Способ восстановления узлов трения двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам восстановления узлов трения двигателей внутреннего сгорания с использованием триботехнического состава. Способ восстановления узлов трения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) включает приготовление обрабатывающей композиции механоактивацией триботехнического состава (ТС), состоящего из мелкодисперсной смеси исключительно природных минералов, содержащей серпентин, магнетит и тальк, с маслом, подачу полученной композиции в зону трения и последующую приработку с формированием покрытия. Готовят первую обрабатывающую композицию, содержащую 5-30 г ТС на 1 кг масла, механоактивацией ТС с не менее 1/6 полного объема масла, необходимого для заправки ДВС, которую вводят в картер ДВС, и вторую, содержащую 2-4 г ТС на 0,1 кг масла, которую вводят частями в каждый цилиндр ДВС из расчета 15-30 мл на 1 л объема цилиндра. Приработку осуществляют на холостых оборотах ДВС, при этом в качестве ТС используют состав с дисперсностью 0,01-100 мкм. Технический результат - повышение долговечности и износостойкости покрытия на трущихся поверхностях узлов ДВС. 3 з.п.ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам восстановления узлов трения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с использованием триботехнического состава (ТС), содержащего исключительно смесь природных минералов, и может найти применение для восстановления трущихся поверхностей ДВС различного типа.

Известен способ восстановления узлов трения, включающий приготовление обрабатывающей композиции путем механоактивации 0,1-5,0 мас.% истертого кварца и 95,0-99,9 мас.% органического связующего, подачу полученной композиции в зону трения и последующую приработку с формированием покрытия в рабочем режиме при давлении 3 МПа и скорoсти 0,1 м/с (авт. св. СССР 1601426, кл. F 16 С 33/14, 1987).

Известен способ восстановления узлов трения, в том числе ДВС, включающий приготовление обрабатывающей композиции механоактивацией с пульсацией давления 0,01-1 МПа при температуре 40-100^oС ТС из природного серпентинита, содержащего в устойчивом состоянии 20-60 мас.% MgO, CaO, 20-60 мас.% SiO₄, Al₂O₃, 3-10 мас.% H₂O, 3-10 мас.% примесей пород, со связующем, подачу полученной композиции в зону трения и последующую приработку с формированием покрытия в рабочем режиме при температуре механоактивации (патент РФ 2006707, кл. F 16 C 33/14, 1992).

Известен способ восстановления узлов трения, в том числе ДВС, включающий приготовление обрабатывающей композиции механоактивацией с пульсацией давления 0,01-10 МПа при температуре 100-200^oС ТС, состоящего из смеси природных минералов и содержащего 10-60 мас.% серпентина - Mg₃Si₂O₅(OH)₄, 10-60 мас. % MgFe₂O₄(OH)₄, 1-20 мас.% MoS₂, 0,1-10 мас.% сопутствующих редкоземельных элементов и не более 5 мас.% воды, со связующим, подачу полученной композиции в зону трения и последующую приработку с формированием покрытия в рабочем режиме (патент РФ 2160856, кл. F 16 С 33/14, 2000).

Известен способ восстановления узлов трения, в том числе ДВС, включающий предварительную обработку порошка ТС, состоящего исключительно из смеси природных минералов и содержащего 51-60 мас.% серпентина, 20-40 мас.% талька, 8-10 мас.% природной серы и в равном количестве 8-10 мас.% пирротина, энстатита и фаялита, в барокамере сухим насыщенным паром при 110-115^oС в течение 20-25 минут, приготовление обрабатывающей композиции механоактивацией ТС со связующим, подачу полученной композиции в зону трения и последующую приработку в рабочем режиме с формированием покрытия (патент РФ 2035636, кл. F 16 С 33/14, 1993).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ восстановления узлов трения, в том числе ДВС, включающий приготовление обрабатывающей композиции механоактивацией апериодическими колебаниями ТС, состоящего исключительно из смеси природных минералов с дисперсностью 0,01-1 мкм и содержащей 30-70 мас.% серпентина, 10-11 мас.% магнетита, 10-25 мас.% талька, 20-40 мас.% энстатита и 10-14 мас.% одного или нескольких минералов, выбранных из группы минералов: амфибола, биотита, ильменита, петлантида, пирротина, халькопирита или самородной серы, с маслом, подачу полученной композиции в зону трения и последующую приработку при давлении не менее 10 МПа и температуре не менее 300^oС (патент РФ 2057257, кл. F 16 С 33/14, 1994).

Общими недостатками известных способов является их сложность из-за необходимости проведения механоактивации в процессе приготовления обрабатывающей композиции в специальном режиме и в полном объеме масла (связующего), необходимого для заправки двигателя, а также недолговечность и низкая износостойкость образовавшегося покрытия на узлах трения ДВС, что не обеспечивает повышение их ресурса.

