ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ по научно-исследовательской работе «Исследование свойств смазочной композиции НИОД на основе проведения сравнительных моторно-стендовых испытаний».Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»

Цель проведения работы

Целью проведения настоящей работы является экспериментальное исследование влияние триботехнического состава «НИОД» на основные показатели работы бензинового карбюраторного двигателя – эффективную мощность, расход топлива, скорость износа а также показатели токсичности отработавших газов.
Работа проводилась в рамках независимой экспертизы присадок к смазочным маслам, проводимой Отделом экспертиз журнала «5Колесо».
В процессе работы использовались оборудование и расчетно-экспериментальные методики исследования рабочих процессов в ДВС, разработанные на кафедре Двигатели внутреннего сгорания С-Петербургского государственного Политехнического университета.

2. Объект исследований

В качестве объекта исследований выбран быстроходный форсированный карбюраторный автомобильный двигатель ВАЗ-2108 (4Ч 7.6/7.1) производства Волжского автозавода.
Данный двигатель предназначен для установки на переднеприводные автомобили малого класса и является одним из наиболее распространенных в России.
Основные параметры двигателя:
Тип         - рядный четырехтактный, карбюраторный бензиновый       двигатель с жидкостным охлаждением.
Число цилиндров -                                       4
Диаметр цилиндра , мм -                            76
Ход поршня, мм -                                         71
Рабочий объем, л -                                        1.3
Степень сжатия -                                           9.9
Номинальная мощность,кВт -                      46.6 при n=5600 об/мин
Максимальный крутящий
момент , нм          -                                          94.8 при n=3400 об/мин
Тип топлива -                                     высокооктановый бензин А-92.
Двигатель для проведения испытаний предоставлен Заказчиком.

3. Описание испытательного стенда и измерительной аппаратуры

Моторные испытания двигателя ВАЗ-2108 проводились на испытательном стенде лаборатории ДВС кафедры Двигатели внутреннего сгорания СПбГТУ.
Стенд оснащен системами, обеспечивающими его функционирование при всех режимах испытаний, а также контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой, позволяющей контролировать и регистрировать все необходимые для работы и проведения исследования параметры двигателя и его систем (топливоподачи, охлаждения и т.д.).
Для испытания двигателя ВАЗ-2108 в лаборатории ДВС СПбГТУ смонтирован стенд, который оснащен следующими системами и оборудованием:
- тормозное устройство;
- пульт дистанционного управления двигателем с приборами контроля за его работой;
- устройство для соединения двигателя с тормозом;
- система водяного охлаждения двигателя;
- смазочная система двигателя;
- топливная система с устройством для замера расхода топлива;
- система воздухоснабжения;
- система выпуска отработавших газов.
     Стенд для испытания двигателя оборудован электротормозной установкой производства МЭЗ ВСЕТИН (ЧССР), состоящий из:
- балансирного динамометра DS 926-4 V с весами, датчиком вращающего момента, фотоэлектрическим датчиком скорости вращения и вентилятором для независимого охлаждения;
- преобразователя Леонарда DP 1126-4 (мотор-генератора);
- распределительного шкафа 4 RN 2088 со сдвоенным тормозным    возбуждающим устройством и регулятором динамометра для регулирования скорости вращения и вращающего момента;
- пульта с аппаратурой управления, указателем скорости вращения (вольтметра градуированного в 1/мин., класс точности 1.5) и амперметра в цепи якорей.
     Балансирный динамометр оборудован дополнительным устройством, в состав которого входят приборы для цифрового измерения вращающего момента и скорости вращения. Балансирный динамометр DS 926-4 V - постоянного тока, предназначен для определения вращающего момента и мощности. Динамометр может работать в обоих направлениях вращения. Весы динамометра снабжены круглым циферблатом со шкалой, освещаемой разрядной трубкой. Шкала весов проградуирована в ньютонометрах.
     Управление двигателем, электротормозной установкой и контроль работы систем установки осуществляется с дистанционного пульта управления.      На пульте управления имеется регулятор для настройки требуемой величины скорости вращения и вращающего момента, приборы для аналогового измерения числа оборотов и тока в цепи якорей, переключатели для выбора направления вращения динамометра и остальная аппаратура, необходимая для работы динамометра и сигнализации.      Поддержание постоянства требуемой скорости вращения осуществляется путем введения обратной связи по скорости, причем в качестве звена обратной связи применяется фотоэлектрический датчик числа оборотов, расположенный на передней стороне динамометра и составляющий его часть.      Требуемое значение скорости вращения и вращающего момента можно плавно настроить при помощи общего элемента – потенциометра с точностью настройки числа оборотов порядка 10 1/мин. Постоянство требуемой скорости вращения можно поддерживать с точностью 0.5 % по отношению к максимальной скорости вращения динамометра.    Постоянство требуемого вращающего момента можно поддерживать с точностью 1.0 % по отношению к номинальному вращающему моменту.
Двигатель соединен с электротормозной установкой при помощи карданного вала, обеспечивающего компенсацию несоосностей валов двигателя и тормоза.
     Система охлаждения двигателя открытого типа, включающая в себя: рубашку охлаждения двигателя; центробежный насос с приводом от коленчатого вала; расширительный бачок - смеситель, трубопроводы подвода и отвода воды.      Контроль за тепловым состоянием двигателя осуществляется с помощью штатного датчика температуры охлаждающей жидкости, установленной в головке блока цилиндров двигателя, информация от которого выводится на штатный указатель температуры на панели дистанционного управления двигателем. Кроме того, применен дополнительный обдув двигателя воздухом с помощью промышленного вентилятора, имитирующий охлаждение двигателя набегающим потоком воздуха при движении автомобиля.
Для смазывания двигателя используется штатная масляная система двигателя.
Топливная система включает в себя: топливный бак; автоматизированный расходомер топлива Д-1, позволяющий определять расход топлива с точностью 0.5 %; соединительные трубопроводы; топливоподкачивающий насос; карбюратор; механизм управления карбюратором. Управление открытием дроссельной заслонкой карбюратора вынесено на пульт дистанционного управления двигателем.
Система выпуска отработавших газов представляет собой трубопровод большого диаметра, обеспечивающий малые потери давления на выпуске, а также включает вытяжную систему вентиляции испытательного бокса.
Измерения токсичности отработавших газов по компонентам СО и СН осуществлялось лабораторным газоанализатором ‘ГИАМ’ с цифровой индикацией.

