Intensification of fuel combustion process and reducing emissions on application of anti-wear additive

Abstract

The article considers a problem of reducing emissions of fuel equipment on the application of a magnetic anti-wear additive which is produced using nanotechnology, which makes it possible to obtain lubricating fluid with low coefficient of friction, having metal cladding effect. Continuous layer of magnetic particles on a surface makes it possible not only to reduce the shear stress in the surface layer, but simultaneously reduce the gap between the mating surfaces, providing the reducing of coefficient of friction and more complete combustion.

Full Text

Технические требования к качеству дизельных топлив обусловлены общими требованиями к топливной аппаратуре на ближайшую перспективу. Согласно Концепции развития автомобильной промышленности России на период до 2010 г. Автомобильный парк России будет постоянно расти, особенно за счёт интенсивного производства легковых автомобилей. В связи с этим к автомобилям помимо традиционных требований – обеспечения высокой надежности и топливной экономичности, предъявляются все более жесткие экологические требования по выбросам вредных веществ. В 2008 г. Правительством РФ утвержден Технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», согласно которому дизельное топливо, производимое российскими нефтеперерабатывающими заводами, до 31 декабря 2011 г. должно соответствовать требованиям экологических стандартов «Евро 2,3», до 31 декабря 2014 г. – «Евро 4», и, наконец, с 2015 г. на неограниченный срок – «Евро 5». [1] Производство малосернистых дизельных топлив естественно влечёт за собой ухудшение их смазывающей способности, то есть противоизносных свойств. В связи с этим, смазывающая способность дизельного топлива нормируется показателем «скорректированный диаметр пятна износа» который, согласно ГОСТ Р 52368-2005, по аналогии с дизельным топливом, производимыми в Европе, не должен превышать 460 мкм. Для улучшения свойств дизельного топлива в него добавляют противоизносные присадки различных марок [2]. В результате процесса сгорания топлива образуются углекислый газ СО2, окислы серы SO2и SO3, водяные пары, окислы азота NOх и различные летучие вещества. В последнее время уделяется большое внимание снижению содержания в продуктах сгорания этих вредных веществ, наиболее вредными из которых являются окислы серы SO2и окислы азота NOx [3]. Однако, если сгорание протекает не полностью, кроме вышеперечисленных веществ в продуктах сгорания содержится также окись углерода СО – угарный газ, который особенно характерен для выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Продукты неполного сгорания являются особенно вредными составляющими и резко ухудшают состав атмосферы. Следовательно, снижение содержания продуктов неполного сгорания в атмосфере является актуальной задачей. Воздействие тепловых машин и установок наокружающую среду проходит в двух направлениях: 1) выброс продуктов сгорания, содержащихвредные вещества, через выхлопные трубы в биосферу и атмосферу; 2) выделение тепла в окружающую среду врезультате сгорания большого количества топлива. Проведенные исследования показали, что содержание SO2 в воздухе оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Одним из наиболее целесообразных способов снижения вредных выбросов в атмосферу является применение универсальной магнитной присадки для интенсификации процесса горения топлива. Так как она обеспечивает за счет уменьшения трения, более полное сгорание топлива. Необходимо отметить, что исследования тонких процессов разрушения, характерных для хорошо смазанных поверхностей, не доступны для классических трибологических методов. Здесь процессы разрушения локализуются в тонких приповерхностных слоях на уровне субструктурных изменений кристаллической решетки, из чего следует, что необходимо развивать макро и нанотехнологии для исследования трибологических проблем, возникающих на контакте рабочих поверхностей – адсорбции молекул смазочного вещества на поверхности трения, ее модификация, накопление частиц износа в области контакта и смазочном слое. Элементарная модель участка трибологического контакта двух поверхностей, одна из которых неподвижна, а вторая имеет относительно первой возвратно-поступательное движение приведена на рисунке 1. В период трибологического контакта со скоростью v двух взаимодействующих поверхностей происходит ряд процессов пластической деформации наименее твердого тела, что сопровождается накоплением частиц изнашивания в зоне трения. Это сопровождается окислением приповерхностных слоев, деструкцией смазочного материала и рядом других процессов. W Рисунок 1. Схема трения и изнашивания элементарного участка СМП: ---------– исходное положение микровыступов на поверхностях ИД (испытуемых деталей) и контртела; °°°°°°°° – исходное положение микровыступов на поверхностях ИД и контртела в процессе изнашивания ИД; а1, а2 – изменения микрогеометрии микровыступа вследствие упругой и остаточной деформации материала ИД; hср – средняя толщина смазочного слоя; d, ef – показатели качества смазочного материала; Uкрп – потенциал силового поля (контактная разность потенциалов); W – модифицированная поверхность ИД; v – скорость перемещения контртела; w1, w2 – работа выхода электрона с поверхности соответственно контртела к ИД; Рн – нормальная сила; F=Рнf – сила трения, N, S – магнитные полюса (соответственно внешнее магнитное поле северный и южный полюс) Применение запатентованной противоизносной магнитной присадки с использованием нанотехнологий дает возможность получить смазывающую жидкость с низким коэффициентом трения, обладающую металлоплакирующим эффектом. Наращиваемый слой магнитных частиц на поверхности дает возможность не только уменьшать напряжение сдвига в поверхностном слое, но одновременно и уменьшать зазор между сопрягаемыми поверхностями. Так же установлено, что при полном сгорании дизельного топлива и с увеличением процентного содержания присадки значительно уменьшается выход окиси углерода. Следовательно, введение в топливо разработанной противоизносной присадки улучшает их моторныекачества, снижает образование вредных примесей и уменьшает выбросы в атмосферу вредных газов.