Эксплуатационные материалы и их назначение

Современные автомобили в большинстве своем работают только при помощи определенных эксплуатационных материалов. Чаще всего это бензин, сжиженный газ пропан-бутан или дизельное топливо. Эксплуатационные материалы выбираются в зависимости от типа двигателя. Соответственно, еще до покупки авто нужно быть готовым к затратам на расход топлива той или иной группы.

Современные аналоги природных эксплуатационных материалов

Бензин, газ и дизельное топливо - это довольно дорогие и небезопасные с точки зрения экологии автомобильные эксплуатационные материалы. Именно по этой причине современные ученые создают альтернативные источники энергии, к примеру, электрической. Сейчас в европейских и западных странах эта тема активно развивается, и в нее инвестируют довольно большие активы, поскольку идея экологически чистых транспортных средств является весьма перспективной.

Однако в нашей стране наиболее востребованными являются классические эксплуатационные материалы автомобиля. В качестве топлива чаще всего используется бензин, который может иметь разное октановое число, от него зависит качество езды и скорость. Также в качестве топлива принято использовать газ пропан-бутан и дизельное топливо.

Требования к эксплуатационным материалам автомобиля

Для поддержания автомобиля в надлежащем эксплуатационном виде используются различные эксплуатационные материалы, которые имеют свою собственную маркировку. К ним предъявляются определенные требования, так как различные машины имеют различное строение, потому они не могут обслуживаться универсальными материалами.

Принято выделять такие эксплуатационные материалы:

• Топлива;
• Смазочные материалы;
• Технические жидкости.

Рассмотрим более подробно каждый вид этих материалов и их особенности.

Жидкие нефтяные топлива делятся на бензины и дизельные топлива. Они способны превращать в двигателе внутреннего сгорания химическую энергию в механическую, широко распространены во всем мире, поэтому пользуются наибольшей популярностью. Бензиновые топлива применяются для обеспечения движения техники с поршневыми двигателями с искровым зажиганием. Дизельные топлива предназначены для использования в двигателях с воспламенением топливно-воздушной смеси от сжатия.

Смазочные масла имеют довольно специфическое предназначение: они нужны для экономии энергии, тратящейся на трение между деталями, и обеспечения безопасной эксплуатации транспорта. Масла делят на отдельные типы в зависимости от области их применения:

• Моторные;
• Турбинные;
• Цилиндровые;
• Трансмиссионные;
• Редукторные;
• Компрессорные;
• Электроизоляционные;
• Вакуумные;
• Приборные;
• Консервационные;
• Специализированные.

Выделяют отдельно такой ряд материалов, как пластичные смазки. Они предназначены для герметизации и уплотнения соединений, консервации изделий и снижения износа трущихся поверхностей.

Специальные жидкости выполняют самые различные функции, они могут выступать в качестве рабочих тел в системах гидравлики или как теплоносители в системах охлаждения, также есть и другие виды для обеспечения определенных технических задач. Гидравлические жидкости обеспечивают гидропередачу тормозных систем и устройств, амортизаторов. Технические жидкости нужны для проведения ремонтных работ или эксплуатации автомобиля в особых условиях.

Требования к эксплуатационным материалам обозначены в специальных документах. Информация, которая есть на упаковке продукции данного типа, помогает понять, для каких именно целей предназначен тот или иной товар и в каких условиях должен использоваться. Существует государственная и международная система классификации материалов, ориентируясь в ней, можно выбирать наиболее подходящие изделия для проведения ремонта или обслуживания автомобилей.

Значение эксплуатационных материалов технического обеспечения

Выбрать качественные эксплуатационные материалы технического обеспечения в наше время довольно просто, для этого только стоит знать точную маркировку товаров и ориентироваться в их видах. На современном рынке представлены отечественные и зарубежные продукты, которые помогают обеспечивать высокую безопасность транспортных средств и техники, а также ее износостойкость.

Чтобы эксплуатационно-смазочные материалы при обслуживании оборудования использовались по назначению, нужно выбирать ответственные ремонтные и сервисные бригады. Это относится не только к ТО легковых автомобилей и тяжелой техники, но и к обслуживанию станков и аппаратов на производственных предприятиях. Как правило, для всех машин используются схожие эксплуатационные материалы, они отличаются только классом и ценой.

Самостоятельно проводить техническое обслуживание под силу не каждому, поэтому чаще всего приходится пользоваться услугами специальных бригад. Если такая надобность возникла, стоит детально изучить, какая классификация эксплуатационных материалов используется специалистами - отечественная или зарубежная. Также стоит поинтересоваться, с товарами каких марок работают бригады.

Качественные эксплуатационные материалы - залог безопасности и долговечности машины

Для длительной работоспособности и исправности техники важно, чтобы применяемые смазочные материалы и эксплуатационные жидкости имели высокое качество и соответствовали всем параметрам конкретной машины. Для этого нужно детально изучить требования к эксплуатации автомобиля или техники, полностью ознакомиться со всеми особенностями ТО.

Тем, у кого нет возможности самостоятельно менять смазочные и технические жидкости, лучше всего обращаться к профессионалам. Если речь идет об автомобиле, то его обслуживание будет целесообразно проводить в сервисном центре. Делать это стоит по таким причинам:

• Узкий профиль специалистов, работающих в сервисе;
• Использование качественных и оригинальных расходных материалов;
• Полная диагностика всего авто;
• Квалифицированное устранение всех неполадок.

Этой же концепции стоит придерживаться и при обслуживании промышленных машин и агрегатов. Лучше всего вызывать сервисную группу компании, которая предоставила оборудование, - это гарантирует квалифицированную помощь. Эксплуатационные свойства материалов, используемых специализированными службами, гораздо выше тех, которые можно найти в дешевых ремонтных службах.

Горючие смазочные материалы и эксплуатационные жидкости напрямую влияют на безопасность передвижения транспортных средств. Их своевременная замена значительно снижает риск возникновения аварийных ситуаций. Также стоит отметить, что качество этих продуктов также имеет большое значение: чем оно выше, тем больше шансов, что внезапные поломки и неполадки не возникнут во время движения. Именно по этой причине не нужно экономить на ТО и расходных материалах.

Лучшие решения в сфере эксплуатационных материалов на выставке «Металлообработка»

Специализированная международная выставка «Металлообработка» состоится в московском «Экспоцентре» в конце мая. В мероприятии будут участвовать около 1000 экспонентов из разных стран, в рамках выставки будет представлены национальные экспозиции из ближнего и дальнего зарубежья. Масштабное мероприятие будет интересно для посещения и участия всем владельцам металлообрабатывающего бизнеса и смежных сфер.

Приобрести электронный билет посетители выставки могут на сайте «Экспоцентра» в режиме онлайн. Экспоненты могут зарегистрироваться для участия также на сайте или позвонив специалистам выставочного центра.

n1.docx

Н.Б.КИРИЧЕНКО
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Учебное пособие

Допущено

Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия

для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся

по специальности 1705 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного

транспорта», 3106 «Механизация сельского хозяйства»
Москва

2003
УДК 629.119

ББК 39.33-08

К431
Рецензенты:

зам. директора по УПР Государственного образовательного учреждения

Мытищинский машиностроительный техникум-предприятие В.А.Базлов;

зав. кафедрой «Эксплуатация автомобильного транспорта» Махачкалинского

филиала МАДИ канд. тех. наук М.А.Масуев

Кириченко Н. Б.

К431 Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб. пособие для сред. проф. образования / Нина Борисовна Кириченко. - М.: Издательский центр «Академия», 2003 - 208 с.

ISBN 5-7695-1079-Х

Рассмотрены основные свойства, показатели качества и организация рационального применения автомобильных эксплуатационных материалов: бензинов; дизельных и газовых топлив; моторных, трансмиссионных и некоторых других масел; специальных жидкостей (охлаждающих, для амортизаторов и гидравлических приводов различных агрегатов), а также резиновых, лакокрасочных и других неметаллических материалов, необходимых для эксплуатации и ремонта автомобилей.

Для студентов средних профессиональных учебных заведений.

ББК 39.33-08
© Кириченко Н.Б., 2003

© Образовательно-издательский центр «Академия», 2003 ISBN 5-7695-1079-Х © Оформление. Издательский центр «Академия», 2003

ВВЕДЕНИЕ

Нефть и газ являются основным сырьем при производстве автомобильных эксплуатационных материалов.

Нефть - это минеральное жидкое маслянистое горючее вещество, на образование которого в природе требуется сотни миллионов лет.

В развитии отечественной нефтяной промышленности исключительно велика роль Дмитрия Ивановича Менделеева, придававшего особое значение науке о нефти как важному средству неуклонного движения научно-технического прогресса. «Без светоча науки, - писал Д. И. Менделеев, - и с нефтью будут потемки».

Ученые нашей страны, продолжая дело своего великого предшественника, внесли огромный вклад в решение основных вопросов по добыче, переработке и использованию нефти и нефтепродуктов.

Особое значение для развития производства и применения смазочных масел имела созданная Н. П. Петровым гидродинамическая теория смазки, которая нашла свое продолжение в трудах Н. Е.Жуковского, С. А. Чаплыгина, Л.С.Лейбензона и многих других ученых. Эта теория и в настоящее время служит основой многих научных исследований и проектно-конструкторских работ.

Фундаментальные исследования академиков Н.Д.Зелинского, С.С.Наметкина, Н.Н.Семенова и их учеников позволили раскрыть особенности строения и указать колоссальные возможности использования углеводородов нефти и нефтепродуктов. «Не просто взять из нефти то, что в ней содержится, но преобразовать в нужном нам направлении природу углеводородов нефти», - таково характерное направление работ Н.Д.Зелинского, оказавших огромное влияние на развитие науки о нефти и методах ее переработки.

Эффективное использование нефтепродуктов невозможно без ясного представления о процессах изменения и окисления их углеводородов, без арсенала методов и приборов для проведения обширного комплекса исследований. В этом направлении важное значение имеют работы Н.И.Черножукова, С.Э.Крейна, Б.В.Лосикова, Г.В.Виноградова, К.К.Папок, К.С.Рамайя и др.

Хотя надежных способов определения запасов ископаемых видов топлива (нефти, газа и угля) в мире до сих пор нет, по оценкам некоторых ученых постоянный рост их потребления исчерпает разведанные ресурсы в первые десятилетия текущего столетия.

В 60-х годах XX века в Западной Сибири (на севере Тюменской области) и на севере европейской части России были открыты большие залежи нефти и природного газа.

Мировая добыча нефти в 1990 г. составила 3100 млн т, а добыча нефти в России - около 300 млн т (при запасах 20 млрд т).

В 2000 г. суточный прирост добычи нефти в России составил 30 тыс. баррелей, и в первую очередь за счет объединения «Сургут- | нефтегаз». Второе и третье место по приросту добычи нефти занимали в это время соответственно «Тюменская нефтяная компа- ния» и «Славнефть».

В настоящее время в бурении новых скважин лидерами являются компании «Сургутнефтегаз», «Лукойл», «Сиданко», «Тюменская нефтяная компания», «Роснефть» и «Онако». Например, по ито- гам работы за 2000 г. объем добычи нефти компании «Онако» со- ставил 6,8 млн. т, а компании «Архангельскгеодобыча» - 172 тыс. т. Была также начата разработка 36 новых месторождений.

Добыча газа в России в настоящее время производится в объеме 530 млрд м3 в год. Например, компания «Севергазпром» в 2001 г. произвела 215 тыс. т газоконденсата и 120 тыс. т сжиженного газа.

За последние 30 лет за рубежом создана и успешно функционирует целая индустрия производства сжиженного природного газа (СПГ), обеспечивающая получение до 100 млрд м 3 продукта в год.

Производство СПГ определяется ростом значения использования природного газа (ПГ) в мировой энергетике, обусловленного его низкой ценой и экологическими показателями. В настоящее время в России практически отсутствует промышленное производство СПГ, хотя работы в данном направлении ведутся более 30 лет.

Автомобильный транспорт является основным потребителем (свыше 65 %) наиболее дефицитных и ценных светлых нефтепродуктов, получаемых на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), а двигатели внутреннего сгорания (ДВС) - бензиновые карбюраторные и дизельные остаются наиболее массовыми силовыми установками автомобилей.

В нашей стране автомобили с дизельными двигателями составляют всего 15 % от общей численности парка, а, например, во Франции дизельные двигатели имеют 30 % автомобилей грузоподъемностью 4... 12 т и 98 % автомобилей с грузоподъемностью свыше 12 т.

Экономное расходование энергетических ресурсов - одна из важнейших задач народного хозяйства.

Проблема экономии горючесмазочных материалов (ГСМ) на автомобильном транспорте, потребляющем значительную часть производимого в стране жидкого топлива, является наиболее острой. Поэтому, наряду с увеличением выпуска дизельных автомобилей, проведением работ по совершенствованию технического уровня выпускаемых бензиновых двигателей и созданию новых более экономичных двигателей, важнейшими задачами становятся замена дефицитных видов топлива на более дешевые, перевод автомобилей на газовое топливо, повышение качества ГСМ и их экономия за счет рационального применения в процессе эксплуатации автомобилей.

Потребность в научной обоснованности применения ГСМ привела к появлению новой прикладной отрасли науки, получившей название «химмотология», впервые предложенное в 1964 г. К. К. Папок.

Химмотология - это направление науки и техники, занимающееся изучением эксплуатационных свойств и качеств топлив, масел, смазок и специальных жидкостей, а также теорией и практикой их рационального применения в технике.

Одним из ведущих ученых, развивающих эту молодую науку в настоящее время, является профессор А. А. Гуреев.

Химмотологию сегодня рассматривают как составную часть единой взаимосвязанной четырехзвенной системы: конструирование и изготовление техники - разработка и производство ГСМ- эксплуатация техники - химмотология. С учетом условий применения ГСМ на автомобильном транспорте эта система имеет вид: двигатель - топливо - смазочные материалы - эксплуатация (рис. В. 1).

Важнейшими задачами на современном этапе развития химмотологии являются следующие: обоснование оптимальных требований к качеству ГСМ; усовершенствование технических характеристик двигателей и машин, повышающих надежность, долговечность и экономичность их работы при условии использования ГСМ, удовлетворяющих установленным оптимальным требованиям; создание новых сортов ГСМ и разработка основ их унификации; выявление оптимальных условий, обеспечивающих снижение потерь и сохранение качества ГСМ при хранении, транспортировании, заправке и применении.

Эффективность и надежность эксплуатации различных автомобилей зависит не только от их конструктивных и технологических особенностей, но и в значительной степени от того, насколько удачно подобраны к ним топливо, смазочные материалы и технические жидкости.

Рис. В.1. Схема единой четырехзвенной системы двигатель - топливо - смазочные материалы - эксплуатация
ЧАСТЬ I

ТОПЛИВОСМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

НЕФТЬ КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВА И МАСЕЛ

1.1. Химический состав нефти

Нефть в качестве сырья для производства различных видов топлива и масел обладает рядом неоспоримых преимуществ, прежде всего высокой калорийностью, относительной простотой способов ее добычи, транспортирования и переработки.

Нефть и нефтепродукты в основном состоят из углерода - 83...87%, водорода - 12...14% и серы - 3...4%, остальное - азот и кислород, т.е. основу сложной по химическому составу и структуре жидкости составляют углеводороды: парафиновые, нафтеновые и ароматические.

В обычных условиях углеводороды, содержащие от одного до четырех атомов углерода, являются газами.

В состав бензина и дизельного топлива входят жидкие углеводороды, имеющие от 5 до 15 атомов углерода.

Парафиновые углеводороды (алканы) имеют общую эмпирическую формулу С n Н 2 n + 2 . Если они содержат от одного до четырех атомов углерода - это газы (метан, этан, пропан, бутан, изобутан), обладающие высокой детонационной стойкостью, т.е. их октановое число (ОЧ), определенное по моторному методу, составляет 100 и выше. При наличии в парафиновых углеводородах от 5 до 15 атомов углерода - это жидкие вещества, а при содержании свыше 15 атомов углерода (С 16 - гексадекан) - твердые.

Топлива и смазочные материалы, содержащие большое количество алкановых углеводородов, отличаются высокой стабильностью. В высококачественных автомобильных бензинах желательно присутствие изопарафинов, которые устойчивы к действию кислорода при высоких температурах. Наличие же нормальных парафинов, легко окисляющихся при повышенных температурах, снижает детонационную стойкость бензинов, но в то же время, уменьшая время с момента подачи топлива в двигатель до его воспламенения, способствует более плавному нарастанию давления и, следовательно, улучшению работы двигателя. Поэтому содержание нормальных парафинов предпочтительно в более тяжелых дизельных топливах, хотя в зимних сортах их количество тоже ограничивают.

Смазочные материалы, содержащие парафиновые углеводороды, имеют высокие температуры застывания, поэтому их применение в холодное время также затруднено.

Нафтеновые углеводороды (цикланы ) - циклические насыщенные углеводороды с общей формулой С n Н 2 n в нефти содержатся в виде циклопентана С 5 Н 10 и циклогексана С 6 Н 12 .

Циклическое строение предопределяет высокую химическую прочность углеводородов этого ряда. Нафтеновые углеводороды выделяют меньше теплоты при сгорании по сравнению с парафиновыми углеводородами и имеют высокую детонационную стойкость, т. е. являются желательными компонентами в топливах для карбюраторных двигателей и зимних сортах дизельных топлив.

Наличие нафтеновых углеводородов в смазочных материалах определяет увеличение их вязкости и улучшение маслянистости.

Ароматические углеводороды (арены) с общей формулой С n Н 2 n - 6 содержатся в нефти в виде бензола С 6 Н 6 и его гомологов. Вследствие своей высокой термической устойчивости ароматические углеводороды являются желательными составляющими в топливах для карбюраторных двигателей, которые должны иметь самые высокие октановые числа.

Из-за высокой нагарообразующей способности допустимое содержание аренов в бензинах составляет 40... 45 %. В дизельных топливах вследствие термической стабильности аренов их присутствие является нежелательным.

Непредельные углеводороды (олефины) не содержатся в нефти, они образуются в процессе ее переработки. Непредельные соединения являются важнейшим сырьем при получении топлива методом нефтехимического и основного органического синтеза.

Общая формула олефиновых углеводородов С n Н 2 n .

Например, этилен С 2 Н 4 имеет следующую структуру:

В условиях эксплуатации низкая химическая стойкость олефинов, содержащихся в нефтепродуктах, играет отрицательную роль, понижая их стабильность. Так, бензины термического крекинга из-за окисления их олефиновой части осмоляются при хранении, загрязняют жиклеры карбюраторов и впускной трубопровод, т.е. наличие олефинов нежелательно в любых нефтепродуктах.

Сернистые соединения. Нефть многих месторождений является сернистой или высокосернистой. Переработка такой нефти требует дополнительных затрат, так как при увеличении содержания серы в бензине с 0,033 до 0,15 % мощность двигателя снижается на 10,5 %, расход топлива увеличивается на 12 %, а число капитальных ремонтов возрастает в два раза. Кроме того, использование сернистых топлив наносит большой вред окружающей среде. Сернистые соединения подразделяются на активные и неактивные. К активным относятся соединения, способные вызвать коррозию металлов при нормальных условиях. Это сероводород Н 2 S, меркаптаны R - SН (где R - углеводородный радикал) и элементарная сера S. Находясь в растворенном или взвешенном состоянии, эти соединения способны вызвать сильную коррозию металлов при любых температурных условиях.

В соответствии со стандартами присутствие активных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускается.

Неактивные сернистые соединения при нормальных условиях не вызывают коррозии металлов, но при полном сгорании топлива в двигателе образуют сернистый и серный ангидриды, дающие в соединении с водой сернистую и серную кислоты.

