31941

بكارگيري نانومواد براي كاهش سايش و اصلاح اصطكاك روغن موتور خودرو

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- مهندسي خودرو - طراحي سيستم‌هاي ديناميكي خودرو

1399

1402/6/27

سلمان ابراهيمي نژاد رفسنجاني

علي قاسميان مقدم

مهندسي مكانيك

با توجه به اهميت روزافزون خودروها در زندگي مدرن و سهم قابل توجه اصطكاك در مصرف سوخت و كاهش عمر قطعات، توسعه روانكارهاي كارآمدتر همواره مورد توجه بوده است. مطالعات نشان مي‌دهند كه حدود 20 درصد از تلفات انرژي در موتور خودرو مربوط به اصطكاك بين رينگ و پيستون است. در اين راستا، فناوري نانو به عنوان رويكردي نوين براي بهبود خواص روانكارها مطرح شده است. هدف اصلي اين پژوهش بررسي ميزان توانايي و نحوه‌ي عمكلرد نانوذرات در بهبود ويژگي ضدسايشي و كاهش ضريب اصطكاك روغن موتور با استفاده از آزمون‌هاي آزمايشگاهي به سه روش استاندارد بصورت تجربي و همچنين به بررسي تاثيرات اين افزودني با شبيه‌سازي در نرم افزار AVL Excite Piston&Ring بر روي پارامتري چون فشار موثر متوسط اصطكاكي پرداخته شده است. در نتايج آزمون‌هاي تجربي نشان داد كه نانو ذرات مس اكسيد در غلظت 75/0 درصد وزني كمترين ضريب اصطكاك را دارد بطوريكه در تست چهار ساچمه، پين بر روي ديسك و رفت و برگشتي به ترتيب موجب كاهش 4/79 درصد ، 9/25 درصد و 2/24 درصدي ضريب اصطكاك نسبت به روغن موتور فاقد نانو افزودني شده است. براي بررسي دقيق‌تر مكانيسم‌هاي روانكاري، آناليزهاي ميكروسكوپي روبشي الكتروني (SEM) همراه با طيف‌سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDX) و ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) بر روي سطوح پس از سايش انجام شد. بر اساس نتايج حاصل از اين آناليزها، فرضيه‌اي تركيبي مبني بر وجود دو مكانيسم روانكاري هم‌افزايي در نانوذرات CuO ارائه گرديد. همچنين، نتايج اندازه‌گيري پتانسيل زتا نشان داد كه پراكندگي نانوذرات در غلظت 0.75 درصد وزني به مدت 72 ساعت پايدار باقي مانده است. اين امر نشان‌دهنده دافعه الكترواستاتيكي كافي بين ذرات و عدم تشكيل تجمعات بزرگ بوده كه با مشاهدات ميكروسكوپي روبشي الكتروني (SEM) مبني بر توزيع يكنواخت نانوذرات در ماتريس روغن، تأييد مي‌شود. همچنين در شبيه سازي با نرم افزار در مقايسه با روغن پايه، استفاده از روغن حاوي 75/0 درصد وزني نانوذرات اكسيد مس منجر به كاهش متوسط فشار اصطكاكي كل به ميزان قابل توجهي شده است. اين كاهش در بار جزئي 23.5% و در بار كامل 19% برآورد شده است كه نشان‌دهنده بهبود قابل توجه در عملكرد روانكاري و كاهش سايش قطعات موتور مي‌باشد.

1403/11/06

Friction and Wear Reduction using Nanoparticles in Synthetic Engine Oil

9/17/2024 12:00:00 AM

Given the increasing importance of automobiles in modern life and the significant contribution of friction to fuel consumption and reduced component life, the development of more efficient lubricants has always been a focus. Studies show that about 20% of energy losses in a vehicle engine are due to friction between the piston rings and cylinder walls. In this regard, nanotechnology has emerged as a novel approach to improve the properties of lubricants. The main objective of this research is to investigate the ability and performance of nanoparticles in improving the anti-wear properties and reducing the coefficient of friction of engine oil using three standard laboratory tests experimentally. Additionally, the effects of this additive on a parameter such as mean effective friction pressure were investigated through simulation using the AVL Excite Piston&Ring software. The results of the experimental tests showed that copper oxide nanoparticles at a concentration of 0.75% by weight had the lowest coefficient of friction, resulting in a 4.79%, 9.25%, and 2.24% reduction in the coefficient of friction for the four-ball, pin-on-disk, and reciprocating tests, respectively, compared to the base oil. To further investigate the lubrication mechanisms, scanning electron microscopy (SEM) analysis along with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and atomic force microscopy (AFM) were performed on the worn surfaces. Based on the results of these analyses, a combined hypothesis of synergistic lubrication mechanisms in CuO nanoparticles was proposed. Furthermore, zeta potential measurements showed that the dispersion of nanoparticles at a concentration of 0.75% by weight remained stable for 72 hours. This indicates sufficient electrostatic repulsion between the particles and the absence of large agglomerations, which is confirmed by scanning electron microscopy (SEM) observations showing a uniform distribution of nanoparticles in the oil matrix. Additionally, simulations using the software showed that compared to the base oil, using oil containing 0.75% by weight of copper oxide nanoparticles resulted in a significant reduction in the average total friction pressure. This reduction was estimated to be 23.5% at partial load and 19% at full load, indicating a significant improvement in lubrication performance and reduced wear of engine components.

نانو روغن , سايش , ضريب اصطكاك , روانكار , تريبولوژي , شبيه‌سازي

nano oil , Wear , coefficient of friction , Lubricant , Tribology , simulation

Sana Sadat Alemohammad

Dr. Salman Ebrahiminezhad