Способ восстановления двигателей методом керамической обработки

Использование: в обработке двигателей смазочными материалами, содержащими неорганические наполнители, с целью продления ресурса и повышения экономичности двигателей. Сущность: обработку двигателей производят при их техническом обслуживании по результатам диагностирования и ревизии поверхностей деталей и узлов трения смазочным материалом, содержащим порошкообразный неорганический наполнитель, включающий, мас.%: 30 кремния, 19 магния, 50 кислорода и 1 водорода. Технический результат - снижение степени изношенности, уменьшение шумности двигателя.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в обработке как находящихся в эксплуатации, так и новых двигателей внутреннего сгорания с целью продления их ресурса, повышения экономичности и снижения эксплуатационных расходов.

Известны способы и составы восстановления двигателей, создания на поверхностях пар трения "зеркал скольжения", формируемых в процессе эксплуатации двигателей за счет введения в смазочные материалы неорганических порошкообразных наполнителей, способствующих снижению непроизводительных затрат мощности двигателя на трение, повышению компрессии, экономии горючего, улучшению экологических и динамических характеристик, продлению их эксплуатационного ресурса.

Во всех вышеназванных патентах основой ремонтно-восстановительного состава является мелкодисперсная смесь абразивных минеральных порошков, состоящая, как правило, из смеси измельченных серпентинитов.

Мы основательно проработали патенты за номерами RU 2035636, 20.05.1995; RU 2149741, 27.05.2000; RU 2201999, 10.04.2003; RU 2209852 10.08.2003, ознакомились с патентами RU 2043393, 10.09.1995; RU 2057257, 27.03.1996; RU 2135638, 27.08.1999; RU 2160856, 20.12.2000 и пришли к выводам.

Практика обработки автомобильных двигателей подобными ремонтно-восстановительными составами для цилиндропоршневой группы является эффективной, но ведет к ускоренному износу подшипников скольжения.

Если подшипники в результате ускоренного износа перестают выполнять свои функции, то это приводит к "задиру" крупных валов и "стуку" в малых. А если при этом не принять срочные меры, то и к выходу из строя коленчатого вала, а следовательно, и двигателя.

В технологии многих патентов при обработке двигателей задействованы такие факторы, как ультразвук, перегретый пар, натирание, катализаторы, что значительно усложняет их обработку.

Задачами настоящего изобретения являются:

создание способа восстановления двигателей внутреннего сгорания с керамическим протектором, значительно превышающим по износостойкости достигнутые ранее результаты, а следовательно, по долговечости "зеркал скольжения" и достигнутой компрессии;

устранение повышенного износа подшипников после обработки двигателя;

упрощение технологии обработки двигателя.

Поставленная задача решается способом восстановления двигателей путем обработки их смазочным материалом, содержащим порошкообразный неорганический наполнитель, формирующий зеркала скольжения в процессе эксплуатации, в котором используют порошкообразный наполнитель, содержащий, мас.%: 30 кремния, 19 магния, 50 кислорода и 1 водорода, причем обработку производят при техническом обслуживании двигателей по результатам диагностирования и ревизии поверхностей деталей и узлов трения.

Диагностику проводят в соответствии с нормативными документами (ГОСТ Р ИСО 10816-3. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам вибрации на невращающихся частях) с помощью существующей аппаратуры (ВШВ - 3 и т.п.).

В качестве диагностического параметра принимают виброскорость, имеющую по октавам наибольшее значение, после чего вычисляют возможное виброперемещение, выбирают технологию нанесения покрытия. По данным ревизии состояния поверхностей контактирующих пар определяют дисперсность используемого наполнителя, которая должна быть сопоставимой с шероховатостью поверхностей (12-120 мкм).

Обработка двигателей не содержит никаких технологических нюансов и не предъявляет к двигателям никаких требований (ни к эксплуатационному режиму, ни к фильтрации, ни к смазке).

Ввод ремонтно-восстановительного состава в двигатель производится способом заливки масляной суспензии в картер двигателя (наполнитель + базовое масло, для машин может быть использовано минеральное масло И-20) с присутствием в картере базового масла.

В узлах трения при температурах, достигающих в микрообъемах 600-1200°С, между ремонтно-восстановительным материалом и цилиндропоршневой группой идет интенсивная диффузия мелокодисперсных частиц в поверхностный слой металла. Происходит реакция замещения между атомами металла обрабатываемой поверхности, как правило железа и магния. При этом на обрабатываемой поверхности образуется металлокерамический слой, компенсирующий износ и прочно связанный с поверхностью. Этот металлокерамический слой обладает высокой микротвердостью и низким коэффициентом трения, что повышает износостойкость обработанной поверхности.

Под действием рабочей температуры ремонтно-восстановительный состав превращается из мягкого (неабразивного) в металлокерамику.