В малосернистой нефти содержание сернистых соединений колеблется от 0,1 до 0,5 %, а в сернистой достигает 4 %.

Кислородные соединения в нефти представлены кислотами, фенолами, эфирами и другими компонентами. Основная их часть сосредоточена во фракциях нефти, кипящих при высокой температуре (высококипящих), т. е. начиная с керосиновой.

Простейшие кислородные соединения - это органические кислоты с общей формулой R-СООН, где R - углеводородный радикал. В незначительном количестве они присутствуют в топливах и маслах в виде высококипящих (с температурой кипения выше 200 °С) маслянистых жидкостей, вызывающих сильную коррозию некоторых цветных металлов (свинца, цинка и др.), поэтому их количество в топливах и маслах строго ограничено ГОСТами.

Смолисто-асфальтовые соединения - это сложные смеси высокомолекулярных соединений, состоящие из азота, серы, кислорода и некоторых металлов. Содержание этих веществ в нефти может составлять от десятых долей до десятков процентов.

Например, нейтральные смолы, содержащиеся в нефти и имеющие цвет от коричневого до черного, обладают интенсивной красящей способностью, чем и обусловлена соответственно окраска получаемых товарных топлив и масел. Это очень неустойчивые, легко изменяющиеся и плохо испаряющиеся вещества, которые отрицательно влияют на свойства топлив и масел.

Азотистые соединения имеются в нефти в крайне малых количествах и поэтому не оказывают заметного влияния на свойства топлив и смазочных материалов.
1.2. Методы переработки нефти
Основным способом переработки нефти является ее прямая перегонка.

Перегонка - дистилляция (стекание каплями) - разделение нефти на отличающиеся по составу фракции, основанное на различии в температурах кипения ее компонентов.

Фракция - химическая составная часть нефти с одинаковыми химическими или физическими свойствами (температурой кипения, плотностью, размерами), выделяемая при перегонке.

Прямая перегонка - это физический способ переработки нефти с помощью атмосферно-вакуумной установки (рис. 1.1), принцип работы которой заключается в следующем.

В результате нагрева нефти в специальной трубчатой печи 7 до 330... 350 °С образуется смесь паров нефти и неиспарившегося жидкого остатка, поступающая в ректификационную колонну 3 с теплообменниками 2.

В ректификационной колонне (рис. 1.2) происходит разделение нефтяных паров на фракции, составляющие различные нефтепродукты. При этом температура кипения смежных групп получаемых фракций может отличаться всего лишь на 5...8 ˚С.

Рис. 1.1. Принципиальная схема атмосферно-вакуумной установки для

Прямой перегонки нефти:

1 - трубчатая печь; 2 - теплообменники; 3 - ректификационная колонна; 4 - конденсатор; 5 - сепаратор; 6 - сборник соляра; 7 - вакуумная колонна
Тяжелые фракции нефти, поступая в колонну в жидкой фазе, уже в нижней ее части отделяются от паров и отводятся из нее в виде мазута.

В зависимости от химического состава нефти используют две схемы получения топлива (рис. 1.3). В первом случае в интервале температур кипения от 40 до 150 °С отбирают авиационные бензины и в интервале от 150 до 300 °С - керосин, из которого изготавливают реактивные топлива. Во втором случае в интервале температур кипения от 40 до 200 °С отбирают автомобильные бензины и в интервале от 200 до 350 ˚С - дизельные топлива.

Мазут, остающийся после отгона топливных фракций (60... 80 % от исходной массы нефти), используют для получения масел и крекинг-бензинов.

Углеводороды с температурой кипения ниже 40 °С (попутные газы) используют в качестве добавок к некоторым бензинам и в качестве сырья для получения ряда синтетических продуктов, а также как топливо для газобалонных автомобилей.

Продуктами прямой перегонки нефти (см. рис. 1.1) являются следующие дистилляты: бензин (40... 200 °С); лигроин (110... 230 °С); керосин (140...300 °С); газойль (230...330°С) и соляр (280...350 °С).

Рис. 1.2. Схема колпачковой ректификационной колонны:

1 - металлические тарелки; 2 - отверстия для прохождения паров; 3 - колпачки; 4 - сливные трубки; 5 - цилиндрический корпус

Рис. 1.3. Принципиальные схемы получения важнейших видов топлива для двигателей при перегонке нефти
Средний выход бензиновых фракций, зависящий от свойств добываемой нефти, колеблется от 15 до 25 %. На долю остальных топлив приходится 20...30 %.

Лигроин, имеющий несколько большую плотность, чем бензин (тяжелый бензин), используется как дизельное топливо и в качестве сырья для получения высокооктановых бензинов.

Газойль, являющийся промежуточным продуктом между керосином и смазочными маслами, используется как топливо для дизелей, а также является сырьем для каталитического крекинга.

Продукты, получаемые способом прямой перегонки, обладают высокой химической стабильностью, так как в них отсутствуют непредельные углеводороды.

Использование для переработки нефти крекинг-процессов позволяет увеличить выход бензиновых фракций.

Крекинг - процесс переработки нефти и ее фракций, основанный на разложении (расщеплении) молекул сложных углеводородов в условиях высоких температур и давлений.

Впервые крекинг был предложен русским ученым А. А. Летним в 1875 г., а разработан - В.Г.Шуховым в 1891 г., но первая промышленная установка была построена в США.

Существуют следующие виды крекинга: термический, каталитический, а также гидрокрекинг и каталитический риформинг.

Термический крекинг используют для получения бензина из мазута, керосина и дизельного топлива.

Например, при нагревании до 500... 550 °С под давлением 5 МПа углеводород цетан, входящий в состав керосина и дизельного топлива, разлагается соответственно на нормальный октан и нормальный октен, которые являются составляющими бензина:
Бензин, получаемый посредством термического крекинга, имеет недостаточно высокое октановое число (66...74) и большое содержание непредельных углеводородов (30... 40 %), т. е. он обладает плохой химической стабильностью, и его используют в основном только в качестве компонента при получении товарных бензинов.

Новые установки для термического крекинга в настоящее время уже не строят, так как получаемые с их помощью бензины при хранении окисляются с образованием смол и в них необходимо вводить специальные присадки (ингибиторы), резко снижающие темп осмоления.

Каталитический крекинг - это процесс получения бензина, основанный на расщеплении углеводородов и изменении их структуры под действием высокой температуры и катализатора.

Каталитический крекинг на заводской установке был впервые осуществлен в России в 1919 г. Н.Д.Зелинским.

В качестве сырья при каталитическом крекинге (рис. 1.4) используют газойлевую и соляровую фракции, получаемые при прямой перегонке нефти, которые нагревают до температуры 450...525 °С под давлением 0,15 МПа в присутствии алюмоселикатного катализатора, который ускоряет процесс расщепления молекул сырья и изомеризует продукты распада, превращая их в изопарафиновые и ароматические углеводороды. При этом количество олефинов снижается до 9... 10 %, а октановые числа получаемых бензинов, измеренные по моторному методу, равны 78...85.

Продукты каталитического крекинга являются обязательными компонентами при производстве бензинов марок А-72 и А-76.

Гидрокрекинг - процесс переработки нефтепродуктов, сочетающий в себе крекирование и гидрирование сырья (газойлей, нефтяных остатков и др.). Такой процесс проводится под давлением водорода 15...20 МПа при температуре 370...450°С в присутствии алюмокобальтомолибденового или алюмоникельмолибдено-вого катализаторов.

Октановые числа бензиновых фракций, получаемых в результате гидрокрекинга, - 85... 88 (по исследовательскому методу измерения). Гидрокрекинг повышает также выход светлых нефтепродуктов - бензина, дизельного и реактивного топлива.

В качестве сырья для каталитического риформинга обычно используют бензиновые фракции первичной перегонки нефти, выкипающие уже при 85... 180°С.

Риформинг проводят в среде водородосодержащего газа (70... 90 % водорода) при температуре 480... 540 °С и давлении 2... 4 МПа в присутствии молибденового или платинового катализатора.

Рис. 1.4. Принципиальная схема каталитического крекинга:

1 - печь для нагрева сырья; 2 - испаритель; 3 - бункер с катализатором; 4 - реактор; 5 - регенератор; 6 - ректификационная колонна; 7 - газосепаратор
Риформинг при использовании молибденового катализатора называется гидроформинг , а при использовании платинового катализатора - платформинг . Последний, являющийся более простым и безопасным процессом, в настоящее время применяется значительно чаще.

Каталитический риформинг используют для получения высокооктанового компонента автомобильных бензинов (85 по моторному методу измерения и 95 - по исследовательскому).

Получение смазочных масел. Под влиянием идей Д. И. Менделеева нефтепромышленник В.И.Рогозин в 1876 г. построил около Нижнего Новгорода первый в мире завод по производству масел из мазута.

По способу производства различают дистиллятные и остаточные масла.

При получении дистиллятных масел мазут нагревают до 420...430°С (см. рис. 1.1), создавая в вакуумной колонне разрежение в 50 мм рт. ст.

Выход дистиллятных масел из мазута составляет около 50 %, остальное - гудрон.

Остаточные масла - это очищенные гудроны. Для их получения мазут или полугудрон смешивают с сжиженным пропаном (6...8 частей пропана на одну часть мазута) при температуре 40...60 °С. Таким образом получают авиационные масла МК-22, МС-20 и трансмиссионное масло МТ-16. МК-22 рекомендовано и для смазки агрегатов некоторых автомобилей, например грузовых автомобилей Минского автозавода.

В смазочных маслах, получаемых из мазута, кроме углеводородов обязательно содержатся нафтеновые кислоты, сернистые соединения и смолисто-асфальтовые вещества, поэтому их, как и топлива, необходимо очищать.

1.3. Очистка топ лив и масел
Методы очистки топлив

1. Для снижения концентрации кислых продуктов (органических кислот, сероводорода) дистиллят обрабатывают раствором щелочи, а затем промывают чистой водой.

2. Для удаления смол дистиллят очищают серной кислотой, а затем последовательно промывают щелочными растворами и чистой водой.

3. Дистиллят с большим содержанием сернистых соединений подвергают гидрогенизации в присутствии катализатора (гидроочистке), в результате чего содержание серы в топливе снижается в 10...20 раз.

4. При изготовлении зимних сортов дизельных топлив из них удаляют парафиновые углеводороды, имеющие высокие температуры плавления. Процесс депарафинизации заключается в смешивании топлива с карбамидом, образующим кристаллические комплексы с парафинами нормального строения, и последующей его фильтрации. Очищенное таким образом топливо сохраняет текучесть до -60°С.

Методы очистки масел

1. С 70-х годов XIX века для очистки масел применяют концентрированную серную кислоту, которая растворяет смолы и некоторые сернистые соединения, и щелочь.

2. Очень широко для очистки масел используют отбеливающие глины, на поверхности которых адсорбируются смолы, серная и органические кислоты и другие вещества. Зачастую контактная очистка с помощью глины заменяет обработку кислого масла щелочью.

3. Селективным методом очистки с помощью фенола и фурфурола получают масло с высокой химической стабильностью, т.е. масло-рафинат, и экстракт-смолку, которую используют как присадку к трансмиссионным маслам.

Контрольные вопросы

1. Наличие каких групп углеводородов, составляющих основу нефти, желательно в автомобильных бензинах и дизельных топливах?

2. Каковы достоинства и недостатки прямой перегонки нефти?

3. Применение каких крекинг-процессов наиболее эффективно для получения высокооктановых автомобильных бензинов?

4. Какие методы очистки применяются для снижения содержания в топливах и маслах кислородных, сернистых соединений и асфальто-смолистых веществ?

АВТОМОБИЛЬНЫЕ БЕНЗИНЫ
2.1. Требования к качеству автомобильных бензинов

Автомобильные бензины (ГОСТ 2084-77) - топлива для карбюраторных двигателей должны отвечать следующим требованиям: бесперебойно поступать в систему питания двигателя;

Обеспечивать образование топливовоздушной смеси требуемого состава;

Обеспечивать нормальное и полное сгорание образуемой топливовоздушной смеси в двигателе (без возникновения детонации);

Не вызывать коррозии и коррозионных износов деталей двигателя;

Образовывать минимальное количество отложений во впускном трубопроводе, камерах сгорания и других частях двигателя;

Сохранять свои свойства при хранении, перекачке и транспортировке.

Основными показателями качества бензинов являются детонационная стойкость, фракционный состав, давление насыщенных паров и химическая стабильность.

Рассмотрим систему питания карбюраторного двигателя, обеспечивающую образование топливовоздушной смеси определенного состава, схема которой представлена на рис. 2.1.

Топливо заливают в бак 7 через горловину с сетчатым фильтром. Диафрагменный насос 3 подает топливо в фильтр-отстойник 2, где оно очищается от механических примесей и воды, а затем в поплавковую камеру карбюратора 4.

Карбюратор предназначен для приготовления горючей смеси определенного состава, соответствующего режиму работы двигателя. В такте всасывания топлива в смесительной камере 7 карбюратора создается разрежение и туда поступает воздух, предварительно прошедший очистку в воздухоочистителе 6. Поток поступившего воздуха и захваченное им из жиклера 5 топливо перемешиваются во впускном трубопроводе 8, образуя горючую смесь, которая через открывшийся в определенный момент впускной клапан 9 поступает в камеру сгорания 11. Здесь горючая смесь смешивается с небольшими остатками продуктов сгорания, в результате чего образуется рабочая смесь.

В такте сжатия давление и температура рабочей смеси в камере сгорания возрастают, и после воспламенения ее искрой свечи зажигания 10 начинается такт рабочего хода поршня цилиндра, т. е. происходит преобразование тепловой энергии в механическую.

В последнем такте работы двигателя отработавшие газы из камеры сгорания выбрасываются в атмосферу через открывшийся выпускной клапан 12, выпускной трубопровод 14 и выхлопную трубу с глушителем и искрогасителем 15.

В карбюраторных двигателях процесс дозировки топлива, производимый калиброванными отверстиями жиклеров, и его уровень в поплавковой камере зависят от плотности и вязкости бензина.

Плотность бензина определяется его химическим составом, молекулярной массой и температурой, и хотя она для автомобильных бензинов не нормируется, ее необходимо точно знать при расчете дозирующих систем приборов питания и пересчете объемных единиц в массовые, и наоборот, для определения расхода топлива.

Рис. 2.1. Схема питания карбюраторного двигателя:

1 - топливный бак; 2 - фильтр-отстойник; 3 - диафрагменный насос; 4 -поплавковая камера карбюратора; 5 - жиклер; 6 - воздухоочиститель; 7 - смесительная камера карбюратора; 8 - впускной трубопровод; 9 - впускной клапан; 10 - свеча зажигания; 11 - камера сгорания; 12 - выпускной клапан; 13 - рабочий цилиндр; 14 - выпускной трубопровод; 15 - выхлопная труба с глушителем и искрогасителем

Плотность - это отношение массы вещества к его объему.

В СИ единицей плотности является кг/м 3 , однако на практике до сих пор применяют и другие единицы - г/см 3 , кг/л.

Плотность топлива определяется с помощью ареометра, гидростатических весов и пикнометра. Из-за своей простоты способ определения плотности ареометром применяется значительно чаще, несмотря на то, что он менее точный по сравнению с другими. Сущность этого метода заключается в снятии показания со шкалы ареометра, погруженного в топливо, и пересчете полученного результата на плотность продукта при стандартной температуре 20 °С по формуле

20 = ? t + ?(t - 20),

Где? t - плотность испытуемого продукта при температуре испытания, кг/м 3 ; t - температура испытания, ˚С; ? - температурная поправка плотности, определяемая по справочной таблице.

С повышением температуры плотность топлива снижается.

Вязкость (внутреннее трение) - свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Различают динамическую и кинематическую вязкость. В СИ за единицу динамической вязкости? принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление силой в Н взаимному сдвигу двух слоев жидкости площадью 1 м 2 , находящихся на расстоянии 1 м один от другого и перемещающихся с относительной скоростью 1 м/с.

Динамическая вязкость определяется с помощью капиллярного или ротационного вискозиметров и выражается в Па·с.

При использовании капиллярного вискозиметра измеряют время истечения жидкости через его капилляр под действием определенного давления (не ниже 13,3 кПа) и рассчитывают динамическую вязкость по формуле? t = С?р, где С - постоянная вискозиметра; ? - длительность истечения топлива через капилляр, с; р - среднее арифметическое значение давления, определяемое по манометру, Па.

Кинематическая вязкость - это отношение динамической вязкости к плотности жидкости, определенной при той же температуре, при которой определялась вязкость, т. е. ? t = ? t /р t .

За единицу кинематической вязкости в СИ принят квадратный метр в секунду (м 2 /с).

Плотность автомобильных бензинов при температуре 20 ˚С составляет от 0,700 до 0,755 г/см 3 , и с понижением температуры на каждые 10 °С она возрастает только на 1 %.

Вязкость автомобильных бензинов при 20 °С колеблется в пределах от 0,5 до 0,7 мм 2 /с, а с понижением температуры она повышается примерно в 10 раз быстрее, чем плотность.

При подаче бензина в зону диффузора происходит его распыливание, и чем мельче будут образованные при этом капли, тем быстрее и полнее будет испаряться поступающее из распылителя топливо. На процесс распыливания кроме вязкости топлива оказывает большое влияние его поверхностное натяжение, которое определяется работой, необходимой для образования 1 м 2 поверхности жидкости (т.е. для перемещения молекул жидкости из ее объема в поверхностный слой площадью в 1 м 2), и выражается в Н/м. Поверхностное натяжение всех автомобильных бензинов одинаково и при 20 °С составляет 20... 24 мН/м, что в 3,5 раза меньше, чем у воды.

2.2. Теплота сгорания топлив

Теплота сгорания является одной из важнейших характеристик топлива, служащих для оценки его энергетических возможностей и экономической эффективности.

Теплота сгорания - это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива в кислороде. Она определяет энергию, которую сообщает топливо двигателю, и выражается в джоулях или калориях (1 ккал = = 4,1868кДж).

Различают высшую теплоту сгорания Q в - с учетом теплоты конденсации паров воды - и низшую теплоту сгорания Q н - без учета теплоты конденсации паров воды.

В автомобильных двигателях продукты сгорания отводят из цилиндров при температурах, значительно более высоких, чем температура конденсации паров воды. Поэтому рабочей теплотой сгорания бензинов и других жидких топлив считают Q н.

Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива, зависит от химического состава, а следовательно, от содержания в нем углерода и водорода.

Наибольшая массовая теплота сгорания водорода составляет 121 100кДж/кг, а углерода - 34 100 кДж/кг, поэтому парафиновые углеводороды с большим содержанием водорода имеют большую массовую теплоту сгорания по сравнению с ароматическими, содержащими меньше водорода.

Объемная же теплота сгорания меньше у парафиновых углеводородов и больше у нафтеновых и ароматических, так как у них выше плотность.

Теплоту сгорания нефтепродуктов, кДж/кг, с достаточной степенью точности можно определить по формуле

Q н = 4,187(К - 2015? 20 4),

Где К - коэффициент, зависящий от плотности нефтепродукта при 20 °С и определяемый по справочной таблице; р 20 4 - относительная плотность нефтепродукта при 20 °С.

Теплота сгорания автомобильных бензинов различных марок, вырабатываемых из нефти, практически одинаковая, т. е. составляет 43,5...44,5 МДж/кг.
2.3. Испаряемость автомобильных бензинов и их фракционный состав

Важнейшие эксплуатационные свойства топлив связаны с их фракционным составом. Так, от фракционного состава бензина зависит запуск двигателя и время, затрачиваемое на его прогрев; перебои в работе двигателя, вызываемые образованием паровых пробок или обледенением карбюратора; приемистость двигателя; расход топлива и масла; мощность двигателя; образование углеродистых отложений, а также в определенной степени износ трущихся деталей.

