АНТИФРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
ANTI-FRICTION COMPOSITION FOR PLUNGER PAIRS OF FUEL PUMPS OF HIGH PRESSURE

Изобретение относится к защитным полимерным композициям для получения антифрикционных покрытий на контактирующих поверхностях плунжерных пар топливных насосов высокого давления (ТНВД) и может быть использовано в дизельных двигателях автомобильной и сельскохозяйственной техники.
Известна антифрикционная композиция для обработки контактирующих поверхностей узлов трения, включающая перфторполиоксиалкилен-карбоновые и/или -сульфокислоты, и/или их смеси с перфтороксиалкиленкетонами и в качестве растворителя воду в смеси с 0,01-5,0 мас.% фторсодержащего катионного, неионогенного или амфолитного эмульгатора (RU 2069673 С1, кл. C08J 5/16, 27.11.1996).
Недостатком известной композиции является то, что она не может быть использована для обработки контактирующих поверхностей плунжерных пар ТНВД, так как содержит воду, вызывающую электрохимическую коррозию узлов и деталей из металла.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является антифрикционная композиция «Полизам» для обработки контактирующих поверхностей узлов трения, содержащая, мас.%: амиды, гидразиды или гуаниды перфторполиоксаалкиленкарбоновых или сульфокислот 0,1-10,0, диспергатор - поверхностно-активное вещество 0,1-4,0 и фторуглеводородный или фторхлоруглеводородный растворитель остальное (RU 2141496 С1, кл. C09D 127/24, 20.11.1999).
Недостатком данного состава является то, что он не растворим в дизельном топливе и не образует с ним устойчивых эмульсий, так как содержит фторорганические соединения с высокой молекулярной массой (>20000), поэтому процесс нанесения антифрикционных покрытий на контактирующие поверхности плунжерных пар ТНВД через рабочую среду (дизельное топливо) невозможен. Для антифрикционной обработки плунжерных пар ТНВД указанным составом их необходимо разобрать и обработать каждую деталь в отдельности, что значительно усложняет технологию применения композиции «Полизам».
Техническим результатом изобретения является создание защитной композиции, позволяющей получать износостойкие антифрикционные покрытия на контактирующих поверхностях плунжерных пар ТНВД без их демонтажа, а также повышение триботехнических свойств покрытий.
6
20
Данный результат достигается тем, что антифрикционная композиция для контактирующих поверхностей, включающая амиды перфторполиэфирокислот, диспергатор - поверхностно-активное вещество и органический растворитель, содержит амиды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1200-1400, в качестве диспергатора содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и жирных кислот растительных масел фракции С-С при их мольном соотношении 1:3:0,5 соответственно, а в качестве растворителя - дизельное топливо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Амиды перфторполиэфирокислот
с молекулярной массой 1200-1400
1,0-9,0
Продукт взаимодействия борной
кислоты, диэтаноламина и жирных
кислот растительных масел фракции С<sub>6</sub>-С<sub>20</sub>
при их мольном соотношении 1:3:0,5
2,0-10,0
Дизельное топливо
Остальное
6
20
Отличительной особенностью предложенной композиции является введение в нее низкомолекулярных амидов перфторполиэфирокислот и продукта взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина (ДЭА) и жирных кислот растительных масел фракции С-С при их мольном соотношении 1:3:0,5 соответственно в заявленном соотношении компонентов, что позволяет получить устойчивые коллоидные растворы с дизельным топливом. Это дает возможность наносить антифрикционные покрытия на контактирующие поверхности плунжерных пар ТНВД через рабочую среду без их демонтажа.
При сочетании амидов перфторполиэфирокислот и продукта взаимодействия в заявленном соотношении компонентов возникает синергетический эффект усиления триботехнических свойств полученных антифрикционных покрытий, результатом чего является увеличение давления нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжеров, повышение мощности и работоспособности дизельных двигателей, а также уменьшение расхода топлива.
6
20
Введение амидов перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1200-1400 менее 1,0 мас.% не позволяет получить покрытие с высокими триботехническими свойствами, введение их более 9,0 мас.% нецелесообразно, так как дальнейшего повышения указанных свойств не происходит. Введение продукта взаимодействия борной кислоты, ДЭА и жирных кислот растительных масел фракции С-С при их мольном соотношении 1:3:0,5 менее 2,0 мас.% не позволяет получить устойчивые коллоидные растворы с дизельным топливом, введение их более 10,0 мас.% нецелесообразно.
