دراسة لتطبيق تقنية النانوتكنولوجي في تطوير زيوت السيارات

موارد الطاقة ذات أهمية استراتيجية في جميع أنحاء العالم، يعد قطاع النقل مستهلكًا رئيسيًا لموارد الطاقة المختلفة، وبالتالي فإن تقليل استهلاك موارد الطاقة أمر بالغ الأهمية في السيارات، حيث تؤثر مشاكل الاحتكاك والتآكل على كفاءة الطاقة في المحركات.

ويركز الدافع الرئيسي لهذه الدراسة على تحسين السلوك الترايبولوجى وأداء محركات السيارات باستخدام تطبيق تقنية النانوتكنولوجي لتطوير زيوت محركات السيارات لتقليل استهلاك الوقود وخفض الإنبعاثات الضارة مستخدما الجسيمات النانوية الهجينة Al2O3/TiO2 كمواد تشحيم نانوية فى زيوت المحركات لتكون إضافات صديقة للبيئة.

وتم تقييم خصائص أداء محرك البنزين بشكل تجريبي باستخدام ديناموميتر AVL في ظل ظروف تشغيل مختلفة للمحرك بما في ذلك دورة القيادة الأوروبية الجديدة (NEDC) ومرحلة التسخين للمحرك.

وتبدأ الدراسة التي أجراها الدكتور محمد كمال أستاذ الهندسة بجامعة المنيا، والحاصل على جائزة الدولة التشجيعية فى العلوم الهندسية لعام ٢٠٢٠، بمناقشة العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر على أداء المحرك في ظل ظروف التشغيل المختلفة خلال تزييت المحرك بالزيت التقليدى (5W-30) وزيوت التشحيم النانوية الهجينة Al2O3/TiO2 المتطورة.

علاوة على ذلك، أجرت الدراسة مزيدًا من الاختبارات الخاصة بتقنيات النانوتكنولوجى (FESEM - EDS XPS and Raman spectra) لتوضيح الآليات التي تنشطها إضافات النانو بالزيت لفهم الأسباب الرئيسية لتحسين أداء محركات البنزين وربط الاختبارات الترايبولوجية في المختبر بأداء المحرك الفعلي.

من خلال التجارب المذكورة أعلاه، أظهرت النتائج الرئيسية للدراسة الاتى:

1- أظهرت النتائج زيادة قدرة المحرك الفعلية وعزم دوران المحرك خلال تزييت المحرك بزيوت التشحيم النانوية الهجينة Al2O3/TiO2 في جميع ظروف التشغيل المحددة اعلاه، مقارنة بزيت التشحيم التقليدى. والسبب هو أن إجمالي فقد الطاقة الاحتكاكية داخل المحرك انخفض بنسبة 5-7٪. نتيجة لذلك ، تحسنت الكفاءة الميكانيكية للمحرك في حدود 1.7-2.5٪.

2- تقليل استهلاك الوقود خلال التزييت للمحرك بزيوت التشحيم النانوية Al2O3/TiO2 بحوالي 7 -11 ٪ في ظل ظروف التشغيل المختلفة.

3- ساعدت زيوت التشحيم النانوية Al2O3/TiO2 على تسريع مرحلة التسخين بنسبة 24٪ في نفس ظروف التشغيل.

4- الأسباب الرئيسية لتحسين الأداء الترايبولوجي هي تأثير التدحرج للجسيمات النانوية بين الاسطح الاحتكاكية داخل المحرك وتكوين طبقات حماية واقية على الاسطح الاحتكاكية.

فى نهاية المطاف أكد الدكتور محمد كمال في نتائج دراسته المنشورة فى المجلة العلمية الدولية (Applied Energy, Q1, IF: 8.84) والمصنفة من اعلى المجلات العلمية فى مجال الطاقة أن استخدام زيوت التشحيم النانوية يمكن أن تساعد المصنعين والمستخدمين على تقليل تكلفة الوقود وتكاليف الصيانة بسبب الاقتصاد في استهلاك الوقود. علاوة على ذلك، تساعد زيوت التشحيم النانوية في حماية وإطالة عمر أجزاء المحرك، مما يساعد على تقليل نفقات التشغيل في السيارات.