Фракционный состав оказывает большое влияние и на полноту сгорания бензина: с увеличением в нем высококипящих фракций полнота сгорания заметно снижается.

При пуске холодного двигателя испаряемость бензина ухудшается из-за низкой температуры и плохого распыливания его при малых скоростях воздуха в диффузоре, поэтому в цилиндры при температуре 0°С попадает в испарившемся виде лишь около 10 % бензина; при более высокой температуре его количество несколько возрастает, а при минусовой температуре - резко падает.

При высокой температуре перегонки 10 % бензина затрудняется пуск холодного двигателя вследствие того, что рабочая смесь в этом случае будет слишком обедненной, так как основное количество бензина попадает в цилиндры в жидком виде. Кроме того, бензин в жидком виде разжижает масло, смывает его со стенок цилиндров и вызывает повышенный износ деталей двигателя.

Однако если бензин имеет слишком низкие температуры начала перегонки и перегонки 10 %, то при горячем двигателе в жаркое время года в системе питания могут испаряться наиболее низкокипящие углеводороды, образуя пары, объем которых в 150... 200 раз больше объема бензина. При этом горючая смесь обедняется, что вызывает перебои в работе или остановку двигателя, а также затрудняет пуск прогретого двигателя. Это явление внешне проявляется так же, как и засорение топливной системы, поэтому оно и получило название «паровая пробка».

Для характеристики фракционного состава в стандарте указываются температуры, при которых перегоняется 10, 50 и 90 % бензина, а также температуры начала и конца его перегонки. Кроме того, ограничивается количество бензина, которое не перегоняется (остаток в колбе), и количество бензина, которое улетучивается в процессе перегонки.

Связь между фракционным составом бензина и работой двигателя можно определить с помощью номограммы, приведенной на рис. 2.2.

По температуре перегонки 10 % бензина (t 10%) судят о наличии в нем головных (пусковых) фракций, от которых зависит легкость пуска холодного двигателя. Чем ниже эта температура, тем легче и быстрее можно пустить холодный двигатель, так как большое количество бензина будет попадать в цилиндры в паровой фазе.

После пуска двигателя интенсивность его прогрева, устойчивость работы на малой частоте вращения коленчатого вала и приемистость (интенсивность разгона автомобиля при полностью открытом дросселе) зависят главным образом от температуры перегонки 50 % бензина (t 50%). Чем ниже эта температура, тем легче испаряются средние фракции бензина, обеспечивая поступление в непрогретый еще двигатель горючей смеси необходимого состава, устойчивую работу на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя и хорошую приемистость.

По температуре перегонки 90% (t 90% ) и температуре конца перегонки (кипения) судят о наличии в бензине тяжелых трудноиспаряемых фракций, интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси и мощности, развиваемой двигателем. Для обеспечения испарения всего бензина, поступающего в цилиндры двигателя, эти температуры должны быть как можно более низкими.

Рис. 2.2. Номограмма для эксплуатационной оценки бензинов по данным

их разгонки:

1 - область возможного образования паровых пробок; 2 - область легкого пуска двигателя; 3 - область затрудненного пуска двигателя; 4 - область практически невозможного пуска холодного двигателя; 5 - область быстрого прогрева и хорошей приемистости двигателя; 6 - область медленного прогрева и плохой приемистости двигателя; 7 - область незначительного разжижения масла в картере; 8 - область заметного разжижения масла в картере; 9 - область интенсивного разжижения масла в картере

Применение бензина с высокой температурой конца перегонки приводит к повышенным износам цилиндров и поршневой группы вследствие смывания масла со стенок цилиндров и его разжижения в картере, а также неравномерного распределения рабочей смеси по цилиндрам.

По потерям при перегонке бензина судят о склонности его к испарению при транспортировании и хранении. Повышенные потери при перегонке свидетельствуют о большом количестве в бензине особо легких фракций, интенсивно испаряющихся в жаркое время года.

2.4. Давление насыщенных паров

Давление насыщенных паров, т.е. давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью или твердым телом при данной температуре, является одним из показателей испаряемости бензинов.

По давлению насыщенных паров можно судить о наличии легкоиспаряющихся фракций в бензине, способных образовывать паровые пробки, о его пусковых свойствах, а также о возможных потерях при хранении и огнеопасности. Чем выше давление насыщенных паров, тем больше опасность образования паровых пробок при работе двигателя, но тем лучше пусковые свойства бензина.

Давление паров испаряющегося бензина на стенки емкости, называемое также упругостью паров, зависит от его химического и фракционного состава и температуры. Оно тем выше, чем больше содержится в топливе легкокипящих углеводородов, и уменьшается с понижением температуры.

При разгонке бензинов на стандартном аппарате невозможно оценить особо легкие фракции, наиболее опасные с точки зрения образования паровых пробок в топливопроводах. Поэтому давление насыщенных паров определяют в герметически закрытых приборах при температуре 38 °С.

Зная давление насыщенных паров можно правильно рассчитать объем, который может занимать сжиженный нефтяной газ при определенных максимальных температурах внешней среды, а также правильно обеспечить подачу жидкой и газовой фаз в систему питания двигателя.

Давление насыщенных паров летних бензинов 66,7 кПа, а зимних - 66,7...93,3 кПа.

2.5. Нормальное и детонационное сгорание рабочей смеси

Химический состав и количество используемого топлива, его соотношение с воздухом, а также величина остаточных газов, температура и давление в цилиндре двигателя, конструкция камеры сгорания и ряд других факторов существенно влияют на скорость сгорания рабочей смеси. Схема смесеобразования в карбюраторном двигателе показана на рис. 2.3.

Процесс нормального сгорания рабочей смеси проходит плавно с почти полным протеканием реакции окисления топлива и средней скоростью распространения пламени 10... 40 м/с. Когда скорость распространения пламени резко возрастает (почти в 100 раз) и достигает 1500...2000 м/с, возникает детонационное сгорание.

Детонация топлива, вызывающая ненормальную работу двигателя, является следствием накопления перекисей в рабочей смеси и их взрывным воспламенением. Детонация сопровождается металлическими стуками, появлением в отработанных газах черного дыма, падением мощности и перегревом двигателя, а также имеет другие вредные последствия, вплоть до механического повреждения отдельных его деталей.

Поэтому все факторы, способствующие образованию перекисей, увеличивают детонацию топлива в двигателе.

Рис. 2.3. Схема смесеобразования в карбюраторном двигателе:

1 - карбюратор; 2 - впускной трубопровод; 3 - выпускной клапан; 4 - пары бензина; 5 - капли бензина; 6 - жидкая пленка бензина
Например, при увеличении частоты вращения коленчатого вала детонация уменьшается, так как при этом сокращается время, отводимое на сгорание рабочей смеси, увеличивается завихрение смеси в цилиндре двигателя и уменьшается время химической подготовки части топлива, окисляющейся в последнюю очередь.

Большое значение имеет форма камеры сгорания , так как чем больше время, в течение которого пламя от свечи может дойти до наиболее отдаленных ее точек и чем хуже они охлаждаются, тем вероятнее образование перекисей и возникновение детонации.

При увеличении размера цилиндра возрастает длина пути, который проходит пламя и, следовательно, повышается вероятность образования перекисей.

При неправильном выборе марки свечи зажигания возможен недостаточный отвод тепла от нее, а раскаленная свеча может сама служить источником детонации.

Выпускной клапан , являющийся наиболее горячей деталью в головке цилиндра (его температура может достигать 750... 800 °С), оказывает существенное влияние на образование перекисей, а следовательно, и на детонацию.

Нагарообразование на стенках головки цилиндра и днище поршня сильно ухудшает их теплопроводность, вследствие чего несколько повышается температура газов в процессе сгорания. Отложившийся нагар также уменьшает объем камеры сгорания и увеличивает степень сжатия. Все это способствует образованию перекисей в смеси и, следовательно, увеличивает детонацию.

При изменении момента зажигания изменяются температура и давление процесса сгорания смеси, а также температура днища поршня и головки цилиндра, поэтому увеличение угла опережения зажигания, сдвигая точку максимального давления ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), способствует уменьшению задержки самовоспламенения последней части топлива и возрастанию детонации.

Углеводородный состав топлива решающим образом влияет на появление и интенсивность детонации. Так, топливо, состоящее из нормальных парафиновых углеводородов, легко окисляется, образуя перекиси, и детонирует при низкой степени сжатия, а ароматические и изопарафиновые углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью, так как образование перекисей при окислении этих топлив происходит медленно или вовсе не происходит.

Степень сжатия - это основной фактор, определяющий возникновение детонации. С увеличением степени сжатия смеси возрастают температура и давление в цилиндре двигателя, что способствует интенсивному образованию кислых соединений.

На детонацию также оказывают влияние температура охлаждающей жидкости (при ее повышении она усиливается) и атмосферные условия. Например, повышение атмосферного давления увеличивает детонацию, а повышение влажности воздуха уменьшает ее в значительной степени.

Детонация возникает в тех случаях, когда концентрация перекисей в порции топливовоздушной смеси, сгорающей на конечном этапе, достигает критического значения (рис. 2.4).

Для подавления детонации при эксплуатации карбюраторных двигателей используют уменьшение угла опережения зажигания, прикрытие дросселя и увеличение скорости вращения коленчатого вала.

Неуправляемое воспламенение топливовоздушной смеси от чрезмерно нагретых деталей камеры сгорания и раскаленных частей, покрытых нагаром, называемое калильным зажиганием, устраняется или ослабляется правильным подбором для двигателей марок топлив и масел.

2.6. Методы оценки детонационной стойкости

Мерой детонационной стойкости бензинов является октановое число, отражающее процентное содержание изооктана в искусственно приготовленной смеси, состоящей из изооктана и нормального гептана и по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому топливу.

Различают моторный и исследовательский методы определения октанового числа.

Для определения ОЧ моторным методом используют одноцилиндровую установку ИТ9-2М, позволяющую проводить испытания топлива с переменной степенью сжатия от 4 до 10. Эталонное топливо (смесь изооктана и нормального гептана в определенном соотношении) имеет октановое число от 0 до 100. Причем ОЧ изооктана - углеводорода парафинового ряда изомерного строения, отличающегося высокой детонационной стойкостью (он начинает детонировать только при очень высокой степени сжатия), принято за 100, а ОЧ сильно детонирующего гептана С 7 Н 16 - углеводорода парафинового ряда нормального строения принято за нуль.

Моторный метод имитирует работу двигателя на форсированных режимах при достаточно больших и длительных нагрузках, характерных для междугородного движения (при частоте вращения вала 900 об/мин и подогреве рабочей смеси до 150 °С).

Для определения детонационной стойкости бензина исследовательским методом используют установку ИТ9-6 и имитируют режим работы легкового автомобиля при его движении в условиях города (при частоте вращения вала 600 об/мин и без подогрева рабочей смеси).

Универсальная установка УИТ-65 служит для одновременного определения октанового числа по моторному методу (ОЧМ) и исследовательскому (ОЧИ), разность между которыми называют чувствительностью бензина. Эта величина составляет от 2 до 12 и характеризует возможные отклонения детонационной стойкости бензина в реальных условиях эксплуатации от стойкости, определяемой лабораторными методами.

Рис. 2.4. Развернутая индикаторная диаграмма процесса сгорания рабочей смеси:

а - момент зажигания рабочей смеси искрой свечи зажигания; 1 - бездетонационное горение; 2 - горение с детонацией

В последние годы стали использовать так называемое дорожное октановое число (ДОЧ), которое определяют методом дорожных детонационных испытаний и которое наиболее точно характеризует эксплуатационные свойства высокооктановых бензинов.

ДОЧ бензинов, в ряде случаев существенно отличающееся от ОЧМ и ОЧИ, определяют с помощью специально подготовленного автомобиля. Организация таких испытаний сложна, так как при этом жестко регламентируются дорожные и метеорологические условия, поэтому они в основном проводятся летом и обычно только при отработке конструкций автомобильных двигателей новых моделей.

2.7. Методы повышения октанового числа

Существуют следующие методы повышения детонационной стойкости (октанового числа) бензинов: воздействие на их химический состав; добавление в базовые бензины до 40 % высокооктановых компонентов, синтезированных из газообразных углеводородов; введение небольшого количества специальных присадок - антидетонаторов, увеличивающих содержание ароматических и изопарафиновых углеводородов.

Воздействие на химический состав возможно в результате применения современных технологий получения топлив - каталитического крекинга и риформинга.

В качестве высокооктанового компонента бензинов применяется метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). Введение МТБЭ в бензин в количестве 11% позволяет получить неэтилированный бензин АИ-93 с вовлечением в него до 15...20 % низкооктановых компонентов.

Самым известным и эффективным антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС) - Рb(С 2 Н 5) 4 , который представляет собой тяжелую маслянистую бесцветную и очень ядовитую жидкость. Введение ТЭС в количестве 0,3% повышает октановое число бензина на 15...20 единиц, что в 600 раз больше, чем при добавлении такого же количества высокооктанового углеводорода бензола.

Так как при сгорании ТЭС до 10 % окислов свинца оседает на деталях камеры сгорания, что может нарушить работу свечей зажигания, вместе с ним в бензин вводят выносители - бромистые органические соединения, образующие летучий бромистый свинец РbВr 2 , который на 97... 98 % удаляется из двигателя. Смесь ТЭС с выносителем называется этиловой жидкостью. В настоящее время в нашей стране ее концентрация в автомобильных бензинах достигает 0,01 ...0,05 %.

В качестве заменителя ТЭС предложено и применяется за рубежом органическое соединение на основе марганца - ЦТМ. По своим антидетонационным свойствам ЦТМ не уступает ТЭС, но по токсичности оно не опаснее обычных неэтилированных бензинов. Недостатком его является интенсивное образование окиси марганца на электродах свечей, быстро приводящее к замыканию искрового промежутка и, следовательно, к остановке двигателя.

Одним из средств повышения октанового числа топлива является добавление в него до 2 % ароматических аминов. Например, высокоэффективной добавкой к бензину является экстралин.

Применяемый в качестве антидетонационной присадки экстралин, представляющий собой смесь производных ароматических соединений, хорошо смешивается с бензином. Смеси, содержащие до 4 % экстралина, при хранении не расслаиваются, не замерзают до -60 °С и имеют значительно повышенное октановое число.

2.8. Стабильность бензинов

Физическая стабильность

Наиболее глубокие изменения свойств бензина возможны в результате двух физических процессов: нарушения однородности бензина вследствие выпадения кристаллов высокоплавких углеводородов и испарения его легких фракций.

Кристаллизация углеводородов в стандартных отечественных автомобильных бензинах происходит при очень низких температурах (ниже - 60 °С), поэтому при их использовании возможна эксплуатация автомобилей в суровых зимних условиях без нарушения работы двигателей и систем питания.

При транспортировке и хранении бензина происходит испарение легких фракций, ухудшающее пусковые свойства бензина. Потери от испарения влияют на начальные точки разгонки бензина, его октановое число и особенно сильно на давление насыщенных паров, которое при испарении 3...4% бензина может снизиться в 2...2,5 раза.

Химическая стабильность

Изменение свойств бензина может произойти и вследствие химических превращений его компонентов и в первую очередь в результате окисления непредельных углеводородов, образующих смолы при длительном хранении бензина. По мере испарения бензина смолы оседают на деталях карбюратора и впускной системы двигателя. В небольших количествах они также проникают и в камеру сгорания, где вместе с несгоревшим топливом и маслом образуют нагар, оказывающий вредное влияние на работу двигателя.

Склонность топлив к окислению и смолообразованию при их длительном хранении характеризуется индукционным периодом - временем (выраженным в минутах), в течение которого испытуемый бензин в среде чистого кислорода под давлением 0,7 МПа и при температуре 100 °С практически не подвергается окислению. Чем больше индукционный период, тем стабильнее бензин и тем дольше его можно хранить (от 6 мес. до 6 лет в зависимости от климатических условий и тары, в которой он хранится). Индукционный период обычных отечественных бензинов составляет 600...900 мин, а бензинов со знаком качества - 1200 мин.

Прибор для определения индукционного периода топлива представлен на рис. 2.5.

Степень осмоления бензинов определяется содержанием в них фактических смол, т.е. всех смолообразующих продуктов, остающихся в стеклянном стакане после полного испарения из него в струе воздуха 25 мл испытуемого бензина.

ГОСТами нормируется содержание в бензине фактических смол и на месте его производства, и на месте потребления. Прибор для определения содержания фактических смол показан на рис. 2.6.

В качестве присадок к автомобильным бензинам, препятствующих их осмолению, используют древесно-смольный антиокислитель в количестве 0,050...0,015 % и антиокислитель ФЧ -16 в количестве 0,03...0,10%.

2.9. Коррозионное воздействие бензинов на металлы

При использовании бензины соприкасаются с различными металлами и сплавами и вызывают их коррозионное разрушение. Коррозии подвергаются резервуары, трубопроводы, топливные баки, детали карбюратора и т.д. Коррозионные свойства бензинов определяются содержанием в них органических кислот, водорастворимых кислот и щелочей, а также сернистых соединений.

Органические кислоты корродируют металлы значительно слабее, чем минеральные. В основном они представляют опасность для цветных металлов, и в первую очередь для свинца и цинка (особенно в присутствии воды), т.е. органические кислоты вызывают ускоренный износ вкладышей коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, втулок верхней головки шатуна и других деталей (кроме алюминиевых). При хранении количество органических кислот в бензине в результате окисления непредельных углеводородов возрастает.

Стандартами содержание органических кислот в бензине строго ограничивается.

Присутствие в бензине водорастворимых кислот и щелочей вызывает интенсивный износ деталей двигателя и коррозию деталей его системы питания. Водорастворимые кислоты в бензине могут оказаться в результате использования загрязненной тары, а щелочи еще и в результате плохой его очистки. Стандартами на автомобильные бензины не допускается наличие в них даже следов водорастворимых кислот и щелочей.

Сернистые соединения бензинов условно разделяют на активные (сера, сероводород и меркаптаны) и неактивные (сульфиды, дисульфиды и т.д.). Активные сернистые соединения корродируют металл даже при низких температурах, поэтому их присутствие в бензинах недопустимо.

Неактивные сернистые соединения не корродируют металл, но при сгорании образуют коррозионно-агрессивные оксиды серы SО 2 и SО 3 , которые, в свою очередь, растворяясь в воде, получаемой в результате конденсации водяных паров, образуют серную и сернистую кислоты. Эти кислоты и вызывают коррозию цилиндропоршневой группы двигателя. Если водяные пары не конденсируются, происходит высокотемпературная сухая газовая химическая коррозия.

Испытание воздействия бензина на медную пластину в течение трех часов при повышенной температуре (50 °С) служит качественной пробой на присутствие в нем активных сернистых соединений. Бензин считается не выдержавшим испытание, если пластина покрывается черными, темно-коричневыми или серо-стальными пятнами.

При увеличении содержания серы в бензине с 0,05 до 1,0% износ двигателей возрастает в 1,5...2 раза.

Максимальное содержание серы в отечественных бензинах, установленное стандартом, составляет 0,10...0,05 %.

Схема прибора для определения содержания серы в бензине показана на рис. 2.7.

2.10. Механические примеси и вода в бензине

Согласно стандартам бензины не должны содержать механических примесей - твердых частиц органического и неорганического происхождения (почвенной пыли и грязи; продуктов коррозии заводской аппаратуры, резервуаров и трубопроводов; продуктов износа перекачивающих средств и т.д.). Попадая в двигатель, примеси увеличивают износ поршневых колец и стенок цилиндров, а также отложения нагара.