Задачей настоящего изобретения является упрощение способа и повышение долговечности и износостойкости покрытия на трущихся поверхностях узлов трения ДВС и соответственно увеличение их ресурса.

Задача достигается тем, что в известном способе восстановления узлов трения ДВС, включающем приготовление обрабатывающей композиции мехапоактивацией ТС, состоящего из мелкодисперсной смеси исключительно природных минералов, содержащей серпентин, магнетит и тальк, с маслом, подачу полученной композиции в зону трения и последующую приработку с формированием покрытия готовят первую обрабатывающую композицию, содержащую 5-30 г ТС на 1 кг масла механоактивацией ТС с не менее 1/6 полного объема масла, необходимого для заправки ДВС, которую вводят в картер ДВС, и вторую, содержащую 2-4 г ТС на 0,1 кг масла, которую вводят частями в каждый цилиндр ДВС из расчета 15-30 мл на 1 л объема цилиндра, а приработку осуществляют на холостых оборотах ДВС, при этом в качестве ТС используют состав с дисперсностью 0,01-100 мкм, дополнительно содержащий кальцит, клинохлор, термолит и кварц, а в качестве серпентина - хризотил, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хризотил - 72-78 Магнетит - 14-16 Кальцит - 4-6 Клинохлор - 1-3 Тальк - 0,5-1,5 Тремолит - 1-3 Кварц - Не более 1 Кроме того, для приготовления первой обрабатывающей композиции используют новое или слитое из ДВС старое масло и вводят ее в картер ДВС, по крайней мере частично заправленный маслом, а введение второй обрабатывающей композиции в цилиндры ДВС осуществляют через свечные отверстия или форсунки.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он прост в осуществлении, т. к. не требует специального режима механоактивации кроме простого перемешивания при приготовлении обрабатывающих композиций, а основная (первая) обрабатывающая композиция может быть приготовлена как в полном объеме масла, так и в ее части, и для этого может быть использовано как новое масло, так и слитое из двигателя старое масло.

Кроме того, образованное в результате применения предлагаемого способа покрытие на трущихся поверхностях узлов трения ДВС обладает повышенной износостойкостью и долговечностью, что обеспечивает увеличение ресурса узлов трения вплоть до возможности их работы в рабочем режиме в отсутствии масла.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Готовится первая обрабатывающая композиция простым перемешиванием 5-30 г ТС с полным объемом масла, необходимого для заправки ДВС, или с его по крайней мере 1/6 частью. Полученная композиция вводится в картер ДВС, из которого слито масло или который частично заправлен маслом. Для приготовления этой обрабатывающей композиции используется новое масло или слитое из ДВС старое масло, не выработавшее свой ресурс. Одновременно с первой готовится вторая обрабатывающая композиция, содержащая 2-4 г ТС на 0,1 кг масла, в количестве 25 мл на 1 л объема ДВС простым перемешиванием ТС в масле. Полученная композиция вводится в каждый цилиндр ДВС через свечные отверстия или форсунки в количестве 15-30 мл на 1 л объема цилиндра. Затем включается ДВС и осуществляется приработка с формированием покрытия на трущихся поверхностях узлов трения на холостых оборотах в течение по крайней мере 30 минут.

Для приготовления обрабатывающих композиций используется ТС с дисперсностью 0,01-100 мкм из смеси исключительно природных минералов, содержащий в мас.%: Хризотил - 72-78
Магнетит - 14-16
Кальцит - 4-6
Клинохлор - 1-3
Тальк - 0,5-1,5
Тремолит - 1-3
Кварц - Не более 1
Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие предлагаемый способ.

Пример 1.

Проводили восстановление узлов трения ДВС автомобиля ГАЗ-24 с пробегом 285 тысяч км со следующими характеристиками: компрессия в камере сгорания (КС) 1-й цилиндр - 5 кгс/кв.см, 2-ой цилиндр -6 кгс/кв.см, 3-й цилиндр - 7 кгс/кв. см, 4-й цилиндр - 5,5 кгс/кв.см, давление масла в рабочем режиме - 1,2 кгс/кв. см, расход бензина на 100 км пробега при 400 кг груза составлял 25,5 л.

В 1 кг нового штатного масла добавили 30 г ТС следующего состава в мас. %: хризотил - 72, магнетит - 16, кальцит - 6, клинохлор - 2, тальк - 1, тремолит - 2 и кварц - 1, с дисперсностью 50-100 мкм и тщательно перемешали, таким образом получили первую обрабатывающую композицию.

Для получения второй обрабатывающей композиции перемешали 4 г ТС с 0,1 кг штатного нового масла.