Для формирования керамических протекторов на поверхностях контактирующих деталей, использующих в качестве связующих жидкие и консистентные смазки, работы включают:

запуск и прогрев двигателя на холостом ходу или под нагрузкой;

вибродиагностирование его основных узлов;

анализ и выбор узлов, подлежащих восстановлению;

подготовку концентрата из расчета содержания в жидкой смазке от 0,5 до 1,5 мас.% неорганического наполнителя, а в консистентной смазке - до 50 мас.%;

заливку концентрата в систему смазки работающего двигателя или замену ее (консистентные смазки);

вибродиагностирование двигателя (при необходимости).

Протектор, получаемый под воздействием высоких температур в результате преобразования материала, представляет собой смесь из форстерита, фаялита и оливинов настолько прочную и тугоплавкую, что почти не подлежит износу. Это подтвердил замер компрессии двигателя после его интенсивной эксплуатации в течение трех лет.

Компрессия во всех цилиндрах осталась практически без изменений.

Промежуточная стадия этого процесса носит взвешенный характер в пространстве камеры сгорания. Эта взвесь интегрируется по всей камере, включая поршень и клапанный механизм. Осаждаясь на этих деталях, она образует на них тоже покрытие, что и на трущихся парах. При вскрытии головки блока цилиндров фиксировалась общая зеркальность камеры сгорания. Для двигателей это обстоятельство является крайне важным, т.к. придает долговечность не только цилиндропоршневой группе, но и клапанному механизму.

В 1999 году при применении серпентина на судовом вспомогательном двигателе 6Чан18/22 этого явления не наблюдалось.

Одним из главных преимуществ технологии является то обстоятельство, что применение неабразивного материала позволяет существенно раздвинуть количественные рамки вводимого ремонтно-восстановительного состава. Это необходимо при значительном износе двигателя.

Основным сдерживающим фактором технологии является рабочая температура цилиндров. В бензиновом двигателе она примерно на 400 градусов ниже, чем в дизельном. Следовательно, в таком случае и износ, ликвидируемый этой технологией, должен быть меньше. Для мощных дизельных установок граница износа практически отсутствует. Рабочая температура в них настолько высока, что может "переварить" любое количество материала, поступающего в цилиндр. При значительном износе двигателя и, следовательно, большом расходе масла для интенсификации процесса применяется смесь из основного материала с 5% мелкодисперсного (diametre median = 002,5-00,30) серпентина. Такое количество абразивосодержащего материала не способно серьезно ускорить износ подшипников скольжения и нанести вред двигателю, но процесс восстановления двигателя резко интенсифицируется.

Одним из важнейших элементов технологии является обработка абсолютно новых двигателей. Уже через несколько сот километров обработанные двигатели показывали значительное увеличение приемистости, т.е. рост компрессии в цилиндрах /рост мощности/, а на трущихся поверхностях появлялись "зеркала скольжения" с высокой микротвердостью и низким коэффициентом трения, что обеспечивает новому двигателю повышенную износоустойчивость, повышение экономичности, снижение эксплуатационных расходов и существенное увеличение эксплуатационного ресурса. Это возможно только при абсолютно безопасном материале.

Возможность восстановления двигателя методом керамической обработки была проверена:

на судовом двигателе 6NVD26 траулера МРТК №0696, "Океанический промысел".

После 10-суточного рейса давление сжатия в цилиндрах повысилось с 2,6 до 3,2 МПа, а давление масла возросло с 0,26 до 0,28 МПа.

Экономия топлива составила до 20%.

Степень изношенности двигателя снизилась с 35% до 20%.

Применение указанной технологии для рыболовного флота Северного бассейна разрешено Морским регистром.

С 2002 по 2006 г. методом керамической обработки восстановлено свыше 100 автомобилей различных марок, как правило, с большими сроками эксплуатации и пробегов.

Результат:

средний прирост компрессии по цилиндрам относительно первоначального замера составил 35-40%;

компрессия относительно уровня, который указывается заводом изготовителем для каждого типа машин, превышена на 15-20%;

экономия по топливу составила 20-30%; (в патенте RU 2149741 - 12%)

экономия по маслу до 50%;

уменьшение шумности не менее чем на 15%;

ремонт двигателя с разборкой не предусматривается в течение всего срока эксплуатации;

поломок двигателей не наблюдалось.

Метод керамической обработки может обеспечить долговечность двигателей с момента начала их эксплуатации.

Способ восстановления двигателей путем обработки их смазочным материалом, содержащим порошкообразный неорганический наполнитель, формирующий зеркала скольжения в процессе эксплуатации, отличающийся тем, что используют порошкообразный наполнитель, содержащий в мас.%: 30 кремния, 19 магния, 50 кислорода, 1 водорода, причем обработку производят при техническом обслуживании по результатам диагностирования и ревизии поверхностей деталей и узлов трения.