Чистота бензинов является важным фактором повышения надежности работы и долговечности двигателей.

Содержание воды в автомобильных бензинах также недопустимо. Наличие воды опасно прежде всего при температуре ниже 0°С, так как замерзая, она образует кристаллы, которые могут преградить доступ бензина в цилиндры двигателя. Кроме того, вода способствует осмолению бензина, так как в ней растворяется ингибитор (антиокислительная присадка), а также является основным источником коррозии топливных баков, трубопроводов и других стальных деталей системы питания.

2.11. Марки бензинов и их характеристики

Основными марками бензина, вырабатываемого в России, являются А-76, А-80, А-92, АИ-91, АИ-93, АИ-95 и АИ-95 «Экстра» (табл. 2.1). Причем автомобильные бензины АИ-91, АИ-95, АИ-95 «Экстра» выпускаются только неэтилированными с содержанием свинца не более 0,01 г на 1 дм 3 . Бензины остальных марок могут быть как этилированными, так и неэтилированными. Бензины А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95 изготавливаются зимнего и летнего видов.

Применение того или иного сорта бензина определяется конструктивными особенностями двигателей внутреннего сгорания, а также условиями, в которых они эксплуатируются.

За рубежом в промышленно развитых странах применяется в основном бензин двух марок - «Премиум» с ОЧИ 97... 98 и «Регуляр» с ОЧИ 90...94.

В странах Европейского экономического сообщества доля бензина марки «Премиум» составляет 78 %, а бензина марки «Регуляр» - 22 %, причем в Европе в настоящее время практически все бензины этилированные с содержанием свинца 0,15...0,4 г/л.

В Японии используется практически только неэтилированный бензин марки «Регуляр» (97%) с ОЧИ 91; бензина марки «Премиум» выпускается около 2 %, а этилированных бензинов - 0,5 %.

В США доля бензинов с ОЧИ 96 составляет 15 %, с ОЧИ 93 - 40%, а с ОЧИ 92 - 45%, но намечен постепенный переход на производство только неэтилированных бензинов марок «Регуляр» (85 %) и «Премиум».

Остальные основные показатели качества зарубежных бензинов практически не отличаются от показателей бензинов, выпускаемых в России.

В России в настоящее время выпускаются неэтилированные бензины А-76, АИ-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-96, АИ-98 и этилированные - А-76, АИ-80, АИ-92, АИ-93. Планируется полный переход в 2003 г. на производство неэтилированных бензинов, а до этого полностью заменить выпуск бензинов А-76 (АИ-80) на производство неэтилированных бензинов с ОЧИ 91 и выше.

Необходимо также обеспечить рост производства бензинов по ГОСТ Р 51105 - 97, а в городах и районах с высокой плотностью транспортных средств организовать возможность использования бензина АИ-95, отвечающего требованиям европейских норм по токсичности отработавших газов.

Решение о возможности использования нефтепродукта по назначению принимается на основании его паспорта. Показатели топлива, приведенные в паспорте, позволяют сделать заключение о соответствии его стандарту и оценить возможность применения в различных условиях эксплуатации автомобилей. Одновременно данные паспорта позволяют предвидеть возможные отклонения в работе двигателя от нормального режима при использовании этого топлива и провести необходимые профилактические мероприятия и регулировки.

Контрольные вопросы

1. Какие свойства автомобильных бензинов влияют на процессы их подачи и образования топливовоздушной смеси?

2. По каким показателям оценивают фракционный состав бензина?

3. Какие факторы определяют нормальное и детонационное сгорание рабочей смеси в двигателе?

4. В чем заключаются моторный и исследовательский методы определения октанового числа автомобильного бензина?

5. Какие существуют методы повышения октанового числа автомобильного бензина?

6. Какие показатели определяют физическую и химическую стабильность бензина?

7. Какие марки бензина выпускаются в России для современных карбюраторных двигателей?

Министерство образования Российской Федерации

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автомобильного транспорта

Д.А. Дрючин, Н.Н.Якунин

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

по дисциплинам

"Автомобильные эксплуатационные материалы"

"Комплектующие изделия и эксплуатационные материалы"

Оренбург 2001

Рецензент - кандидат технических наук, доцент Фаскиев Р.С.

Дрючин Д.А., Якунин Н.Н.

Д 78 Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебное пособие.

- Оренбург: ОГУ, 2001. - 146 с.

Учебное пособие содержит конспект лекций, перечень вопросов для самоконтроля знаний, список рекомендуемой литературы и справочный материал для дисциплин "Автомобильные эксплуатационные материалы" (специальность 150200) и "Комплектующие изделия и эксплуатационные материалы" (специальность 230100).

ã Дрючин Д.А., 2001

ã Якунин Н.Н., 2001

ã ОГУ, 2001

автомобиль эксплуатация материал бензин масло жидкость

1. Введение. Классификация эксплуатационных материалов

1 Введение

2 Классификация эксплуатационных материалов

3 Вопросы для самопроверки

Автомобильные бензины

1 Сгорание топлива в двигателе

2 Эксплуатационные требования к автомобильным бензинам

3 Свойства автомобильных бензинов

3.1 Карбюрационные свойства

3.2 Антидетонационные свойства

3.3 Коррозионные свойства

3.4Стабильность топлива

4 Ассортимент бензинов

5 Вопросы для самопроверки

Дизельные топлива

1 Эксплуатационные требования к качеству дизельных топлив

2 Сгорание смеси и оценка самовоспламеняемости дизельных топлив

3 Показатели и свойства дизельных топлив, влияющие на подачу и смесеобразование

3.1 Низкотемпературные свойства

3.2Вязкостные свойства

3.3Испаряемость

4 Механические примеси и вода в дизельных топливах

5 Коррозионные свойства дизельных топлив

6 Ассортимент и маркировка дизельных топлив

7 Вопросы для самопроверки

Альтернативные виды топлив

1 Газообразные топлива

1.1 Сжиженные газы

1.2 Сжатые газы

1.3Водород

1.4Преимущества и недостатки применения газовых топлив

2 Синтетические спирты

3 Метилтретичнобутиловый эфир

4 Газовые конденсаты

5 Вопросы для самопроверки

Смазочные масла

1 Общие понятия о трении и износе

2 Основные требования к качеству масел

3 Свойства смазочных масел

3.1Вязкостные свойства

3.2Смазывающие свойства

3.3Противоокислительные и диспергирующие свойства

3.4Защитные и коррозионные свойства

4 Особенности синтетических смазочных материалов

5 Особенности работы масла в гидромеханических передачах

6 Изменение свойств масел при эксплуатации

7 Контроль качества и оценка старения масел

8 Пути снижения расхода смазочных масел

9 Существующие системы классификации смазочных масел. Взаимозаменяемость с зарубежными аналогами

9.1 Классификации моторных масел

9.1.1 Отечественная классификация моторных масел

9.1.2 Зарубежные классификации моторных масел

9.2Классификации трансмиссионных масел

9.2.1 Отечественная классификация трансмиссионных масел

9.2.2 Зарубежная классификация трансмиссионных масел

10 Вопросы для самопроверки

Утилизация отработавших нефтепродуктов

1 Классификация нефтеотходов

2 Правила обращения с нефтеотходами

3 Методы регенерации отработанных нефтяных масел

4 Вопросы для самопроверки

Пластичные смазки

1 Общие сведения о структуре, составе и принципах производства смазок

2 Основные эксплуатационные свойства пластичных смазок

3 Ассортимент пластичных смазок и их применение

4 Вопросы для самопроверки

Технические жидкости

1 Охлаждающие жидкости

1.2 Вода, как охлаждающая жидкость

1.2 Низкозамерзающие охлаждающие жидкости

2 Жидкости для гидравлических систем

2.1 Тормозные жидкости

2.2Амортизаторные жидкости

3 Пусковые жидкости

4 Вопросы для самопроверки

Конструкционно-ремонтные материалы и технологии их использования

1 Пластические массы

2 Клеящие материалы и герметики

3 Прокладочные материалы

4 Изоляционные материалы

5 Вопросы для самопроверки

Лакокрасочные материалы. Окраска автомобилей. Средства для ухода за автомобилем

1 Требования к лакокрасочным покрытиям

2 Строение лакокрасочного покрытия и требования к основным материалам

3 Классификация лакокрасочных материалов

4 Технология окраски кузовов автомобилей. Вспомогательные материалы

5 Химические средства для ухода за автомобилем

5.1 Моющие средства

5.2 Чистящие средства

5.3 Полирующие средства

6 Вопросы для самопроверки

Средства защиты от коррозии, технологии и области применения

1 Заводская антикоррозионная защита

2 Основные профилактические мероприятия при эксплуатации

3 Вопросы для самопроверки

Нормирование расхода топлив и смазочных материалов

1 Права, обязанности и полномочия структур управления при нормировании расхода топлив и смазочных материалов

2 Нормирование расхода топлив для автомобилей общего назначения

3 Последовательность нормирования расхода топлива для различных категорий автомобилей

3.1Последовательность нормирования расхода топлива для легковых автомобилей

3.2 Последовательность нормирования расхода топлива для автобусов

3.3 Последовательность нормирования расхода топлива для бортовых грузовых автомобилей

3.4 Последовательность нормирования расхода топлива для самосвалов

4 Нормирование расхода топлива для специальных автомобилей

5 Нормирование расхода смазочных материалов и специальных жидкостей

6 Вопросы для самопроверки

Учёт расхода горюче-смазочных материалов. Отчётная документация в АТП

1 Учёт поступления и расходования топлива в количественном и денежном выражении

2 Расчёт фактической себестоимости единицы топлива

3 Учёт пробега автомобиля

4 Учёт расхода смазочных материалов

5 Вопросы для самопроверки

Приёмка, хранение, транспортировка, отпуск и рациональное использование эксплуатационных материалов

1 Порядок приёмки нефтепродуктов

2 Хранение нефтепродуктов

3 Транспортировка нефтепродуктов

4 Отпуск нефтепродуктов

5 Методы повышения эффективности использования горюче-смазочных материалов

6 Вопросы для самопроверки

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

1 Введение. Классификация эксплуатационных материалов

1.1 Введение

Так как автомобильный транспорт потребляет значительную часть жидкого топлива, проблема экономии горюче-смазочных материалов для этой отрасли является наиболее острой. В связи с повышением роли и значения ГСМ в экономике страны, как фактора увеличения надёжности, долговечности и экономичности работы техники, возникла потребность иметь научную основу их применения. Это привело к появлению на стыке ряда научных дисциплин новой прикладной отрасли науки, получившей название "химмотология" от слов "химия", "мотор" и "логос" (наука). Химмотология - это направление науки и техники, занимающееся изучением эксплуатационных свойств и качеств топлив, смазок и специальных жидкостей, теорией и практикой их рационального применения в технике.

Химмотологию сегодня рассматривают, как составную часть единой взаимосвязанной четырёхзвенной системы: конструирование и изготовление техники - разработка и производство ГСМ - эксплуатация техники - химмотология. С учётом эксплуатационных условий применения ГСМ на автомобильном транспорте эта система (двигатель - топливо - смазочное масло - эксплуатация) может быть охарактеризована следующей сложной взаимосвязью между её звеньями (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Химмотологическая четырёхзвенная система: топлива - смазочные материалы - двигатели - эксплуатация

Один из основных разделов химмотологии - это теория и практика применения ГСМ на автомобильном транспорте, что является основным содержанием данного курса.

1.2 Классификация эксплуатационных материалов

Общая схема классификации эксплуатационных материалов, используемых на автомобильном транспорте представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Классификация автомобильных эксплуатационных материалов

В пределах каждой подгруппы существует свои классификационные структуры в соответствии с которыми каждый вид делится на группы и подгруппы в зависимости от уровня потребительских свойств и предполагаемой области применения.

1.3 Вопросы для самопроверки

1 Какими направлениями занимается химмотология, как наука и как область практической деятельности?

1Что представляет собой четырёхзвенная система: топлива - смазочные материалы - двигатели - эксплуатация?

2Каким образом классифицируются автомобильные эксплуатационные материалы?

2. Автомобильные бензины

2.1 Сгорание топлива в двигателе

Под "сгоранием" применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов и содержащихся в топливе соединений с кислородом воздуха, сопровождающуюся свечением и выделением значительного количества тепла.

На процесс сгорания в значительной степени влияет количество подаваемого воздуха.

Количество воздуха L0 в горючей смеси, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, называют стехиометрическим. Отношение действительного количества L воздуха к стехиометрическому называют коэффициентом избытка воздуха a.

a = L / L0, (2.1)

Как недостаток (a<1, богатая смесь), так и избыток (a>1, бедная смесь) воздуха приводит к уменьшению скорости горения и снижению эффективности тепловых процессов. Обогащение топливо-воздушной смеси, помимо этого, приводит к повышению токсичности отработавших газов двигателя.

Одной из важнейших характеристик топлива является теплота его сгорания. Теплота сгорания (теплотворность, теплотворная способность) - количество тепла, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объёма топлива.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. За высшую теплоту сгорания НВ принимают всё тепло, выделившееся при сгорании 1 кг топлива, включая количество тепла, которое выделяется при конденсации паров воды. При определении низшей теплоты сгорания НН тепло, выделяющееся при конденсации паров воды из продуктов сгорания, не учитывается. Оценивая теплоту сгорания топлива, обычно пользуются значениями низшей теплоты сгорания.

Теплота сгорания топлива влияет на топливную экономичность: чем она выше, тем меньше топлива содержится в 1 м3 смеси, так как с увеличением теплоты сгорания топлива возрастает количество воздуха, теоретически необходимого для его полного сгорания.

Структуру процесса сгорания топлива можно представить, как две фазы (рисунок 2.1): образование очага горения (участок а) и образование пламени (участок б). Первая фаза - период скрытого сгорания или период задержки воспламенения характеризуется более интенсивной подготовкой рабочей смеси к сгоранию, чем в период сжатия.

Вторая фаза - непосредственное сгорание (сопровождается более быстрым, чем при чистом сжатии, повышением давления) продолжается до максимального подъёма давления и обычно заканчивается спустя несколько градусов после верхней мёртвой точки.

Скорость сгорания при нормальном развитии процесса зависит от следующих основных факторов:

• химического состава топлива;
• количества топлива;
• соотношения количества топлива и воздуха;
• количества остаточных газов в цилиндре;
• температуры рабочей смеси в момент подачи искры;
• давления рабочей смеси в момент подачи искры;
• конструкции камеры сгорания;
• степени сжатия;
• частоты вращения коленчатого вала.

При нормальном сгорании процесс проходит плавно с почти полным протеканием реакций окисления топлива и средней скоростью распространения пламени 10 - 40 м/с.

Рисунок 2.1 - Диаграмма процесса сгорания в двигателе с зажиганием от искры

Когда скорость распространения пламени резко возрастает (почти в 100 раз) и достигает 1500 - 2000 м/с, возникает детонационное сгорание, характеризующееся неравномерным протеканием процесса, скачкообразным изменением скорости пламени и возникновением ударной волны.

Согласно перекисной теории (она в настоящее время общепризнанна), при детонации образуются первичные продукты окисления топлива - органические перекиси.

При присоединении молекулы кислорода к углеводородам по С - С связи образуется перекись, по С - Н связи - гидроперекись. Перекиси, образующиеся в процессе предварительного окисления, накапливаясь в несгоревшей части рабочей смеси, распадаются (по достижении критической концентрации) со взрывом и выделением большого количества тепла.

Детонация приводит к потере мощности двигателя, его перегреву, прогару поршней, клапанов и поршневых колец, нарушению изоляции свечей, растрескиванию вкладышей шатунных подшипников, повышению токсичности отработавших газов.

Когда детонирует около 5 % смеси, появляются внешние признаки детонации. Если детонирует 10 - 12 % смеси, наблюдается детонация средней интенсивности. Очень сильная детонация характерна для 18 - 20 % детонирующей смеси

2.2 Эксплуатационные требования к автомобильным бензинам

Топлива для карбюраторных двигателей должны иметь такие физико-химические свойства, которые обеспечивали бы:

• нормальное и полное сгорание полученной смеси в двигателе (без возникновения детонации);
• образование топливовоздушной смеси требуемого состава;
• бесперебойную подачу бензина в систему питания двигателя;
• отсутствие коррозии и коррозионных износов деталей двигателя;
• возможно меньшее образование отложений во впускном трубопроводе, камерах сгорания и других местах двигателя;
• сохранение качеств при хранении, перекачках и транспортировке.

2.3 Свойства автомобильных бензинов

2.3.1 Карбюрационные свойства

Плотность. Под плотностью понимают массу вещества, отнесённую к единице его объёма. Плотность бензина (как и его вязкость) влияет на расход топлива через калиброванные отверстия жиклёров карбюратора. Уровень бензина в поплавковой камере также зависит от плотности. Для автомобильных бензинов плотность при 20 0С должна находиться в пределах от 690 до 750 кг/м3.

Плотность топлива определяется ареометром, гидростатическими весами и пикнометром.

Плотность бензина с понижением температуры на каждые 10 0С возрастает примерно на 1 %. Зная температуру при которой была определена плотность можно привести её к стандартной температуре (+20 0С):

r20 = rt + g (t - 20), (2.2)

где: rt - плотность испытуемого продукта при температуре испытаний, кг/м3;

t - температура испытания, 0С;

g - температурная поправка плотности (определяется по расчётной таблице, находится в пределах от 0,515 до 0,910 кг/м3).

Вязкость (внутреннее трение) - свойство жидкостей, характеризующее сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение.

Величина вязкости может быть выражена в абсолютных единицах динамической, кинематической вязкости или в условных единицах.

В системе СИ за единицу динамической вязкости h принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление 1Н взаимному сдвигу двух слоёв жидкости площадью 1 м2, находящихся на расстоянии 1 м один от другого и перемещающихся с относительной скоростью 1 м/с.

Единица измерения динамической вязкости [кг/(м*с)].

Кинематическая вязкость - это динамическая вязкость, разделённая на плотность жидкости, определённой при той же температуре.

nt = ht /rt. (2.3)

За единицу кинематической вязкости в СИ принят квадратный метр в секунду [м2/с]. Наиболее часто используется мм2/с.

Условной вязкостью называется вязкость, выраженная в условных единицах, получаемых на различных вискозиметрах. Пересчёт условной вязкости (0ВУt) (градусов Энглера 0Еt) в кинематическую производится по следующей формуле:

nt = 0,07319 0ВУt - 0,631 / 0ВУt. (2.4)

Вязкость оказывает превалирующее влияние на весовое количество топлива, протекающее через жиклёр в единицу времени. Снижение температуры вызывает увеличение вязкости бензина, а это вызывает снижение его расхода. Расход бензина через жиклёр при изменении температуры от 40 до - 40 0С снижается на 20 - 30 %.

Поверхностное натяжение - характеризуется работой, необходимой для образования 1 м2 поверхности жидкости (т.е. для перемещения молекул жидкости из её объёма в поверхностный слой площадью в 1 м2) и выражается в Н/м. Поверхностное натяжение, наряду с вязкостью, влияет на степень распыливания бензина. Чем меньше его величина, тем меньших размеров получаются капли. Поверхностное натяжение всех автомобильных бензинов одинаково и при +20 0С равно 20 - 24 мН/м (в 3,5 раза меньше чем у воды).

Испаряемость . Под испаряемостью топлива понимают его способность переходить из жидкого состояния в парообразное.

Испарение топлива является необходимым условием его сгорания, так как смешивается с воздухом и воспламеняется только паровая фаза. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивать лёгкий пуск двигателя, его быстрый прогрев и полное сгорание бензина после этого, а также исключить образование паровых пробок в топливной системе.