Первую обрабатывающую композицию ввели в картер ДВС, содержащего 5/6 объема штатного масла. С помощью шприца в каждый цилиндр ДВС ввели по 9 мл второй обрабатывающей композиции (из расчета 15 мл па 1 л объема цилиндра) через свечные отверстия, предварительно вывернув свечи. Затем свечи поставили на место и запустили ДВС па холостых оборотах и в таком режиме осуществляли приработку в течение 30 мин. После обработки слили из ДВС масло с остатками ТС и промыли ДВС чистым маслом. Затем отдали машину в эксплуатацию.

После пробега 10000 км характеристики ДВС были следующие: компрессия в 1-м цилиндре - 7,5 кгс/кв.см, во 2-м цилиндре -7,4 кгс/кв.см, в 3-м цилиндре - 7,5 кгс/кв. см, в 4-м цилиндре - 7,5 кгс/кв.см, давление масла в рабочем режиме составило 1,7 кгс/кв.см, расход топлива снизился и составил 18,2 л на 100 км пробега. Кроме того, уменьшилась щумность и вибрация работы ДВС.

Пример 2.

Проводили восстановление дизельного ДВС, установленного на автобусе ЛАЗ-697Р. Для обработки использовали ТС с дисперсностью 50-100 мкм следующего состава, мас. %: хризотил - 75, магнетит - 15, кальцит - 5, клинохлор - 1,5, тальк - 1,5, тремолит - 1,5, кварц - 0,5. Указанный ТС перемешивали с 1/2 полного объема нового штатного масла, необходимого для заправки ДВС, из расчета 10 г ТС на 1 кг масла и получали первую обрабатывающую композицию. Вторую обрабатывающую композицию готовили перемешиванием указанного ТС с маслом из расчета 3 г ТС на 0,1 кг масла.

Первую обрабатывающую композицию вводили в картер ДВС, содержащий 1/2 объема нового штатного масла. Вторую обрабатывающую композицию с помощью шприца вводили через форсунки в цилиндры ДВС из расчета 22,5 мл на 1 л объема цилиндра. Затем запускали ДВС и проводили приработку в течение 40 минут на холостых оборотах. После обработки масло с остатками ТС слили, промыли ДВС новым маслом и автобус отдали в эксплуатацию. Технические характеристики ДВС до и после восстановления приведены в таблице 1.

Пример 3.

Проводили восстановление дизельного ДВС, установленного на автобусе ЛАЗ-699Р. Использовали ТС с дисперсностью 5-50 мкм следующего содержания в мас. %: хризотил - 78, магнетит - 14, кальцит - 4, клинохлор - 2, тальк - 0,5, тремолит - 1, кварц - 0,5. Указанный ТС перемешивали с полным объемом нового масла, необходимого для заправки ДВС, из расчета 5 г ТС на 1 кг масла и получили первую обрабатывающую композицию. Вторую обрабатывающую композицию готовили перемешиванием указанного ТС с маслом из расчета 2,0 г ТС на 0,1 кг масла. Первую обрабатывающую композицию заливали в картер ДВС, а вторую с помощью шприца вводили через форсунки в цилиндры ДВС из расчета 30 мл на 1 л объема цилиндра. Затем запускали ДВС и осуществляли приработку в течение 40 минут на холостых оборотах. Масло с остатками ТС сливали, ДВС промывали новым маслом и автобус отправили в эксплуатацию. Технические характеристики ДВС до и после восстановления приведены в таблице 2.

После обработки восстановилась компрессия в цилиндрах ДВС до номинального значения, резко снизилась дымность, уменьшились вибрация ДВС на 10 dB и расход масла на 6%, что говорит о восстановлении ресурса ДВС.

Пример 4.

Проводили восстановление ДВС автомобиля ВАЗ-21213 "НИВА". Использовали ТС с дисперсностью 0,01-100 мкм следующего содержания, мас.%: хризотил - 75, магнетит - 15, кальцит - 4, клинохлор - 1, тальк - 1, тремолит - 3, кварц - 1. Указанный ТС перемешивали с 1/3 полного объема масла, необходимого для заправки ДВС и предварительно слитого из его картера, из расчета 15 г ТС на 1 кг масла и получили первую обрабатывающую композицию. Вторую обрабатывающую композицию готовили перемешиванием указанного ТС с маслом из расчета 3 г ТС на 0,1 кг масла. Первую обрабатывающую композицию вводили в картер ДВС, содержащего 2/3 необходимого объема масла, а вторую - через свечные отверстия с помощью шприца в цилиндры ДВС из расчета 20 мл на 1л объема цилиндра. Затем запускали ДВС на холостых оборотах и в таком режиме осуществляли приработку в течение 30 минут. Масло с остатками ТС сливали, промывали ДВС чистым маслом и машину эксплуатировали. Технические характеристики ДВС до и после восстановления приведены в таблице 3.