1
6
Амиды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1200-1400 получают путем взаимодействия эфиров перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1200-1400 с первичными алифатическими аминами ряда C-С при их молярном соотношении 1:1 и температуре 85-90°С по схеме:
F
n
2n+1
2
F
n
2n+1
RC(O)OCH+RNH→RC(O)NHR, где R=CH, n=1-6
3
Данные соединения представляют собой светло-желтые жидкости с вязкостью 600-1500 сСт, плотностью 1620-1810 кг/м и температурой застывания +36-(-65)°С. Они термостабильны до температуры 250°С, не горючи, взрыво- пожаробезопасны и не токсичны (4 класс опасности).
В качестве жирных кислот растительных масел при получении продукта взаимодействия используют пальмитиновую, стеариновую, олеиновую, линолевую, линоленовую, рицинолевую и другие кислоты, а также их смеси.
Дизельное топливо используют по ГОСТ 305-82 зимнее марок ДТЗ - 0,2-35, ДТЗ - 0,2-40, ДТЗ - 0,2-45, летнее - ДТЛ - 0,2-65, ДТЛ - 0,5-40, ДТЛ - 0,5-62 и др.
Способ получения продукта взаимодействия заключается в следующем:
6
20
В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают жирные кислоты растительных масел фракции С-С и ДЭА. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С, после чего вводят борную кислоту и поднимают температуру реакционной смеси до 180-200°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом 60-80 мг HCl/г. Мольное соотношение борная кислота: ДЭА: жирные кислоты составляет 1:3:0,5.
6
20
Технология приготовления композиции заключается в следующем: амиды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1200-1400 смешивают с полученным продуктом взаимодействия борной кислоты, ДЭА и жирных кислот растительных масел фракции С-С, после чего вводят в дизельное топливо при заявленном соотношении компонентов. Состав перемешивают в течение 40-50 мин при температуре не ниже 20°С. Полученная композиция представляет собой однородную эмульсию молочного цвета, которая не расслаивается при хранении в течение 120 ч в интервале температур 10-50°С.
Обработку плунжерных пар ТНВД предложенной композицией производят через топливный бак автомобиля или сельскохозяйственной техники в течение 1-3 ч (в зависимости от объема дизельного двигателя) на холостом ходу.
3
6
20
Пример 1. Испытания проводились на дизельном двигателе TD - 23 1987 года выпуска. Объем двигателя - 2300 см, пробег - 87000 км. В топливный бак была введена следующая композиция: метиламиды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1200 - 1,0 мас.%, продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и жирных кислот растительных масел фракции С-С при их мольном соотношении 1:3:0,5-2,0 мас.%, дизельное топливо - 97,0 мас.%. Обработка плунжерных пар проводилась на холостом ходу в течение 1 ч.
Измерение давления нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжерных пар до нанесения антифрикционного покрытия и после нанесения производилось на стенде ДД-10-01, предназначенном для диагностики и регулировки топливной аппаратуры дизелей.
Результаты испытаний представлены в табл.1.
Анализ полученных данных показывает, что давление нагнетания в цилиндрах после обработки плунжерных пар антифрикционной композицией возросло в среднем на 5,2%.
3
Пример 2. Испытания проводились на дизельном двигателе 2 L 1985 года выпуска. Объем двигателя - 2446 см, пробег - 210000 км.
6
20
Обработка плунжерных пар проводилась, как в примере 1, следующим составом: бутиламиды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1300 - 5,0 мас.%, продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и жирных кислот растительных масел фракции С-С при их мольном соотношении 1:3:0,5 - 5,5 мас.%, дизельное топливо - 89,5 мас.%.
Время обработки - 2 ч.
Результаты испытаний представлены в табл.1.
Давление нагнетания в цилиндрах после обработки плунжерных пар предложенной композицией возросло в среднем на 6,3%.
3
Пример 3. Испытания проводились на дизельном двигателе 1 HZ 1996 года выпуска. Объем двигателя - 4200 см, пробег - 85000 км.
6
20
Обработка плунжерных пар проводилась, как в примере 1, следующим составом: гексиламиды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1400 - 9,0 мас.%, продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и жирных кислот растительных масел фракции С-С при их мольном соотношении 1:3:0,5 - 10,0 мас.%, дизельное топливо - 81,0 мас.%.
Время обработки - 3 ч.
Результаты испытаний представлены в табл.2.
Анализ полученных данных показывает, что давление нагнетания в цилиндрах возросло в среднем на 5,1%.
3
6
20
Пример 4. Испытания проводились на дизельном двигателе TD-23 1988 года выпуска. Объем двигателя - 2300 см, пробег - 196000 км. В топливный бак была введена следующая композиция: метиламиды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1200 - 0,5 мас.%, продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и жирных кислот растительных масел фракции С-С при их мольном соотношении 1:3:0,5 - 1,5 мас.%, дизельное топливо - 98,0 мас.%. Время обработки - 3,5 ч.
