введение конструктивных изменений: увеличение интенсивности циркуляции картерных газов, обогащение бензовоздушной смеси, введение частичной рециркуляции отработавших газов, изменнение теплового режима двигателя и другие.

В основу методики были положены следующие основные предпосылки:

• использование циклической нагрузки по крутящему моменту и частоте вращения;
• введение частичной рециркуляции отработавнших газов;
• обогащение бензовоздушной смеси.

Общая продолжительность испытаний определяется количеством и качеством отложений, достаточных для дифференциации бензинов по оцениваемым показателям.

На основании опыта ряда исследований к числу показателей режима работы двигателя, существенно влияющих на накопление отложений, относятся частота вращения коленчатого вала и нагрузка на двигатель.

В соответствии с зарубежными методами обороты двигателя меняются в пределах 23-55% от максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя, нагрузка - в пределах 15-30% от номинальной нагрузки.

Вияние каждого из этих факторов рассматривается отдельно Ц частоты вращения коленчатого вала при постоянной нагрузке и наоборот.

Влияние скоростного режима работы двигателя проверялось в диапазоне частот вращения коленчатого вала от 900 до 3000 мин-1, а влияние нагрузочного режима в диапазоне от 0 до 20 Нм в течение 3 часов испытаний на двигателе ВАЗ 11113.