Практически испаряемость топлив для двигателей оценивают, определяя их фракционный состав методом разгонки на стандартном аппарате (для бензинов измеряют ещё и давление насыщенных паров). Бензин, представляя собой смесь углеводородов, не имеет фиксированной температуры кипения: он испаряется в интервале температуры 35 - 195 0С.

При разгонке фиксируют следующие характерные температурные точки: температура начала кипения, температуры выкипания 10 % (t10), 50 % (t50), 90 % (t90) топлива и температуру конца кипения. Характерные температурные точки приводят в стандартах и паспортах качества.

Содержание лёгких фракций в топливе характеризуется температурой выкипания 10 %. Эти фракции определяют пусковые свойства топлива, чем ниже температура выкипания 10 % топлива, тем они лучше. Для зимнего топлива t10 должна быть не выше 55 0С. Но при использовании зимнего вида бензина в летний период возможно образование паровых пробок в топливоподающей системе.

Качества горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева, приёмистость зависят от испаряемости рабочей фракции, которая по стандарту нормируется 50 % - ной точкой. Чем ниже температура этой точки, тем однороднее состав рабочей смеси по отдельным цилиндрам, тем устойчивее работает двигатель, улучшается его приёмистость.

Температура выкипания 90 % топлива характеризует его склонность к конденсации. Склонность топлива к конденсации тем меньше, чем меньше интервал от t90 до температуры конца кипения, когда испаряются тяжёлые углеводороды. Поскольку тяжёлые углеводороды испаряются не полностью, то, оставаясь в капельно-жидком состоянии, они могут проникать через зазоры между цилиндром и поршневыми кольцами в картер двигателя, что приводит к смыванию смазочной плёнки, увеличению износа деталей, разжижению масла, увеличению расхода топлива.

Давление насыщенных паров. Давление паров испаряющегося бензина на стенки герметичной ёмкости называют давлением (упругостью) насыщенных паров. Давление насыщенных паров возрастает с при повышении температуры.

Стандартом ограничивается верхний предел давления паров до 67 кПа летом и от 67 до 93 кПа зимой. Бензины с высокой упругостью паров склонны к повышенному образованию паровых пробок в топливоподающей системе; их использование влечёт за собой снижение наполнения цилиндров, падение мощности. Увеличиваются также потери от испарения такого бензина при хранении на складах и в топливных баках.

Низкотемпературные свойства. Температура застывания автомобильных бензинов обычно ниже минус 60 0С, поэтому этот показатель для них не регламентируется. Но при эксплуатации двигателя в условиях низких температур могут возникнуть осложнения связанные с образованием в бензинах кристаллов льда. Установлено, что с понижением температуры растворимость воды в бензинах уменьшается. При быстром охлаждении излишняя влага, не успевшая перейти в воздух, выделяется в виде мелких капель, которые при отрицательных температурах превращаются в кристаллы льда. Забивая фильтры, кристаллы нарушают подачу бензина в двигатель.

2.3.2 Антидетонационные свойства

Детонационная стойкость, оцениваемая октановым числом (ОЧ), - важнейшее свойство топлива, обеспечивающее работу двигателя без детонации.

Октановым числом топлива называют процентное содержание (по объёму) изооктана в искусственно приготовленной смеси, состоящей из изооктана (ОЧ = 100) и нормального гептана (ОЧ = 0), по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому топливу.

Определяют ОЧ моторным и исследовательским методами. Моторным методом ОЧ определяют на одноцилиндровой установке ИТ 9 - 2М, позволяющей проводить испытания с переменной степенью сжатия от 4 до 10 единиц. Исследовательским методом детонационную стойкость бензина определяют на установке ИТ9 - 6 в режиме работы легкового автомобиля при его движении в условиях города. Разница в ОЧ, определённых по исследовательскому и моторному методам, составляет 7 - 10 единиц (при исследовательском методе ОЧ больше).

ОЧ указывают на всех марках бензина. При его определении исследовательским методом в маркировке ставится буква "И", например АИ - 93.

Детонационная стойкость бензина зависит от его группового состава и от того на какой смеси работает двигатель. В топлива, антидетонационные свойства которых не соответствуют эксплуатационным требованиям, добавляют высокооктановые компоненты или специальные присадки - антидетонаторы.

В качестве высокооктановых компонентов применяют вещества, обладающие хорошими антидетонационными свойствами: бензол, этиловый спирт, продукты каталитического крекинга, риформинга и др.

Наиболее распространённой присадкой - антидетонатором, в настоящее время, является тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4 (ТЭС).

Установлено, что ТЭС действует, как антидетонатор только при высоких температурах, когда он начинает распадаться с образованием атомного свинца. Механизм действия ТЭС, как антидетонатора описывается следующими выражениями:

Pb(C2H5)4 ® Pb + 4C2H5, (2.5)

Pb + O2 ® PbO2. (2.6)

Двуокись свинца вступает в реакцию с перекисями, разрушая их и образуя малоактивные продукты окисления углеводородов и окись свинца.

R - CH2 - OOH + PbO2 ® COH + PbO + H2O + ½ O2. (2.7)

Окись свинца, взаимодействуя с кислородом воздуха, снова окисляется в двуокись свинца, которая вновь способна реагировать с перекисной молекулой. Этим объясняется высокая эффективность малых количеств антидетонатора.

Наиболее существенным недостатком ТЭС является его высокая токсичность.

В чистом виде ТЭС не применяют, так как это может привести к отложению окислов свинца в камере сгорания. В бензин вводят этиловую жидкость, представляющую собой смесь ТЭС с выносителями и красителями. Бензин с этиловой жидкостью называют этилированным. Искусственное окрашивание такого бензина предупреждает о его ядовитости (А - 76 жёлтый; АИ - 93 оранжевый, АИ - 98 голубой).

Токсичность ТЭС, несмотря на его хорошие антидетанационные свойства, обуславливает необходимость разработки новых не токсичных, или менее токсичных антидетонаторов.

2.3.3 Коррозионные свойства

Топливо вызывает коррозию металлов и в жидком и в газообразном состоянии, коррозионное воздействие оказывают и продукты его сгорания.

От углеводородов топлива металлы не корродируют, коррозии способствует наличие в топливе коррозионно-агрессивных соединений: водорастворимых (минеральных) кислот и щелочей, активных сернистых соединений, воды, органических кислот.

Вода, а также водорастворимые кислоты и щёлочи в товарных бензинах отсутствуют, могут попасть при транспортировке и хранении.

Органические кислоты всегда содержатся в топливе (менее активны по сравнению с неорганическими), но их содержание заметно возрастает при длительном хранении. Содержание органических кислот характеризуют кислотностью. Этот показатель нормируют количеством щелочи (в миллиграммах), потребной для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 мл топлива.

Сернистые соединения по коррозионной агрессивности подразделяют на активные и неактивные. Их содержание в топливе отрицательно сказывается на таких его свойствах, как стабильность, способность к нагарообразованию, коррозионная агрессивность и др. Сернистые соединения способствуют повышению коррозионной агрессивности продуктов сгорания, приводят к повышению твёрдости нагара. Присутствие данных соединений в топливе крайне нежелательно. Максимальное содержание серы в отечественных бензинах регламентируется соответствующими стандартами и составляет 0,12 %.

2.3.4 Стабильность топлива

Под стабильностью топлива понимают его способность сохранять свойства в допустимых пределах для конкретных эксплуатационных условий. Условно различают физическую и химическую стабильность топлива. Физическая стабильность - способность топлива сохранять свой фракционный состав и однородность.

Химическая стабильность - способность топлива сохранять свой химический состав. В результате окисления бензинов в процессе хранения образуются растворимые органические кислоты и смолистые вещества. Содержанием фактических смол - продуктов реакций окисления, полимеризации и конденсации определяют степень осмоления бензинов. При содержании фактических смол в пределах, допускаемых стандартами (7 - 15 мг/100мл), двигатели длительное время работают без повышенного смоло- и нагарообразования. Способность бензина сохранять свой состав неизменным при соблюдении условий перевозки, хранения и использования (стабильность) оценивают индукционным периодом. Этот показатель оценивают по времени в минутах от начала окисления бензина до активного поглощения им кислорода в лабораторной установке при искусственном окислении бензина (t = 100 0C, в атмосфере сухого чистого кислорода при давлении 0,7 МПа). Это время для бензинов находится в пределах от 600 до 900 мин. Для повышения химической стабильности применяют гидроочистку бензинов и вводят в их состав специальные многофункциональные антиокислительные присадки.

2.4 Ассортимент бензинов

Отечественный ассортимент автомобильных бензинов включает следующие марки: А - 76, АИ - 92, АИ - 93, АИ - 95, АИ - 98. Каждая марка, кроме АИ - 95 и АИ - 98, подразделяется на два вида - зимний и летний.

По отдельным техническим условиям выпускается неэтилированный бензин АИ - 95 "Экстра" для применения в автомобилях высшего класса. Объёмы его производства незначительны.

В промышленно развитых странах применяются в основном два вида бензинов - "Премиум" с октановым числом по исследовательскому методу 97 - 98 (О.Ч.И. 97 - 98) и "Регуляр" с О.Ч.И. 90 - 94.

Решением Совета стран ЕЭС от 20.03.85 г. на перспективу утверждён единый неэтилированный бензин "Премиум" с О.Ч.И. 95 (О.Ч.М. 85). В настоящее время все новые модели автомобилей за рубежом переводятся на использование только неэтилированного бензина.

2.5 Вопросы для самопроверки

1 Что понимают под термином "сгорание" применительно к автомобильным двигателям?

Что характеризует параметр называемый коэффициентом избытка воздуха?

Что такое теплота сгорания топлива?

В чём заключается отличие между высшей и низшей теплотой сгорания топлива?

Опишите структуру процесса сгорания двигателя с искровым зажиганием.

От каких факторов зависит скорость сгорания в двигателях с искровым зажиганием при нормальном развитии процесса?

Чем характеризуется детонационное сгорание рабочей смеси?

Каковы основные причины возникновения детонации?

Перечислите основные эксплуатационные требования, предъявляемые к автомобильным бензинам.

Какие свойства автомобильных бензинов оказывают влияние на процесс смесеобразования?

Как влияет плотность бензина на показатели работы двигателя?

Каким образом определяется плотность жидких нефтепродуктов?

Что характеризует свойство жидкостей называемое вязкостью?

В каких единицах может быть выражена вязкость жидкостей?

Дайте определение динамической вязкости жидкости.

Как связаны между собой динамическая и кинематическая вязкость жидкости?

Что называется условной вязкостью жидкости?

Как влияет вязкость бензинов на показатели работы двигателя?

Что характеризует свойство жидкости называемое поверхностным натяжением?

Как влияет поверхностное натяжение бензинов на показатели работы двигателя?

Каким образом характеризуется испаряемость бензинов?

Какое влияние оказывают показатели испаряемости автомобильных бензинов на эксплуатационные характеристики двигателя?

Что характеризует свойство жидкости называемое давлением насыщенных паров?

Как влияет давление насыщенных паров на эксплуатационные качества бензинов?

Дайте определение параметру называемому октановым числом топлива?

Какие существуют методы определения октанового числа?

От чего зависит детонационная стойкость бензинов?

Назовите основные методы повышения детонационной стойкости автомобильных бензинов.

Перечислите основные достоинства и недостатки применения тетраэтилсвинца, как присадки - антидетона.

От каких факторов зависят коррозионные свойства бензинов?

Что понимают под стабильностью топлива?

От каких факторов зависит стабильность автомобильных топлив?

Назовите основные марки бензинов отечественного и зарубежного производства, приведите пример их маркировки.

3. Дизельные топлива

3.1 Эксплуатационные требования к качеству дизельных топлив

Дизельное топливо - это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурами кипения в пределах от 200 до 350 0С.

Рабочий процесс в дизельных двигателях принципиально иной чем в карбюраторных. В воздух сжатый в цилиндре до 3 - 7 МПа и нагретый за счёт высокого давления до 500 - 800 0С, под высоким давлением (до 150 МПа) через форсунку впрыскивается топливо. Сложные процессы смесеобразования и сгорания осуществляются за очень небольшой промежуток времени, соответствующий 20 - 250 поворота коленчатого вала (в 10 - 15 раз меньше чем в карбюраторных двигателях).

Для обеспечения в быстроходных дизельных двигателях полного и качественного сгорания топлива к нему предъявляются следующие эксплуатационные требования:

• хорошая прокачиваемость;
• обеспечение тонкого распыла и хорошее смесеобразование;
• уменьшение нагарообразования;
• отсутствие коррозионного воздействия на элементы топливоподающей системы и детали двигателя;
• химическая стабильность.
• 3.2 Сгорание смеси и оценка самовоспламеняемости дизельных топлив
• Рассмотрим индикаторную диаграмму дизельного двигателя (рисунок 3.1).
• Для процесса сгорания смеси в дизельных двигателях характерно образование во внешней оболочке струи впрыскиваемого топлива объёмных очагов пламени, количество которых определяется интенсивностью протекания предпламенных реакций и величиной периода задержки воспламенения.
• мягкая работа;
• жесткая работа
• Рисунок 3.1 - Развёрнутая индикаторная диаграмма дизельного двигателя
• На диаграмме можно выделить следующие периоды и характерные точки:
• точка 1 - впрыск топлива;
• точка 2 - начало горения;
• 1 - 2 - период задержки воспламенения;
• 2 - 3 - период быстрого горения;
• 3 - 4 - период замедленного горения;
• после точки 4 - линия расширения.

Если он небольшой, то процесс сгорания протекает благоприятнее, облегчается пуск, обеспечивается мягкая и устойчивая работа двигателя.

Минимальный период задержки воспламенения характерен для топлива с большим количеством легкоокисляющихся углеводородов (парафиновые углеводороды нормального строения).

Жесткая работа двигателя наблюдается при работе на топливе, содержащем трудно окисляющиеся парафиновые углеводороды изомерного строения и ароматики (в бензинах они необходимы). При этом период задержки воспламенения увеличивается.

Жесткость работы двигателя оценивается по величине нарастания давления на 10 поворота коленчатого вала. Двигатель работает мягко при нарастании давления до 0,25 - 0,5 МПа на 10 поворота коленчатого вала, очень жёстко (быстрый выход из строя) при нарастании давления более 0,9 МПа.

Склонность дизельного топлива к самовоспламенению и возникновению жёсткой работы оценивают по цетановому числу. Цетановое число (ЦЧ) - это показатель воспламеняемости дизельного топлива; численно равный объёмному проценту цетана в эталонной смеси, состоящей из цетана (ЦЧ = 100) и a - метилнафталина (ЦЧ = 0), которая в условиях испытания равноценна по воспламеняемости испытуемому топливу.

Для определения самовоспламеняемости дизельного топлива необходимо подобрать такой состав эталонной смеси, при котором бы испытуемое топливо и смесь в стандартных условиях имели одинаковый период задержки самовоспламенения.

Для современных быстроходных дизелей применяют топлива с цетановыми числами 45 - 50. Применение топлив с цетановым числом менее 40 может привести к жесткой работе дизельного двигателя.

Повышение цетанового числа выше 50 нецелесообразно, так как из - за очень малого периода задержки самовоспламенения топливо не успевает распространиться по всей камере сгорания, воспламеняясь и сгорая вблизи форсунки. Поскольку наиболее удалённые от неё порции воздуха не в полной мере участвуют в процессе горения, экономичность двигателя снижается и при этом наблюдается дымление. Цетановые числа топлив могут быть повышены двумя способами: регулированием углеводородного состава или введением специальных присадок.

3.3 Показатели и свойства дизельных топлив, влияющие на подачу и смесеобразование

3.3.1 Низкотемпературные свойства

Низкотемпературные свойства дизельных топлив характеризуются двумя температурами: температурой застывания и температурой помутнения.

Температурой помутнения называют температуру, при которой топливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов н-парафиновых углеводородов или микрокристаллов льда. При этом топливо не теряет текучести. Микрокристаллы, задерживаясь на фильтрующем патроне в фильтре тонкой очистки, образуют непроницаемую для топлива парафиновую плёнку, в результате чего подача топлива прекращается.

Бесперебойная подача обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5 - 10 0С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль. Потерю подвижности нефтепродуктов вследствие образования из кристаллизующихся углеводородов каркаса или структурной сетки принято называть застыванием. Температурой застывания называют температуру, при которой дизельное топливо не обнаруживает подвижности в стандартном приборе под углом 450 в течение 1 мин. Самая низкая температура, при которой может применяться дизельное топливо, должна быть выше температуры застывания на 10 - 15 0С.

В эксплуатации низкотемпературные свойства дизельных топлив могут быть улучшены путём добавления присадок - депрессаторов или реактивного топлива.

3.3.2 Вязкостные свойства

Повышенное или пониженное значение вязкости (для топлив различных марок n20 от 1,8 до 6 мм2/с) приводит к нарушению работы топливоподающей аппаратуры, а также процессов смесеобразования и сгорания топлива.

При пониженной вязкости: в результате проникновения топлива через зазоры в плунжерной паре уменьшается цикловая подача и снижается давление впрыска; подтекание топлива через отверстия форсунки увеличивает нагарообразование; ухудшаются смазочные свойства топлива, вследствие чего, возрастает интенсивность изнашивания элементов топливной аппаратуры. Как следствие, возрастает расход топлива, падает мощность двигателя.

Повышенная вязкость топлива приводит к ухудшению качества смесеобразования, при распыливании образуются крупные капли и длинная струя с малым углом.

Возрастает продолжительность этапа испарения, топливо сгорает не полностью, увеличивается его расход, повышается нагарообразование, возникает дымление.

На процесс смесеобразования влияют также плотность топлива и поверхностное натяжение. Их роль в этом процессе как в дизельных двигателях, так и в карбюраторных одинакова.

3.3.3 Испаряемость

Испаряемость оказывает решающее влияние на протекание второй стадии смесеобразования - испарение топлива (её определяют при разгонке на стандартном аппарате).

По ГОСТ 305 - 82 испаряемость топлива, характеризуемая фракционным составом, определяется двумя температурами - выкипания 50 и 96 % топлива (t50 и t96). Температура начала кипения отечественных дизельных топлив находится в пределах 170 - 200 0С, а конца перегонки (t96) - 330 - 360 0С.

Показатель t50 в какой-то степени характеризует пусковые качества дизельных топлив. Показатель t96 указыват на содержание в топливе трудноиспаряющихся фракций, которые ухудшают смесеобразование и вызывают неполное сгорание.

3.4 Механические примеси и вода в дизельных топливах

В соответствии с ГОСТ 305 - 82 массовое содержание механических примесей и воды в топливе для быстроходных дизелей равно нулю. В соответствии с чувствительностью метода оценки, за отсутствие загрязнений принимаются содержание механических примесей до 0,005 % и воды до 0,03 % по массе.

Практика эксплуатации автомобильной техники показывает, что содержание загрязнений в топливе зачастую превышает допустимый уровень. Например на заправочных пунктах концентрация механических примесей в топливе составляет до 0,06 %, воды до 0,12 % по массе.

Заметно снизить загрязнение и уменьшить содержание воды в дизельном топливе можно лишь при длительном отстаивании (10 суток и более) его в складской таре и заборе топлива из верхних слоёв. Достаточно эффективным является и применение фильтров тонкой очистки на заправочных станциях.

3.5 Коррозионные свойства дизельных топлив

Причины коррозионности дизельных топлив те же, что и бензинов (наличие водорастворимых кислот и щелочей, органических кислот и сернистых соединений). Присутствие водорастворимых кислот и щелочей в топливе не допускается. Кислотность, согласно ГОСТ 305 - 82 не должна превышать 5 мг КОН для нейтрализации 100 мл топлива. Наличие в топливах сернистых соединений нежелательно.