Результаты испытаний представлены в табл.1.
Давление нагнетания в цилиндрах после обработки плунжерных пар возросло в среднем на 1,8%.
3
Пример 5. Испытания проводились на дизельном двигателе 1 HZ 1996 года выпуска. Объем двигателя - 4200 см, пробег - 85000 км.
6
20
Обработка плунжерных пар проводилась, как в примере 1, составом, содержащим гексиламиды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 1400 - 10,0 мас.%, продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и жирных кислот растительных масел фракции С-С при их мольном соотношении 1:3:0,5 - 11,0 мас.%, дизельное топливо - 79,0 мас.%. Время обработки - 0,5 ч.
Результаты испытаний представлены в табл.2.
Анализ полученных данных показывает, что давление нагнетания в цилиндрах возросло в среднем на 4,2%.
Контроль наличия покрытия на поверхностях плунжерных пар проводился по изменению краевого угла смачивания (θ) капли масла, а стойкость покрытия определялась по изменению угла θ (Δθ) в зависимости от количества промывок (ГОСТ 7934.2-74. Масла часовые. Метод определения краевого угла смачивания).
Допустимой величиной изменения краевого угла смачивания считается уменьшение его величины от первоначальной не более чем на 20% (Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976).
Результаты испытаний представлены в табл.3.
Ресурсные испытания плунжерных пар проводились в режиме эксплуатации дизельных двигателей. После испытаний производились измерения давления нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжерных пар при различных пробегах. В табл.4 представлены данные, подтверждающие наличие защитной пленки на контактных поверхностях плунжерных пар после эксплуатации.
Использование предложенной защитной композиции позволит получать износостойкие антифрикционные покрытия на контактирующих поверхностях плунжерных пар ТНВД без их демонтажа, повысить мощность и работоспособность дизельных двигателей, уменьшить расход топлива.
Таблица 1
Давление нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжерных пар дизельных двигателей TD - 23 и 2 L до и после обработки предложенным составом
Условия испытаний
Давление нагнетания в цилиндрах, кг/см<sup>2</sup>
Номер цилиндра
1
2
3
4
До обработки:
- по примеру 1
29,5
28,5
30,1
31,0
- по примеру 2
26,2
25,2
27,0
33,0
- по примеру 4
28,3
29,3
29,0
29,6
После обработки:
- по примеру 1
31,5
31,5
30,1
32,0
- по примеру 2
27,0
28,2
28,0
35,0
- по примеру 4
28,5
29,5
29,0
29,8
Таблица 2
Давление нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжерных пар дизельного двигателя 1 HZ до и после обработки предложенным составом
Условия испытаний
Давление нагнетания в цилиндрах, кг/см<sup>2</sup>
Номер цилиндра
1
2
3
4
5
6
До обработки:
- по примеру 3
37,5
37,0
36,5
32,5
39,0
37,0
- по примеру 5
37,0
36,5
36,0
32,0
37,0
35,0
После обработки:
- по примеру 3
39,5
39,2
39,0
34,2
39,5
39,8
- по примеру 5
38,0
37,2
36,5
33,2
37,9
36,2
Таблица 3
Давление нагнетания (впрыскивания) в цилиндрах плунжерных пар после обработки антифрикционной композицией и после эксплуатации
Номер примера
Условия испытания
Давление нагнетания в цилиндрах, кг/см<sup>2</sup>
Номер цилиндра
1
2
3
4
5
6
1
После обработки
31,5
31,5
30,1
32,0
После пробега 200 км
31,6
31,3
29,9
32,0
2
После обработки
27,0
28,2
28,0
35,0
После пробега 400 км
27,2
28,0
28,0
34,8
3
После обработки
39,5
39,2
39,0
34,2
39,5
39,8
После пробега 300 км
39,4
39,3
39,0
34,0
39,2
39,6
4
После обработки
28,5
29,5
29,2
29,8
После пробега 200 км
26,6
28,0
27,0
28,0
5
После обработки
38,0
37,2
36,5
33,2
37,5
36,2
После пробега 300 км
35,8
37,1
36,4
33,2
37,4
36,0
Таблица 4
Изменение краевого угла смачивания θ в зависимости от числа промывок
№ примера
Значение краевого угла смачивания θ, град
Уменьшение угла θ (Δθ) после 5 промывок, %
До обработки
После обработки
Число промывок
1
2
3
4
5
1
6,0
71
71
71
71
70
70
1,4
2
6,5
72
72
72
72
71
70
2,7
3
7,0
73
73
73
73
72
71
2,7
4
5,5
68
66
65
65
64
64
5,9
5
6.5
70
70
70
69
68
68
2,9
прототип
6,0
69
68
68
67
67
65
5,8