Кроме увеличения компрессии, снизился расход масла на 10% и расход бензина на 25%.

Пример 5.

Проводили восстановление ДВС автомобиля ВАЗ-2121 с пробегом 208440 км, дефорсированного. Использовали ТС с дисперсностью 5-50 мкм следующего содержания в мас.%: хризотил - 74, магнетит - 15, кальцит - 5, клинохлор - 3, тальк - 1, тремолит - 1,5, кварц - 0,5. Указанный ТС перемешивали с 1/4 полного объема нового масла, необходимого для заправки ДВС, из расчета 20 г на 1 кг масла. Вторую обрабатывающую композицию готовили перемешиванием указанного ТС с маслом из расчета 2,5 г ТС на 0,1 кг масла. Первую обрабатывающую композицию вводили в картер ДВС, содержащий 3/4 необходимого объема масла, а вторую - через свечные отверстия с помощью шприца в цилиндры ДВС в количестве 20 мл на 1 л объема цилиндра. ДВС запускали на холостых оборотах и в таком режиме осуществляли приработку в течение 30 минут.

Затем масло с остатками ТС сливали, промывали двигатель маслом и машину эксплуатировали. После восстановления компрессия в цилиндрах ДВС увеличилась более чем на 25%, а именно: в первом цилиндре с 6,0 до 8,0 кгс/кв.см, во втором - с 5,8 до 8,1 кгс/кв.см, в третьем - с 5,6 до 7,9 кгс/кв.см, в четвертом - с 5,9 до 8,1 кгс/кв.см. Уменьшился расход масла почти на 50% и расход бензина на 25%.

Пример 6 (контрольный).

Проводили восстановление дизельного ДВС, установленного на автобусе ЛАЗ-695Н так же, как в примере 2, за исключением того, что в качестве ТС использовали состав с дисперсностью 0,01-1,0 мкм, содержащий в мас.%: серпентин - 30, энстатит - 40, магнетит - 10, тальк -10, ильменит - 4, амфибол - 2, самородная сера - 2, биотит и петлантид по 1,0, имеющий следующее инградиентное содержание, мас.%: SiО₂-40, MgO - 25, FeO - 10, Fe₂O - 4, Аl₂О₃ - 8, S - 3, сопутствующие примеси - остальное. Технические показатели до и после восстановления приведены в таблице 4.

Как видно из таблицы 4, первоначально образуется покрытие, обеспечивающее восстановительное действие, но являющееся недолговечным, т.к. уже через 15000 км пробега его восстановительное действие практически исчезает.

Пример 7 (контрольный).

Проводили восстановление дизельного ДВС, установленного на автобусе ЛАЗ-697Р. Обработку проводили так же, как описано в примере 6, за исключением того, что обе обрабатывающие композиции перемешивали в режиме апериодических колебаний и они содержали 3,3 мас.% ТС (33 г ТС на 1 кг масла). Технические показатели ДВС до и после восстановления приведены в таблице 5.

В результате обработки образуется покрытие, обеспечивающее восстановительное действие, однако уже через 13000 км пробега его восстанавливающее действие практически пропадает из-за недолговечности и низкой износостойкости покрытия.

Формула изобретения

1. Способ восстановления узлов трения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), включающий приготовление обрабатывающей композиции механоактивацией триботехнического состава (ТС), состоящего из мелкодисперсной смеси исключительно природных минералов, содержащей серпентин, магнетит и тальк, с маслом, подачу полученной композиции в зону трения и последующую приработку с формированием покрытия, отличающийся тем, что готовят первую обрабатывающую композицию, содержащую 5-30 г ТС на 1 кг масла механоактивацией ТС с не менее 1/6 полного объема масла, необходимого для заправки ДВС, которую вводят в картер ДВС, и вторую, содержащую 2-4 г ТС на 0,1 кг масла, которую вводят частями в каждый цилиндр ДВС из расчета 15-30 мл на 1 л объема цилиндра, а приработку осуществляют на холостых оборотах ДВС, при этом в качестве ТС используют состав с дисперсностью 0,01-100 мкм, дополнительно содержащий кальцит, клинохлор, тремолит и кварц, а в качестве серпентина - хризотил, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хризотил 72 - 78

Магнетит 14 - 16

Кальцит 4 - 6

Клинохлор 1 - 3

Тальк 0,5 - 1,5

Тремолит 1 - 3

Кварц Не более 1

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для приготовления первой обрабатывающей композиции используют новое или слитое из ДВС старое масло.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первую обрабатывающую композицию вводят в картер ДВС, по крайней мере частично заправленный маслом.

4. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что введение второй обрабатывающей композиции осуществляют через свечные отверстия или форсунки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5