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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2021.tde-02072021-114231
Document
Auteur
Nom complet
Juan Sebastian Ruiz Acero
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2021
Directeur
Jury
Cousseau, Tiago (Président)
Alves, Salete Martins
Kessler, Felipe
Murray, Henara Lillian Costa
Souza, Roberto Martins de
Titre en portugais
Redução de atrito em motores de combustão interna com o uso do aditivo MoDTC: efeito da diluição de etanol.
Mots-clés en portugais
Atrito
Espectroscopia Raman
Etanos
Lubrificação
MoDTC
XPS
Resumé en portugais
O etanol tem sido considerado nos últimos anos como uma das melhores opções de combustível alternativo aos combustíveis fosseis. No entanto, o uso do etanol pode levar a diluições consideráveis deste combustível no lubrificante em condições de partida a frio ou de trânsito pesado. Esta diluição pode afetar o desempenho do lubrificante, em especial dos aditivos contidos nele. Entre estes aditivos estão os modificadores de atrito, cujo objetivo é reduzir o atrito em condições de contato severo, sendo o mais conhecido destes o MoDTC. Alguns estudos prévios têm indicado que o etanol pode afetar a atuação deste aditivo. Portanto, o objetivo deste trabalho é melhorar o entendimento do efeito que o etanol causa na formação de MoS2 a partir do MoDTC e como isto afeta a resposta de atrito em regime limítrofe de lubrificação para lubrificantes contendo este aditivo. Lubrificantes completamente formulados contendo MoDTC com diferentes porcentagens de etanol diluído foram testados em ensaios tribológicos de movimento alternado. Na medida que se foi aumentando a porcentagem de etanol diluído, aumentou-se também o tempo de ativação do MoDTC e o coeficiente de atrito no final do ensaio. Observou-se que existe uma quantidade crítica de diluição de etanol que inibe a redução de atrito pela ativação do MoDTC. Análises de espectroscopia Raman destas superfícies indicam uma perda de cristalinidade do MoS2 com o aumento de etanol diluído no lubrificante. No entanto, estes efeitos adversos do etanol diminuíram com o aumento de temperatura, como foi demonstrado com testes realizados a temperaturas próximas à vaporização do etanol. Superfícies testadas com misturas simples de PAO+MoDTC mostraram também um aumento do coeficiente de atrito com a adição de etanol. Estas superfícies foram analisadas por espectroscopia Raman, XPS e XANES. Com estas análises foram identificados nos tribofilmes a presença de sulfatos, MoO3, MoS2 e MoSxOx. Estes compostos estiveram presentes nas superfícies testadas com e sem etanol diluído no lubrificante. Entretanto, quando comparadas ambas condições, a adição de etanol levou a um aumento de sulfatos e MoO3 em detrimento dos compostos redutores de atrito (MoS2 e MoSxOx). Assim, verificou-se que a diluição de etanol nos lubrificantes que contêm MoDTC cria um meio interfacial rico em oxigênio, que favorece a formação de compostos com baixas capacidades redutoras de atrito.
Titre en anglais
Friction reduction in internal combustion engines by MoDTC additive: effect of ethanol dilution.
Mots-clés en anglais
Ethanol
Friction
Lubrication
MoDTC
Raman
XANE
XPS
Resumé en anglais
Ethanol has been considered in recent years one of the best alternative fuel options to fossil fuels. However, the use of ethanol can lead to considerable dilutions of this fuel in the lubricant under conditions of cold start or heavy traffic. This dilution can affect the performance of the lubricant, especially the additives contained therein. Among these additives, friction modifier additives aim to reduce friction under severe contact conditions, particularly MoDTC. Some previous studies have indicated that ethanol can affect the performance of this additive. Therefore, the objective of this work is to better understand the effect that ethanol causes in the tribofilms of MoDTC and how it affects the friction response under boundary lubrication condition. Fully formulated lubricants containing MoDTC with different percentages of diluted ethanol were tested in reciprocating tribological tests. As the percentage of diluted ethanol increased, so did the MoDTC activation time and the friction coefficient at the end of the test. It was observed that there is a critical amount of ethanol dilution that inhibits friction reduction by MoDTC activation, reaching values similar to those found in tests with base oil. Raman spectroscopy analyses of these surfaces indicate a loss of MoS2 crystallinity with increased ethanol dilution in the lubricant. However, these adverse effects of ethanol decreased at higher temperatures, as demonstrated by tests carried out at temperatures close to vaporization. Surfaces tested with simple mixtures of PAO + MoDTC also showed an increase of friction coefficient with the addition of ethanol. These surfaces were analyzed by Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption spectroscopy near the edge structure (XANES). From these analyses, compounds such as sulfates, MoO3, MoS2 and MoSxOx were identified in the tribofilms. These compounds were present on the tested surfaces with and without ethanol diluted in the lubricant. However, when comparing both conditions, the addition of ethanol led to an increase in sulfates and MoO3 at the expense of the friction reducing compounds (MoS2 and MoSxOx) in the formed tribofilm. Thus, the dilution of ethanol in lubricants containing MoDTC creates an oxygen-rich interfacial medium, which favors the formation of compounds with insufficient friction reducing capabilities.
 
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Date de Publication
2021-07-02
 
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