Инструментальные погрешности замеров:
Частота вращения коленчатого вала, об/мин                 - 10,0
Крутящий момент, нм                                                   - 0,5
Расход топлива, кг/час                                                - 0,01
Содержание СО                                                           - 3%
Содержание СН                                                           - 5%

4. Программа испытаний

Согласно Методике ускоренных трибологических стендовых испытаний, принятой в качестве основы для проведения независимой экспертизы, программа проведения испытаний включала в себя:

Подготовительные работы:

- разборку, мойку, визуальный осмотр двигателя, обмер его основных деталей для фиксации степени износа;
- капитальный ремонт двигателя, обмер восстановленных деталей;
- установку двигателя на стенд, соединение с нагрузочным устройством, монтаж комплекса измерительной аппаратуры.

Далее работа выполняется по этапам:

Этап 1. Предварительная обкатка и регулировка собранного двигателя.

В состав работ на данном этапе входят:
- обкатка, проводимая в течение 15 моточасов, до стабилизации параметров по программе обкатки, рекомендованной Заводом-изготовителем;
- замер компрессии по цилиндрам.

Этап 2. Снятие базовых характеристик двигателя при работе на штатном масле.
В состав работ на данном этапе входят:
- стендовые испытания двигателя в течение 25 моточасов по следующей программе циклами продолжительностью 1 моточас:

Режим работы двигателя Продолжи-тельность, мин Мероприятие
Пуск
Прогрев до рабочей температуры 5
0,8 полного дросселя, n=1200 об/мин 30
0,8 полного дросселя, n=3500 об/ мин 15
Полный дроссель, n=5600 об/мин 5
Остановка двигателя 5

- через каждые пять циклов – цикл испытаний по программе «Холодный пуск» с прокруткой двигателя с отключенным зажиганием и подачей топлива на пусковой частоте вращения коленчатого вала в течение 20 мин (аналог 60 пусков);
- по окончании цикла испытаний производится снятие характеристик двигателя: внешней скоростной и нагрузочных при n= 1500, 2500, 3500 об/мин с замером основных показателей работы двигателя;
- через каждые 8 часов – отбор проб масла для спектрального и химического анализа;
- замер компрессии по цилиндрам;
- замер расхода масла методом «на слив».

Этап 3. Обработка двигателя триботехническим составом «НИОД-5» по технологиям фирмы-производителя НПИФ «Энион-Балтика» и снятие характеристик двигателя при работе на чистом масле.
- обработка двигателя триботехническим составом согласно рекомендациям фирмы-производителя;
- стендовые испытания двигателя в течение 25 моточасов по вышеприведенной программе испытаний циклами 1 моточас (см. табл.);
- через каждые пять циклов – цикл испытаний по программе «Холодный пуск» с прокруткой двигателя с отключенным зажиганием и подачей топлива на пусковой частоте вращения коленчатого вала в течение 20 мин (аналог 60 пусков);
- по окончании цикла испытаний производится снятие характеристик двигателя: внешней скоростной и нагрузочных при n=1200, 1500, 2000, 3500 об/мин с замером основных показателей работы двигателя;
- через каждые 8 часов – отбор проб масла для спектрального и химического анализа;
- замер компрессии по цилиндрам;
- замер расхода масла методом «на слив».

Этап 4. Анализ результатов проведения испытаний, подготовка отчета.

Оценка эффективности препаратов производится по следующим параметрам:
- изменению величины и степени равномерности компрессии по цилиндрам;
- величине максимальной мощности и максимального крутящего момента в абсолютной величине и в процентном выражении;
- оценочной величине скорости износа основных сопряжений трения, определяемой на основе данных спектрального анализа масла, замеров микропрофилей поверхностей деталей;
- величинам расхода топлива на режимах холостого хода, удельному минимальному расходу топлива, удельному расходу топлива на номинальном режиме в абсолютном и процентном выражении в приведенных атмосферных условиях;
- изменению токсичности отработавших газов по компонентам СО и СН до и после обработки двигателя;
- по изменению величины эффективного к.п.д. двигателя до и после обработки.
В процессе проведения испытаний производятся замеры параметров двигателя с обеспечением следующей погрешности замеров величин:

Оценка скоростей износа производится путем:

- спектрального анализа масла;
- обмером деталей до и после испытаний.

5. Результаты испытаний
Испытания проводились в строгом соответствии с программой, приведенной выше.
В процессе испытаний использовалось смазочное масло Shell X100 10W30 и бензин марки А-92 «Лукойл». Бензин для проведения всех испытаний закупался одновременно, в начале испытаний.
Ниже приведены результаты, полученные в ходе контрольных замеров параметров двигателя.
Здесь и далее в таблицах использованы следующие обозначения:
n –частота вращения коленчатого вала двигателя;
Ме –эффективный крутящий момент;
Nе- эффективная мощность;
Gт – часовой расход топлива;
ge – удельный расход топлива;
е – эффективный к.п.д.;
СО – содержание окиси углерода в отработавших газах двигателя;
СН – содержание остаточных углеводородов в отработавших газах двигателя