В настоящее время нефтепродукты производят в основном из сернистых нефтей. Серу из дистиллятов удаляют достаточно сложным путём - каталитическим обессериванием, позволяющим снизить её содержание до 0,2 - 0,5 % (такое содержание серы допускает ГОСТ 305 - 82). Те активные органические кислоты и сернистые соединения, что непосредственно не взаимодействуют с металлами и наличие которых в небольших количествах в топливе для быстроходных дизелей допускается, являются основными "виновниками" коррозии его деталей при сгорании топлива. В результате взаимодействия сернистого и серного ангидридов с парами воды образуются агрессивные сернистая и серная кислоты. Они вызывают очень сильную химическую коррозию нижнего пояса гильзы цилиндра, а попадая с отработавшими газами в картер двигателя, смешиваются с маслом и, распространяясь по всей системе смазки, поражают подшипники, шейки валов и другие детали.

Разрушающее действие кислот нейтрализуют добавлением в дизельное масло противокоррозионных присадок, из которых наиболее эффективен нафтенат цинка. Дизельные топлива с содержанием серы более 0,2 % применяют только при условии, что двигатель работает на масле с антикоррозионной присадкой.

3.6 Ассортимент и маркировка дизельных топлив

В зависимости от условий применения по ГОСТ 305 - 82 установлены следующие марки дизельного топлива: летнее (Л), зимнее (З) и арктическое (А). Рекомендации по применению дизельных топлив сводятся к следующему: топливо марки Л можно применять при температуре окружающего воздуха 0 0С и выше, З - при -20 0С и выше (в холодной климатической зоне - при -30 0С и выше), А - при -50 0С и выше.

У зимнего топлива температура застывания не выше -45 0С, но стандарт предусматривает выработку топлива марки "З" с температурой застывания -35 0С, однако в этом случае обязательно применение депрессорной присадки. Каждая марка топлива по общему содержанию серы делится на две подгруппы: в топливах 1-й подгруппы ее должно быть не более 0,2 %, а в топливах 2 - й подгруппы - 0,4 для марки "А" и 0,5 для марок "Л" и "З". Содержание серы обязательно указывается в маркировке топлива.

3.7 Вопросы для самопроверки

1 Какими особенностями характеризуются процессы смесеобразования и сгорания в дизелях.

Перечислите основные требования, предъявляемые к качеству дизельных топлив.

Какие характерные точки и периоды можно выделить на индикаторной диаграмме, описывающей процесс сгорания в дизельном двигателе?

Какое влияние оказывает период задержки воспламенения топлива на показатели работы двигателя?

Каким образом оценивается жёсткость работы дизельного двигателя?

Каким образом оценивается самовоспламеняемость дизельного топлива?

Дайте определение показателю называемому цетановым числом.

В каких пределах находится цетановое число у дизельных топлив, применяемых для быстроходных дизелей, как влияют отклонения от нормы на показатели работы двигателя?

Какие существуют методы повышения цетанового числа?

Какими показателями характеризуются низкотемпературные свойства дизельных топлив?

Назовите основные методы улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив.

Как влияют отклонения вязкости дизельного топлива от нормы на показатели работы двигателя?

Какие свойства дизельного топлива оказывают влияние на процесс смесеобразования?

Каким образом оцениваются низкотемпературные свойства дизельного топлива?

Каким образом характеризуется испаряемость дизельных топлив?

Какое влияние оказывают показатели испаряемости дизельных топлив на эксплуатационные характеристики двигателя?

Назовите основные мероприятия, позволяющие снизить содержание воды и механических примесей в дизельном топливе.

От каких факторов зависят коррозионные свойства дизельных топлив?

Назовите основные методы нейтрализации коррозионного воздействия продуктов сгорания дизельных топлив на детали двигателя.

Каким образом классифицируются и маркируются дизельные топлива отечественного производства?

4. Альтернативные виды топлив

4.1 Газообразные топлива

В настоящее время наибольшее распространение получили два вида газообразного топлива: сжиженный нефтяной газ (СНГ) и сжатый природный газ (СПГ). Существует ещё сжиженный природный газ, но он не получил широкого распространения из-за сложности криогеннных установок, необходимых для перевода газа в жидкое состояние.

4.1.1 Сжиженные газы

Основные компоненты сжиженных газов - это пропан С3Н8, бутан С4Н10 и их смеси. Получают их из газов, выходящих из буровых скважин вместе с нефтью и из газообразных фракций, получаемых при переработке нефти.

Оба углеводорода при небольшом давлении (без охлаждения) можно перевести в жидкое состояние. К примеру, при +20 0С пропан сжижается при 0,716, а бутан - при 0,103 МПа.

Сжиженные газы хранят в баллонах, рассчитанных на рабочее давление 1,6 МПа. В таких условиях даже чистый пропан находится в жидком виде, что позволяет эксплуатировать автомобили на СНГ круглогодично на всей территории страны, кроме южных районов в летнее время (где t выше 48,5 0С). Для газобаллонных автомобилей в соответствии с ГОСТ 20448 - 90 выпускают сжиженные газы двух марок: СПБТЗ (смесь пропана и бутана техническая зимняя) и СПБТЛ (смесь пропана и бутана техническая летняя). В таблице 1 приведён состав этих газов.

Таблица 4.1 - Состав сжиженных газов

Автомобили, работающие на сжиженном газе, имеют такой же запас хода, как и автомобили, работающие на бензине. Сжиженные газы транспортируются в обычных автомобильных или железнодорожных цистернах. Заправка ими автомобилей осуществляется с помощью простых газозаправочных устройств. Автомобили, работающие на СНГ не рекомендуется запускать при температуре ниже -5 0С. При низких температурах снижается надёжность газового оборудования, запуск двигателя затруднён.

Препятствием для дальнейшего расширения применения СНГ в качестве топлива является ограниченность ресурсов сжиженного нефтяного газа и большая ценность его, как сырья для химической промышленности. Более перспективен в этом плане сжатый природный газ. Следует учитывать огромные запасы этого газа, его дешевизну и высокий уровень развития газовой промышленности.

4.1.2 Сжатые газы

Основные компоненты сжатых газов - метан СН4, окись углерода СО и водород Н2 - получают преимущественно из природных газов (возможно получение из попутных, нефтяных, коксовых и других газов).

При высокой температуре, даже при высоком давлении эти газы не могут быть сжижены: для этого необходимы низкие температуры.

Для сжатого газа применяют газобаллонные установки, рассчитанные на работу при высоком давлении - 20 МПа.

Для заправки автомобилей применяют две марки сжатого природного газа (СПГ) - А (95 % СН4 по объёму) и Б (90 % СН4 по объёму).

На автомобиле СПГ храниться в толстостенных стальных баллонах ёмкостью по 50 литров. Батарея таких баллонов имеет достаточно большой вес (около 500 кг), в результате чего снижается грузоподъёмность автомобиля. Это же обстоятельство является основным препятствием использования СПГ на легковых автомобилях. Дальность ездки на одной заправке газом значительно меньше по сравнению с заправкой бензином и не превышает 200 - 250 км.

Более перспективной считают криогенную технологию хранения СПГ на автомобиле. Это направление является этапным на пути создания водородных двигателей

СПГ воспламеняется при температуре 630 - 645 0С, что в три раза выше температуры воспламенения бензина. Это затрудняет запуск двигателя собенно при низких температурах.

4.1.3 Водород

В настоящее время всё более широко ведутся работы по применению в качестве топлива водорода, а также его смесей с бензином. Характерные особенности водорода заключаются в следующем:

• водород самый лёгкий элемент, даже в жидком состоянии он в 14 раз легче воды;
• в единице массы водород содержит в 3 раза больше тепловой энергии, чем все известные ископаемые топлива. Однако, чтобы его разместить, необходимы довольно большие объёмы;
• водород обладает способностью моментально смешиваться с другими газами и, в частности, с воздухом атмосферы;
• водород горит в газообразном состоянии с образованием паров воды. Для сжигания 1 кг водорода необходимо в 2 раза больше воздуха, чем для сжигания бензина;
• отработавшие газы при работе на водороде не содержат окиси углерода, углеводородов, окислов свинца, а окислы азота присутствуют в меньших количествах, чем при работе на бензине.

Использование водорода в чистом виде требует значительного усложнения конструкции системы питания и двигателя в целом. Но использование водорода в качестве добавки к бензовоздушной смеси не требует таких изменений. Эксплуатация автомобилей на бензоводородных смесях в условиях интенсивного городского движения позволяет экономить топливо нефтяного происхождения и при этом снизить загрязнение окружающей среды токсичными продуктами отработавших газов. Так, например, если расход бензина составлял 12,2 кг/100 км, то в данном случае он снизится до 5,5, а расход водорода составит всего 1,8 кг. При этом концентрация окиси углерода в отработавших газах снижается в 13 раз, окислов азота - в 5 раз, углеводородов - на 30 %.

Следует иметь в виду, что по стоимости водородное топливо не выше других синтетических топлив.

Основными факторами, сдерживающими широкое применение водородного топлива являются сложности, связанные с его хранением и распределением. Производство водородного топлива также связано с определёнными сложностями.

4.1.4 Преимущества и недостатки применения газовых топлив

Преимущества:

Снижается токсичность отработавших газов;

• увеличивается срок службы масла (в 2 - 2,5 раза);
• более мягкая работа двигателя (октановое число более 100);
• увеличивается моторесурс и надёжность работы двигателей;
• снижаются затраты на перевозки (низкая стоимость топлива).
• Недостатки:
• ухудшаются пусковые качества двигателей при низких температурах;
• снижаются мощность и топливная экономичность двигателя (особенно на СПГ);
• увеличивается трудоёмкость технического обслуживания;
• увеличивается стоимость автомобиля (особенно на СПГ);
• повышается пожарная опасность эксплуатации автомобилей (особенно на СНГ).
• 4.2 Синтетические спирты
• Всё большее развитие получают процессы синтеза жидкого искусственного топлива из угля, природного газа, известняка, бытовых отходов, отходов лесного хозяйства, растительных продуктов.
• Из выпускаемых промышленностью синтетических спиртов практический интерес представляет метанол. В качестве сырья для производства метанола перспективны природный газ, нефтяные остатки и более всего угль.
• Метанол и этанол при использовании их в качестве топлива для автомобильных двигателей характеризуются высоким октановым числом, меньшей по сравнению с бензинами теплотворной способностью, высокой скрытой теплотой испарения, низкой упругостью паров и температурой кипения (отсюда, однако, двойное снижение запаса хода автомобиля и ухудшение пусковых качеств двигателя). В то же время метанол, как автомобильное топливо обусловливает рост мощности и к.п.д. двигателя. При работе на нём обеспечивается снижение теплонапряжённости деталей цилиндропоршневой группы, закоксовывания и нагарообразования. К достоинствам применения чистого метанола можно отнести также ощутимое расширение пределов эффективного обеднения топливовоздушной смеси и пределов регулирования, существенное уменьшение токсичности отработавших газов. Рассмотренные достоинства метанола не позволяют тем не менее рекомендовать его к повсеместному применению, так как сохранение технико - эксплуатационных показателей автомобиля в этих условиях влечёт за собой конструктивные изменения топливной аппаратуры, двигателя и в какой - то мере самого автомобиля. Поэтому в настоящее время метанол может быть практически использован в качестве добавки к бензину.
• 4.3 Метилтретичнобутиловый эфир
• Метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ - СН3ОС4Н9) используется, как добавка к бензину. Его получают путём синтеза 65 % изобутилена и 35 % метанола в присутствии катализаторов. Положительные стороны применения МТБЭ таковы:
• возможно получение неэтилированных высокооктановых смесей;
• нет необходимости изменять регулировку топливной аппаратуры;
• облегчается фракционный состав бензинов, а следовательно, и их пусковые качества. Однако несколько возрастает опасность образования паровых пробок;
• несколько улучшаются мощностные и экономические показатели двигателя;
• снижается токсичность отработавших газов.

Возможное использование метилтретичнобутилового эфира справедливо рассматривается сегодня, как одно из перспективных направлений расширения ресурсов высокооктановых неэтилированных бензинов.

4.4 Газовые конденсаты

Газовые конденсаты (жидкие углеводороды, конденсирующиеся при нормальных условиях из природных газов) рассматриваются, как дополнительный источник сырья для получения автомобильного топлива.

Уровень физико - химических и эксплуатационных свойств газоконденсатов близок к дизельным топливам.

Считают наиболее целесообразным использовать газовые конденсаты в качестве топлива для дизелей на местах их добычи без сложной переработки.

Анализ газовых конденсатов рассматриваемых месторождений позволяет разделить их по составу на две группы: тяжёлые газовые конденсаты относительно узкого фракционного состава и лёгкие более широкого фракционного состава. Конденсаты первой группы по основным свойствам незначительно отличаются от стандартных арктических и зимних дизельных топлив, а конденсаты второй группы имеют меньшие значения плотности, вязкости, температур вспышки и застывания, чем стандартные дизельные топлива.

1 Перечислите основные виды газообразных топлив.

Назовите основные компоненты сжиженных газов.

Какие марки сжиженных газов используются в нашей стране, как автомобильное топливо?

Как изменяются технические характеристики автомобилей при переводе их на сжиженный газ?

Что является препятствием для дальнейшего расширения применения сжиженных газов, на автомобильном транспорте?

Назовите основные компоненты сжатых газов, используемых, как автомобильное топливо.

Какие марки сжатого газа применяются для заправки автомобилей, в чём их различие?

Опишите условия хранения сжатого природного газа при использовании его на автотранспорте.

Перечислите характерные особенности водорода, как автомобильного топлива?

Каковы наиболее перспективные направления использования водорода в качестве автомобильного топлива?

Назовите основные преимущества и недостатки применения газовых топлив на автомобильном транспорте.

Что является сырьём для производства синтетических спиртов?

Какие синтетические спирты являются наиболее перспективными для использования в качестве автомобильного топлива?

Назовите основные преимущества и недостатки применения синтетических спиртов в качестве автомобильного топлива.

Какие преимущества даёт применение метилтетичнобутилового эфира, в качестве добавки к автомобильным бензинам?

Какова область применения газовых конденсатов, как автомобильного топлива?

5. Смазочные масла

5.1 Общие понятия о трении и износе

Под трением (внешним) понимают сопротивление относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательной к ним. Уменьшение потерь на трение и снижение интенсивности изнашивания поверхностей деталей - основное назначение смазочных материалов.

По наличию смазочного материала различают три вида трения: трение без смазки, граничное трение и жидкостное трение.

Трение без смазки - это трение двух твёрдых тел при отсутствии на рабочих поверхностях введённого смазочного материала.

Граничное трение возникает в том случае, когда рабочие поверхности разделены слоем смазки настолько малой толщины (менее 0,1 мкм), что свойства этого слоя отличаются от объёмных свойств, а сила трения зависит только от природы и состояния трущихся поверхностей. Режим граничного трения очень неустойчив, это предел работоспособности узла трения. Поведение граничных слоёв определяется взаимодействием молекулярных плёнок масла с поверхностью металла. Установлено, что толщина и прочность граничных слоёв зависит от химического состава масла и входящих в него присадок, особенностей, химической структуры и состояния поверхностей трения.

При жидкостном трении смазочный слой полностью отделяет взаимоперемещающиеся поверхности и имеет толщину, при которой проявляются нормальные объёмные свойства масла. Сила трения в этом случае определяется лишь внутренним трением слоёв в смазочном материале. Устойчивость смазочного слоя, необходимого для жидкостного трения, зависит от следующих факторов: конструкции узла трения, скорости взаимного перемещения трущихся поверхностей, удельного давления на них, вязкости смазочного материала, площади трущихся поверхностей, величины зазора между ними, температурного состояния узла трения и др.

5.2 Основные требования к качеству масел

Основными типами смазочных масел, применяемых на автотранспорте являются моторные и трансмиссионные масла, предназначенные для смазки, соответственно, двигателей и элементов трансмиссии. Форсирование нагрузочных и скоростных режимов работы автомобилей, уменьшение удельной ёмкости систем смазки приводят к росту температуры основных деталей. Вследствии этого, требования предъявляемые к смазочным маслам постоянно ужесточаются.

Основная функция, которую выполняют смазочные масла, - это снижение трения и износа деталей за счёт создания на их поверхностях прочной масляной плёнки. Одновременно масла должны обеспечивать:

• уплотнение зазоров в сопряжениях, в первую очередь деталей цилиндропоршневой группы;
• эффективный отвод тепла от трущихся деталей;
• удаление из зон трения продуктов износа и других посторонних веществ;
• снижение вибрации и шума шестерен и защита их от ударных нагрузок;
• надёжную защиту рабочих поверхностей деталей от коррозионного воздействия продуктов окисления масла и сгорания топлива;
• предотвращение образования всех видов отложений (нагары, лаки, зольные отложения, шламы) на деталях двигателя и элементов трансмиссии при работе на различных режимах;
• высокую стабильность при окислении, механическом воздействии и обводнении, как в многообразных условиях применения, так и при длительном хранении;
• малый расход масла при работе двигателя;
• большой срок службы масла до замены без ущерба для смазываемого узла;
• минимальное воздействие на резинотехнические уплотнительные материалы, лаки краски и пластмассы.
• Для выполнения указанных функций масла должны удовлетворять ряду эксплуатационных требований:
• - обладать оптимальными вязкостными свойствами (оптимальная вязкость в области рабочих температур, пологая вязкостно - температурная характеристика, малая вязкость в области низких температур);
• иметь хорошую смазывающую способность (высокие противозадирные и противоизносные свойства);
• обладать достаточной химической стойкостью;
• обладать устойчивостью к процессам испарения, вспенивания и образования эмульсий, а также к выпадению присадок;
• надёжно защищать трущиеся поверхности и другие металлические детали от атмосферной коррозии.
• 5.3 Свойства смазочных масел
• 5.3.1 Вязкостные свойства
• Вязкость, это одно из важнейших свойств масла, имеющее многостороннее эксплуатационное значение. От вязкости в значительной мере зависит режим смазки пар трения, отвод тепла от рабочих поверхностей, уплотнение зазоров, величина энергетических потерь, быстрота запуска двигателя и прокачивание масла по системе смазки.
• С понижением температуры взаимодействие между молекулами усиливается, и вязкость масла увеличивается. Так, например, при изменении температуры от 0 до 100 0С вязкость может изменяться в 300 раз. Вязкостные свойства масел исходя из этого характеризуются в стандартах величинами вязкости при 100 0С и 0 0С (для некоторых масел при 18 0

2. Классификация и назначение автомобильных эксплуатационных материалов

Материалы, обеспечивающие работу автомобиля, называются эксплуатационными.

Основными автомобильными эксплуатационными материалами являются топлива, смазочные масла, смазки пластичные и специальные жидкости (рис. 1).

Рис. 1. Классификация автомобильных эксплуатационных материалов

Назначение:

Основное назначение всех автомобильных эксплуатационных материалов состоит в обеспечении надежности техники и сохранении возможности выполнения техникой заданных функций в течение установленного ресурса с сохранением требуемых эксплуатационных показателей.

ТОПЛИВА. Предназначены для удовлетворения энергетических потребностей двигателя путем превращения химической энергии в тепловую.

Жидкие нефтяные топлива получают при переработке нефти. Они являются основным источником энергии для современных двигателей внутреннего сгорания за счет превращения химической энергии углеводородов в тепловую. На автомобильной технике применяются два основных класса жидкого нефтяного топлива: автомобильные бензины и дизельные топлива.

Автомобильные бензины – жидкие нефтяные топлива для использования в поршневых двигателях с искровым зажиганием наземной техники.

Дизельные топлива – жидкие нефтяные топлива для использования в двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия.

Альтернативные топлива получают из нетрадиционных видов сырья.

^ СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА. Предназначены для снижения затрат энергии на трение и обеспечение надежности эксплуатации машин и механизмов. По области применения смазочные масла делятся на классы: моторные, турбинные, цилиндровые, трансмиссионные, редукторные, компрессорные, электроизоляционные, вакуумные, приборные, консервационные и специализированные. По масштабам применения на автомобильной технике и своему значению моторные и трансмиссионные масла занимают ведущее место.

^ Моторные масла. Применяются на поршневых двигателях с искровым зажиганием и дизелях для смазки коренных и шатунных подшипников, подшипников и шестерен распределительного вала, поршневых пальцев, штоков, толкателей клапанов и др.

Трансмиссионные масла. Применяются для смазки механических, гидромеханических и гидрообъемных трансмиссий.

^ СМАЗКИ ПЛАСТИЧНЫЕ. Предназначены для снижения износа трудящихся поверхностей, консервации изделий, герметизации уплотнений и соединений.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ. Предназначены для использования в качестве рабочих тел в различных гидравлических системах, в качестве теплоносителей в системах охлаждения и для других технических целей.

^ Жидкости для гидросистем. Предназначены для гидропередач, тормозных систем, амортизаторов, тормозных устройств.

Охлаждающие жидкости. Предназначены для охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

^ Технические жидкости предназначены для проведения различных технических работ, связанных с ремонтом, обслуживанием и эксплуатацией автомобиля в особых условиях.

К техническим жидкостям относятся нефтяные растворители, противокристаллизационные, противооблединительные и пусковые жидкости.

^ 3. Классификация эксплутационных свойств

В основу классификации эксплутационных свойств топлив и смазочных материалов положены определяющие их химмотологические процессы и функциональное предназначение.

Все эксплутационные свойства делят на три группы:

Свойства, определяющие надежность и эффективность применения.

Свойства, определяющие сохранение качества в условиях хранения, транспортирования и заправки.

Свойства, определяющие экологическую безопасность применения.

1)Основными эксплуатационными свойствами, определяющими надежность применения топлив и смазочных материалов, являются:

^ Для топлив: испаряемость, воспламеняемость и горючесть, склонность к образованию отложений, совместимость с конструкционными материалами, смазывающая способность и прокачиваемость;

^ Для моторных масел: смазывающая способность, склонность к образованию отложений, совместимость с конструкционными материалами, прокачиваемость;

Для трансмиссионных масел: смазывающая способность;

Для пластичных смазок: смазывающая способность и совместимость с конструкционными материалами.

2) Сохраняемость представляет эксплутационное свойство, определяющее стабильность показателей качества при хранении.

Способность топлива (смазочного материала и др.) сохранять свои начальные свойства называют стабильностью. Различают стабильность физическую и химическую.

3) Экологические свойства топлив, смазочных масел, пластических смазок и специальных жидкостей характеризуют особенности и результат их воздействия на человека и окружающую среду.

Для обеспечения экологической безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении на технике необходимо учитывать характеристики токсичных и пожаро(взрыво)- опасных свойств топлив, смазочных материалов и жидкостей.

интетические смазочные материалы состоят из молекул, в которых изменяются сложные химические процессы и обеспечивают более высокую производительность в экстремальных условиях температуры, давления и силы. Минеральные смазочные материалы состоят из молекул, присутствующих в сырой нефти, разделяются в процессе дистилляции, на нефтеперерабатывающих заводах.

различие минеральных и синтетических смазочных материалов

Основным недостатком минеральных масел является то, что их молекулы имеют различные структуры, которые могут иметь положительный или отрицательный контроль износа.

Синтетические базовые масла не содержат элементы, которые приводят к образованию шламов и других вредных компонентов нефти. Синтетические смазочные материалы могут быть использованы при высоких температурах без перерыва. Их устойчивость к разложению позволяет непрерывно пользоваться.

Благодаря химическим и физическим свойствам минеральные масла разлагаются при температуре выше 200 ° C, в то время как синтетические моторные масла разлагаются при температуре выше 300 ° C.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТОПЛИВА

(от лат. alter-другой, один из двух), получают в осн. из сырья ненефтяного происхождения, применяют для сокращения потребления нефти с использованием (после реконструкции) энергопотребляющих устройств, работающих на нефтяном топливе. Осн. виды А. т.: сжиженные и компримированные горючие газы; спирты, продукты их переработки и смеси с бензином; топливные смеси; искусств. жидкое топливо; водород (см. Водородная энергетика).

Сжиженные и компримированные горючие газы - углеводородные газы С 3 и С 4 (пропан-бутановые фракции, получаемые переработкой нефтяных попутных и прир. газов), а также метан, используемый в чистом виде и в составе прир. газа или продукта газификации твердых топлив. Осн. достоинства - высокая теплота сгорания, экология, безвредность продуктов сгорания; недостаток-необходимость применения спец. оборудования для сжижения, сжатия, хранения (при низких т-рах), распределения и транспортирования. Используются как пром. топливо и наряду со сжиженным и сжатым прир. газом как топливо для коммунально-бытовых целей.

Спирты, продукты их переработки и спиртобензиновые смеси. наиб. перспективны низшие алифатич. спирты-этанол и особенно метанол, к-рые благодаря высоким октановым числам и небольшому загрязнению атмосферы выхлопными газами могут использоваться как автомобильное топливо непосредственно или в смесях с бензином. Достоинство этанола-доступность сырьевых ресурсов (см. Этиловый спирт), метанола - горит при более низкой т-ре, чем бензин; недостатки метанола - низкая теплота сгорания (примерно вдвое меньше, чем у бензина), высокая токсичность. Интерес к метанолу быстро возрастает по след. причинам: синтез-газ, из к-рого гл. обр. производят метанол, м. б. получен конверсией любого углеродсодержащего сырья, в т. ч. прир. газа, нефтяных остатков и углей; синтез метанола освоен в крупных масштабах; из него получают высокооктановый бензин, высокооктановые добавки к нему (метил- трет -амиловый и метил- трет -бутиловый эфиры), др. виды топлив, напр. дизельные (см. также Метиловый спирт).

Для повышения детонационной стойкости топлива и, следовательно, мощности двигателей внутр. сгорания применяют гомог. смеси метанола или этанола с бензином (3-15% спирта), т. наз. спирто-бензиновые смеси. Трудная проблема при использовании этих смесей - предотвращение их расслаивания при пониж. т-рах в зимнее время (стабилизаторы смесей - высшие спирты).

Топливные смеси. Начато использование водно-топливных эмульсий (80-85% дизельного топлива, остальное-вода) для транспортных дизельных двигателей, а также метанольно-угольных, углемасляных, водно-угольных, водно-углемазутных и др. смесей вместо жидкого котельного топлива (мазута) или угля (напр., на тепловых электростанциях либо на речном транспорте). Указанные смеси легко воспламеняются, имеют высокую теплоту сгорания, хорошо перекачиваются по трубопроводам и легко распыляются топочными форсунками. Стабильность их при хранении и транспортировавши обеспечивается введением ПАВ. Масштабы применения топливных смесей определяются разницей в ценах на мазут и уголь.

Искусственное жидкое топливо. Получают переработкой (напр., гидрогенизацией, термич. растворением, полукоксованием) твердых горючих ископаемых - угля, сланцев, торфа, а также газификацией их с послед. синтезом из СО и Н 2 (см. Фишера-Тропша синтез). Кроме того, сырьем для произ-ва искусств. жидкого топлива могут служить разл. битуминозные породы (см. также Битуминозные пески, Газификация твердых топлив, Гидрогенизация угля, Полукоксование, Синтетическое жидкое топливо).

Взаимозаменяемость с зарубежными аналогами

Охлаждающие жидкости: Концентрат Mannol Antifreeze (SCT, Германия); антифриз Kuhlerfrostschutz (JB GERMAN Oil, Mannol hydraulik); концентрат Аnti-frost (BR, Великобритания).

Тормозные жидкости: Mannol SUPER DOT 4 Synthetic (SCT, Mannol hydraulik; StepUp Brake Fluid DOT 4 (США); JB German Oil Brake Fluid DOT 4

и 5.1. (Германия).

Амортизаторные жидкости: Mannol hydraulik LNM Fluid (SCT, Германия); Mannol hydraulik central (SCT, Германия).

Пусковые жидкости: Staring Fluid (Wynn,s , Бельгия).

^ 7. Правила безопасного обращения со специальными жидкостями

Этиленгликоль и его водные растворы – антифризы очень токсичны. При попадании внутрь организма они поражают нервную систему и почки. Аналогичным токсичным действием обладают тормозные жидкости на гликолевой основе: ГТЖ-22, -22М, «Нева», «Томь», «Роса» и другие. Смертельная доза этиленгликоля составляет 50 г (около 100 г антифриза). После работы с антифризом и тормозными жидкостями следует вымыть руки водой с мылом. Для предупреждения отравлений необходимо строго контролировать хранение, перевозку, расходование специальных жидкостей. На таре, где хранятся жидкости, обязательно должна быть четкая надпись «Яд»

Специальных мер защиты кожи и дыхательных путей при работе со специальными жидкостями не требуется.

^ 8. Правила транспортировки, хранения, рационального использования и утилизации эксплуатационных материалов

8.1. Правила транспортировки эксплуатационных материалов

Нефтепродукты транспортируют по магистральным нефтепроводам и нефтепродуктопроводам железнодорожным, автомобильным, воздушным, морским и речным транспортом. Нефтепродукты транспортируют в наливных судах, железнодорожных и автомобильных цистернах с внутренним маслобензостойким и паростойким защитным покрытием, удовлетворяющим требованиям электростатической искробезоспасности.

Нефтепродукты транспортируют в железнодорожных и автомобильных цистернах, оборудованных приборами нижнего налива и слива. Из железнодорожных и автомобильных цистерн нефть и нефтепродукты должны быть слиты полностью с удалением вязких нефтепродуктов с внутренней поверхности котла цистерн.

Транспортные средства и резервуары для налива масел готовят в зависимости от группы масел.

Жслезнодорожные цистерны, .подаваемые для подготовки под налив, должны сопровождаться документом, содержащим наименование слитого нефтепродукта.

Не допускается использовать железнодорожные цистерны, имеющие трафарет «Бензин», для транспортирования масел, моторного топлива. Не допускается налив нефтепродуктов свободнопадающей струей.

Нефтепродукты, упакованные в транспортную тару, следует транспортировать в контейнерах оборудованных средствами обогрева.

Перекачку различных нефтепродуктов по нефтепродуктопроводам складов нефтепродуктов следует производить в соответствии с нормами технологического проектирования складов нефтепродуктов. Прямогонный бензин и другие неэтилированные бензины следует перекачивать по отдельным нефтепродуктопроводам, предназначенным только для нефтепродуктов одной.подгруппы.

Жидкое топливо доставляется на АТП и АЗС с нефтебаз в автомобилях-цистернах. Для транспортирования и заправки топлива в полевых условиях применяют автомобили топливозаправщики, снабженные насосом и раздаточным устройством. Масла перевозят в автоцистернах, бочках или специальной таре.

^ 8.2. Правила хранения эксплуатационных материалов

Для хранения нефти и нефтепродуктов применяют различные виды хранилищ. Различают наземное, полуподземное и подземное хранение. Подземное хранение получило наибольшее распространение и имеет ряд преимуществ: менее огнеопасно, дешевле в эксплуатации, не требует для слива топлива насосных установок и, самое существенное, снижает как потери топлива от испарения, так и ухудшение его качества в процессе хранения.

Необходимо предусматривать меры, обеспечивающие полную пожарную безопасность. В местах хранения топлив нельзя пользоваться открытым огнем.

Нефтепродукты хранят в металлических резервуарах с внутренним маслобензостойким и паростойким защитным покрытием, удовлетворяющим требованиям электростатической искробезопасности.

Бензины следует хранить в резервуарах с плавающей крышей или понтоном или оборудованных газовой обвязкой в зависимости от условий эксплуатации резервуаров.

Нефтепродукты каждой марки следует хранить в отдельных резервуарах, исключающих попадание в них атмосферных осадков и пыли.

Металлические резервуары, за исключением резервуаров предприятий длительного хранения, должны подвергаться периодической зачистке. Отстой воды и загрязнений из резервуаров следует удалять не реже одного раза в год.

Застывающие нефтепродукты следует хранить в резервуарах, оборудованных стационарными или переносными средствами обогрева, обеспечивающими сохранение качества в пределах требований НТД на нефтепродукт.

Нефтепродукты в таре следует хранить на стеллажах, поддонах или в штабелях в крытых складских помещениях, под навесом или на спладированной площадке, защищенной от действия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков. Тару с нефтепродуктами устанавливают пробками вверх.

Пластичные смазки в картонных барабанах следует хранить на поддонах крышками вверх не более, чем в три яруса в крытых складских- помещениях.

Масла хранят в соответствующим образом оборудованных помещениях складах. Склад масе обычно располагается в полуподвальном помещении рядом с постом смазки, что обеспечивает слив в резервуары самотеком масел из транспортной тары и отработанных масел с постов смазки. Для каждого сорта смазочного материала предусматривают отдельную емкость. Здесь же хранят керосин, промывочные жидкости для системы смазки двигателя, тормозную жидкость и антифриз.

Технологии использования клеев и герметиков при ремонте автомобилей и их составных частей

Клеи и герметики - это составы, которые при определенных температурных или иных условиях (например, нагрев или охлаждение; полимеризация смол) способны затвердевать и прочно соединять (уплотнять разъемы поверхностей деталей) однородные или различные материалы.

Одним из наиболее известных технологических процессов с использованием клеев является наклейка тормозных накладок. В процессе эксплуатации тормозные колодки выходят из строя в основном из-за износа фрикционных накладок по толщине, вырывов, выгорания и растрескивания. Для снятия старой тормозной накладки колодку отжигают в термопечи при температуре 350 °С в течение 3 -6 ч, после охлаждения накладку сбивают ударами молотка, стараясь не оставить на поверхности колодки забоин и зазубрин. Колодку зачищают до металлического блеска, следы окалины и коррозии не допускаются. Поверхность колодки обезжиривают ацетоном и сушат в течение 10 мин. Новые фрикционные накладки зашкуривают, но не обезжиривают. На сопрягаемые поверхности колодки и тормозной накладки наносят слой клея ВС-10Т, детали выдерживают 15-20 мин. В слое клея не должно быть пузырьков воздуха. Попадание загрязнений в клеевой слой не допускается. Второй слой наносится так же, как и первый. Подготовленные колодки с накладками устанавливают в приспособление, обеспечивающее прижатие поверхностей с удельным давлением 0.2-0,5 МПа. Смещение накладок относительно колодок допускается не более 0,5 мм. Зажатые в приспособлении колодки с накладками выдерживают в термошкафу при 180 °С в течение 1-2 ч. Подтеки и наплывы клея удаляют.

Тормозные колодки с приклеенными накладками являются узлом, отвечающим за безопасность движения, поэтому склеивание этих деталей должно проводиться в условиях мастерских с обязательным контролем склеенных деталей на сдвиг. Детали должны выдерживать усилие 17 МПа.

К наиболее распространенным дефектам корпусных деталей относятся трещины и пробоины. Эти дефекты устраняют составами на основе эпоксидных смол.

Трещины ремонтируют следующим образом: определяют границы трещины, накернивают центры отверстий и просверливают на концах трещины отверстия. Снимают вдоль всей длины отверстия фаску под углом 60 70° на глубину до половины толщины стенки. Детали обезжиривают, наносят эпоксидный состав, уплотняют его шпателем, накладывают заплатку из стеклоткани на трещину так, чтобы она перекрывала трещину на 20 мм с двух сторон, и приглаживают ее роликом или шпателем. Накладка не должна отставать от поверхности детали. Наносят на накладку тонкий слой эпоксидного состава. При длине трещины до 20 30 мм накладку не применяют. При длине трещины 100 - 200 мм нужно накладывать две накладки, причем вторая должна перекрывать первую на 10-15 мм с обеих сторон, на вторую накладку гоже должен быть нанесен слой эпоксидного состава. Блоки цилиндров с трещинами более 200 мм после заделки эпоксидным составом должны быть усилены металлической накладкой, зафиксированной болтами или сваркой. При другом способе заделки трещины проваривают короткими стежками по 5-10мм через 50-80 мм и затем заполняют эпоксидным составом Отверждение состава в течение 2 сут.

Пробоины на корпусных деталях заделывают следующим образом: притупляют острые кромки пробоины, изготавливают накладку из листовой стали или стеклоткани с перекрытием на 40 - 50 мм, зачищают накладку и поверхность детали до металлического блеска, обезжиривают детали до и после зачистки. Наносят эпоксидный состав, и металлическую накладку фиксируют болтами или сваркой. Состав отверждается.

Следы рихтовки и сварные швы заделывают эпоксидной либо полиэфирной шпатлевкой ^ ПЭ-0089 или Хемпропол-П. Качество отделки и шлифуемость лучше при отделке полиэфирной шпатлевкой, чем эпоксидной. Подготовка поверхности такая же, что и при ремонте трещин.

Весьма распространенным дефектом корпусных деталей является износ или повреждение резьбовых отверстий под шпильки и болты. При ремонте резьб под шпильки внутреннюю поверхность резьб зачищают до металлического блеска, счищают следы краски и коррозии, обезжиривают и наносят клеевую композицию при зазоре до 0,3 мм. Шпильку соединяют с алюминиевым корпусом с помощью эпоксидной композиции. Для ремонта изношенных или поврежденных резьб под болты применяют ввертыши. Диаметр отверстия под ввертыш определяют по специальным таблицам.

Аналогичным образом восстанавливается ослабление посадок при сопряжении деталей типа корпус подшипник, вал - подшипник и т. д. При зазоре 0,1 мм применяется состав без наполнителей, при зазоре более 0,1 мм изготавливают ремонтную втулку со скользящей посадкой. Шероховатость обработанной поверхности должна соответствовать 4 классу чистоты. Кроме эпоксидных составов для восстановления резьб и посадок могут быть применены полиэфирные композиции и герметики анаэробного отверждения.

Анаэробные герметики «Унигерм 6» и «Анатерм 8К» являются высокоэффективным средством против ослабления и самоотвинчивания резьбовых соединений под действием вибрации и ударных нагрузок. Технология применения анаэробных герметиков следующая. Детали обезжиривают и высушивают. Герметик наносят из флакона на 2-3 нитки резьбы и узел собирают. Детали выдерживают до полной полимеризации герметика около 6 ч.

При проколе или порезе камеры ее ремонтируют холодным или горячим, способом. Для этого демонтируют шину, вынимают камеру, накачивают ее воздухом и затем, опуская в воду, определяют место прокола. Поверхность камеры вокруг поврежденного места очищают от пыли и грязи, рашпилем или металлической щеткой, протирают ацетоном или авиационным бензином. Если поврежденное место имеет неровные края, кромки необходимо обрезать. Таким же образом готовят поверхность резиновой заплаты. На подготовленную поверхность наносят тонкий слой резинового клея, дают просохнуть в течение 15-20 мин и наносят второй слой клея. После высыхания клея накладывают заплату на подготовленное место, разглаживают ее в направлении от середины к краям и плотно прижимают каким либо грузом. Через 20 - 30 мин снимают груз, накачивают камеру воздухом и проверяют на слух или в воде. Если воздух не проходит, шину можно монтировать. В качестве клея лучше всего использовать самовулканизирующийся резиновый клей из аптечки типа РПД.

Коррозия автомобилей в процессе эксплуатации

1.1.Основные виды коррозии и их краткая характеристика

Коррозия- это разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.

а) Химическая коррозия металлов протекает в сухих газах и электролитах т.е в тех средах, которые не проводят электрический ток. Примером химической коррозии является газовая коррозия выпускного тракта автомобильного двигателя при взаимодействии металла с отработавшими газами в зоне высоких температур.

б) Электрохимическая коррозия протекает при соприкосновении металла с электролитом, При электрохимической коррозии возникает электрический ток, который протекает как в металле, так и в растворе электролита, образующих замкнутую цепь, подобно короткозамкнутому гальваническому элементу. Электрическая коррозия охватывает все виды коррозионного разрушения автомобиля, среди которых наибольшее распространение имеет атмосферная коррозия.

Незащищенная поверхность металла адсорбирует из окружающей среды окислительные компоненты – молекулы кислорода, оксидов углерода серы, хлора и другие. Образуется оксидная пленка, которая на воздухе всегда содержит конденсированную влагу. Толщина пленки может быть различной в зависимости от температуры, влажности воздуха и других атмосферных условий. В условиях сухой атмосферы происходит химическое взаимодействие металла с кислородом и другими газообразными реагентами из воздуха. Как правило, сухая атмосферная коррозия приводит к потускнению поверхности металла, не вызывая его разрушения. Железо и сталь в сухой атмосфере не корродируют даже при наличии агрессивных газов.

По характеру развития коррозия на металлической поверхности может быть сплошной или местной. Сплошная коррозия развивается на больших плохо защищенных поверхностях. Местная коррозия поражает поверхность металла на отдельных участках.

По виду коррозионного поражения металла местную коррозию можно разделить на:

коррозию пятнами – диаметр поражения больше глубины;

язвенную коррозию – диаметр и глубина поражения примерно одинаковые

точечную или питтинговую коррозию – диаметр поражения меньше его глубины;

сквозную коррозию

Различают также виды местной коррозии по ее локализации и конструкции автомобиля:

усталостная- в местах, подверженных одновременному воздействию агрессивной среды и знаком переменных нагрузок;

контактная – в местах контакта разнородных металлов;

щелевая – в узких щелях и зазорах;

подпленочная – под лакокрасочными и полимерными покрытиями.

Последние два вида коррозии являются наиболее распространенными при эксплуатации автомобиля.

^ Щелевая коррозия развивается в узких зазорах и щелях, в которых происходит усиленная капиллярная конденсация влаги, фиксируются дорожные загрязнения. Разрушение происходит на анодных участках поверхности, находящихся внутри щели. Наружные участки щелевого соединения со свободным доступом кислорода воздуха играют роль катода. Скрытый характер щелевой коррозии не позволяет выявить ее на ранних стадиях, что может привести к значительной коррозионным повреждениям.

^ Подпленочная коррозия может проявляться в виде отдельных вздутий лакокрасочного покрытия или в виде паутинообразной сети нитей под покрытием – так называемая нитевидная коррозия. В этих случаях продукты коррозии металла, как правило, не поступают на поверхность покрытия, что затрудняет визуально обнаружения очага коррозии. Нитевидная коррозия достаточно быстро растет от центра очага коррозии во всех направления, не вызывая глубоких разрушений металла, в центре очага металла разрушается в глубь, вплоть до сквозного поражения.

Подпленочная коррозия развивается также в местах механических повреждений лакокрасочных покрытий. Через сколы, царапины, микро и макротрещины в покрытии влага и атмосферные загрязнения получают доступ к поверхности металла. Эти участки становятся анодными по отношению к примыкающей поверхности, и разрушение металла происходит достаточно быстро, образуя видимые продукты коррозии – ржавчину. Анодными участками могут быть также поверхности с уменьшенной толщиной лакокрасочного покрытия, даже при отсутствие его дефектов. Подпленочная коррозия в этих случаях протекает медленнее.

По степени поражения коррозию, встречающуюся на автомобилях, можно условно разделить на основные типа - косметическая, проникающая и структурная.

Косметическая коррозия появляется на наружных, видимых поверхностях. Она ухудшает внешний вид автомобиля, но не влияет на его эксплуатационные качества. Однако если не предпринять своевременных меркосметическая коррозия может развиваться в проникающую.

1. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ТОПЛИВА 1.1. Автомобильные бензины Основные виды топлива для автомобилей - продукты переработки нефти - бензины и дизельные топлива. Они представляют собой смеси углеводородов и присадок, предназначенных для улучшения их эксплуатационных свойств. В состав бензинов входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 "С, а в состав дизельных топлив - углеводороды, выкипающие в пределах 180...360 "С. Бензины в силу своих физико-химических свойств применяются в двигателях с принудительным зажиганием (от искры). Более тяжелые дизельные топлива вследствие лучшей самовоспламеняемости применяются в двигателях с воспламенением от сжатия, т.е. дизелях. К автомобильным бензинам предъявляются следующие требования: бесперебойная подача бензина в систему питания двигателя; образование топливовоздушной смеси требуемого состава; нормальное (без детонации) и полное сгорание смеси в двигателях; обеспечение быстрого и надежного пуска двигателя при различных температурах окружающего воздуха; отсутствие коррозии и коррозионных износов; минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах, камере сгорания; сохранение качества при хранении и транспортировке. Для выполнения этих требований бензины должны обладать рядом свойств. Рассмотрим наиболее важные из них. Карбюр анионные свойства. Бензин, подаваемый в систему питания смешивается с воздухом и образует топливовоздушную смесь. Для полного сгорания необходимо обеспечить однородность смеси с определенным соотношением паров бензина и воздуха. На протекание процессов смесеобразования влияют следующие физико- химические свойства. Плотность топлива - при +20 "С должна составлять 690...750 кг/м. При низкой плотности поплавок карбюратора тонет и бензин свободно вытекает из распылителя, переобогащая смесь. Плотность бензина со снижением температуры на каждые 10 "С возрастает примерно на 1%. Вязкость - с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до -40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20...30%. Испаряемость - способность переходить из жидкого состояния в газообразное. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе. Давление насыщенных паров - чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом - до 670 ГПа и зимой - от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах. Низкотемпературные свойства - характеризуют работоспособность топливоподающей системы зимой. При низких температурах происходит выпадение кристаллов льда в бензине и обледенение деталей карбюратора. В бензине в растворенном состоянии находится несколько сотых долей процента воды. С понижением температуры растворимость воды в бензине падает, и она образует кристаллы льда, которые нарушают подачу бензина в двигатель. Сгорание бензина. Под "сгоранием" применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500...2400 °С. Теплота сгорания (теплотворная способность) - количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или твердого и м3 газообразного топлива (табл. 17.1). Таблица 1.1 Теплота сгорания различных топлив |Топливо |Теплота сгорания, кДж/кг | |Бензин Дизельное |44000 42 700 26000 | |топливо Спирт этиловый | | От теплоты сгорания зависит топливная экономичность: чем выше теплота, тем меньше топлива необходимо для м смеси. Нормальное и детонационное сгорание. При нормальном сгорании процесс протекает плавно с почти полным окислением топлива и скоростью распространения пламени 10...40 м/с. Когда скорость распространения пламени возрастает и достигает 1500...2000 м/с, возникает детонационное сгорание, характеризующееся неравномерным протеканием процесса, скачкообразным изменением скорости движения пламени и возникновением ударной волны. Детонация вызывается самовоспламенением наиболее удаленной от запальной свечи части бензино-воздушной смеси, горение которой приобретает взрывной характер. Условия для детонации наиболее благоприятны в той части камеры сгорания, где выше температура и больше время пребывания смеси. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков - результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн. Возникновению детонации способствует повышение степени сжатия, увеличение угла опережения зажигания, повышенная температура окружающего воздуха и его низкая влажность, особенности конструкции камеры сгорания. Вероятность детонационного сгорания топлива возрастает при наличии нагара в камере сгорания и по мере ухудшения технического состояния двигателя. В результате детонации снижаются экономические показатели двигателя, уменьшается его мощность, ухудшаются токсические показатели отработавших газов. Бездетонационная работа двигателя достигается применением бензина с соответствующей детонационной скоростью. Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются по детонационной стойкости. Наименее стойки к детонации нормальные парафиновые углеводороды, наиболее - ароматические. Остальные углеводороды входящие в состав бензинов, по детонационной стойкости занимают промежуточное положение. Варьируя углеводородным составом, получают бензины с различной детонационной стойкостью, которая характеризуется октановым числом (04). 04 - это условный показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию (по объему) изооктана в смеси с нормальным гептаном, равноценной по детонагщонной стойкости испытуемому топливу. Для любого бензина октановое число определяют путем подбора смеси из двух эталонных углеводородов (нормального гептана C7Hi6 с 04=0 и изооктана С^Н^ с 04=100), которая по детонационным свойствам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за 04 бензина. Определение 04 производится на специальных моторных установках. Существуют два метода определения 04 - исследовательский (04И - октановое число по исследовательскому методу) и моторный (04М - октановое число по моторному методу). Моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы двигателя и его высокой теплонапряженности, а исследовательский - при эксплуатации в условиях города, когда работа двигателя связана с относительно невысокими скоростями, частыми остановками и меньшей теплонапряженностью. Наиболее важным конструктивным фактором, определяющим требования двигателя к октановому числу, является степень сжатия. Повышение степени сжатия двигателей автомобилей позволяет улучшить их технико-экономические и эксплуатационные показатели. При этом возрастает мощность и снижается удельный расход топлива. Однако с увеличением степени сжатия необходимо повышать октановое число бензина. Поэтому важнейшим условием бездетонационной работы двигателей является соответствие требований к детонационной стойкости двигателей октановому числу применяемых бензинов. В топлива, детонационная стойкость которых не соответствуют требованиям, добавляют высокооктановые компоненты (бензол, этиловый спирт) или антидетонаторы. Антидетонаторы. Несколько, десятилетий применяют тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ^СзЬ^д в сочетании с веществами, обеспечивающими отсутствие отложений окислов свинца в камере сгорания, так называемыми выносителями. Например, в 1 кг бензина А-76 содержится 0,24 г ТЭС. В чистом виде ТЭС не применяют, а используют этиловую жидкость (ЭЖ), состоящую из ТЭС, выносителей и красителей. ТЭС ядовит, поэтому искусственное окрашивание бензина, предупреждает об опасности. Добавлением ЭЖ увеличивают 04 на 8...12 единиц. Главный недостаток ТЭС - ядовитость. Ведутся исследования по созданию антидетонаторов на основе марганца. Один из них - циклопентадиенилтрикарбонил марганца -широко не применяется, так как отсутствует эффективный выноситель для него. Для определения детонационной стойкости бензинов, полученных смешением двух марок с различными октановыми числами (по моторному методу), используется формула: ОЧ=ОЧ„+Дп(ОЧв-ОЧн)/100, (17.1) где ОЧц и ОЧв - октановые числа (по моторному методу) соответственно низко- и высокооктанового бензина; Дв - доля высокооктанового бензина в смеси, %. Следует обратить внимание на то, что октановое число бензина АИ-93 по моторному методу составляет не менее 85, а бензина А-76 по исследовательскому методу - 80...82. Отечественная промышленность выпускает бензины следующих марок; А-76, А-80, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Маркировка бензинов включает одну или две буквы и цифру: буква «А» - бензин автомобильный, «И» - исследовательский метод определения 04 (если нет «И» - то моторный), цифра указывает на октановое число. Автомобильные бензины, за исключением марки АИ-98, подразделяются на виды: летний - для применения во всех районах, кроме северных и северовосточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всего года; зимний - для применения в течение всех сезонов в северных и северо- восточных районах; в остальных районах - с 1 октября до 1 апреля. В промышленно развитых странах применяется в основном четыре типа бензинов: обычный неэтилированный с 04=92..95, обычный этилированный с 04=92..95, «Супер» неэтилированный с 04=96..98, «Супер» этилированный с 04=96..98. В"разных странах они называются по-разному, но, зная возможные варианты, можно всегда определить, к какому типу относится тот или иной бензин. Например, в Германии используют следующие бензины: «Bleifrei» (дословный перевод «без свинца») с 04=95, «Verbleit» (дословный перевод «со свинцом») с 04=95, «Super bleifrei» с 04=96..98, «Super verbleit» с 04=96...98, «Super plus bleifrei» с 04=98. 1.2. Дизельные топлива Дизельные двигатели в силу особенностей рабочего процесса на 25...30% экономичнее бензиновых двигателей, что и предопределило их широкое применение. В настоящие время они устанавливается на большинство грузовых автомобилей и автобусов, а также на часть легковых. Эксплуатационные требования к дизельным топливам (ДТ): бесперебойная подача топлива в систему питания двигателя; обеспечение хорошего смесеобразования; отсутствие коррозии и коррозионных износов; минимальное образование отложений в выпускном тракте, камере сгорания, на игле и распылителе форсунки; сохранение качества при хранении и транспортировке. Наиболее важными эксплуатационными свойствами дизельного топлива являются его испаряемость, воспламеняемость и низкотемпературные свойства. Испаряемость топлива определяется (^р^ционным составом. При облегчении топлива ухудшается пуск дизелей, так как легкие фракции имеют худшую по сравнению с тяжелыми фракциями самовоспламеняемость. Поэтому пусковые свойства дизельных топлив для автомобилей в некоторой степени определяет температура выкипания 50% топлива. Температура выкипания 96% топлива регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов. Воспламеняемость ДТ характеризует его способность к самовоспламенению в камере сгорания. Это свойство в значительной мере определяет подготовительную фазу процесса сгорания - период задержки воспламенения, который в свою очередь складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешение паров потлива с воздухом (физическая составляющая), а также времени, необходимого для завершения предпламенных реакций и формирование очагов самовоспламенения (химическая составляющая). Физическая составляющая времени задержки воспламенения зависит от конструктивных особенностей двигателя, а химическая - от свойств применяемого топлива. Длительность периода задержки воспламенения существенно влияет на последующее течение всего процесса сгорания. При большой длительности периода задержки воспламенения увеличивается количество топлива, химически подготовленного для самовоспламенения. Сгорание топливовоздушной смеси в этом случае происходит с большей скоростью, что сопровождается резким нарастанием давления в камере сгорания. В этом случае дизель работает «жестко». «Жесткость» работы оценивают по нарастанию давления на 1° поворота коленчатого вала (KB). Двигатель работает мягко при нарастании давления 2,5...5,0 кгс/см" на 1" поворота KB, жестко - при 6...9 кгс/см, очень жестко - при нарастании давления более 9 кгс/см2. При жесткой работе поршень подвергается повышенному ударному воздействию. Это ведет к повышенному износу деталей кривошипно-шатунного механизма, снижает экономичность двигателя. Склонность ДТ к самовоспламенению оценивают по цетановому числу (ЦЧ). ЦЧ - это условный, показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный объемному проценту цетана в эталонной смеси с альфаметилнафталином, которая равноценна, по воспламеняемости испытуемому топливу. Для определения ЦЧ составляют эталонные смеси. В их состав входят цетан С|^Нз4 и а-метилнафталин СцНю. Склонность цетана к самовоспламенению принимают за 100 единиц, а альфаметилнафталина -за 0 единиц. Цетановое число смеси, составленной из них, численно равно процентному содержанию (по объему) цетана. Оценку самовоспламеняемости ДТ производят аналогично методу оценки детонационной стойкости бензйнов. Образец сопоставляется с эталонными топливами на одноцилиндровых двигателях ИТ-9. Самовоспламеняемость ДТ влияет на их склонность к образованию отложений, легкость пуска и работу двигателя. Для современных быстроходных дизелей применяются топлива с ЦЧ=45...50. Применение топлив с ЦЧ ниже 40 ведет к жесткой работе двигателя. Повышение ЦЧ выше 50 нецелесообразно, т.к. из-за малого периода задержки самовоспламенения топливо сгорает, не успев распространиться по всему объему камеры сгорания. При этом воздух, находящийся далеко от форсунки, не участвует в горении, поэтому топливо сгорает не полностью. Экономичность дизеля ухудшается, наблюдается дымление. ЦЧ влияет на пусковые качества ДТ. При высоких ЦЧ время пуска снижается, особенно при низких температурах. ЦЧ может быть повышено двумя способами: регулированием углеводородного состава и введением специальных присадок. 1-й способ. В порядке убывания ЦЧ углеводороды располагаются следующим образом: нормальные парафины - изопарафины - нафтены -ароматические. ЦЧ можно существенно повысить, увеличивая концентрацию нормальных парафинов и снижая содержание ароматических. 2-й способ более эффективен. Вводят специальные кислородосодержащие присадки - органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты и др. Эти присадки являются сильными окислителями и способствуют зарождению и развитию процесса горения. Пример: добавление 1% изопропилнитрата повышает ЦЧ на 10...12 единиц. Кроме того, эта присадка улучшает пусковые качества при низкой температуре и снижает нагарообразование. Низкотемпературные свойства. При низких температурах высокоплавкие углеводороды, прежде всего нормальные парафины, кристаллизуются. По мере понижения температуры дизельное топливо проходит через три стадии; вначале мутнеет, затем достигает так называемого предела фильтруемости и, наконец, застывает. Связано это с тем, что сначала в топливе появляются разрозненные кристаллы, которые оседают на фильтрах и ухудшают подачу топлива. При дальнейшем охлаждении теряется подвижность нефтепродуктов вследствие образования из кристаллизующихся углеводородов каркаса. Показатели, характеризующие начало кристаллизации углеводородов в топливе и потерю их подвижности стандартизованы. Температурой помутнения называют температуру, при которой топливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов углеводородов и льда. Бесперебойная работа двигателя обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5...10 °С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль. Температурой застывания называют температуру, при которой ДТ теряет подвижность, что определяют в стандартном приборе, наклоненном под углом 45° к горизонтали, в течение 1 мин. Дизель работает бесперебойно при температуре застывания топлива на 5...10 °С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль. На нефтеперерабатывающих заводах температуру помутнения и температуру застывания понижают удалением избытка высокоплавких углеводородов (депарафинизация). В эксплуатации такого же эффекта добиваются добавлением реактивного топлива. Например, при добавке 25% топлива Т-1 температура застывания летнего ДТ снижается на 8...12 °С. Низкотемпературные свойства ДТ могут быть улучшены путем добавления присадок-депрессаторов (присадка "А", АзНИИ-ЦИАТИМ-1, полиметакрилат "Д"). Ассортимент ДТ: ДЛ - дизельное летнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже 0 "С; ДЗ - дизельное зимнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -30 "С; ДА - дизельное арктическое - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -50 "С. Таблица 1.1 Требования к дизельным топливам |Показатели |ДЛ |ДЗ |ДА | |Цетановое число, не менее 45 45 45 | |Температура застывания (°С), не выше -10 -45 -55 | |Температура помутнения ("С), не выше -5 -35 | |Температура вспышки ("С), не ниже 50 35 30 | Таблица 1.2 Эффективность депрессорных присадок |Состав |Изготовитель присадки|Показатели | | | | | | | |Я 0й 0. |с. ^ |^ ^ 1 | | | |^ |&. 5 |и. 5 g S| | | |^§ |>1 ПЗ 0 | | | | |g-ё |- С; s |^ | | | |1^ |IIIй |E- rt эт| | | |" s |2 с S | | | | |(- 0 |^ § | | | | |с |-9- | | |ДЛ (без присадок) |- |-5 |-7 |-13 | |ДЛ + «STP Diesel Anti |First Brands Corp. |-7 |-15 |-22 | | |(США) | | | | |Gel» | | | | | |ДЛ+«К&УАп1;Ое1» |K&W Prod. (США) |-6 |-18 |-28 | |Jet go Diesel Fuel |Jet go Products Inc. |-6 |-18 |-25 | |Conditioner |(США) | | | | |Wynn"s Ice proof for |Wynn"s Belgium N.V. |-6 |-10 |-22