АЭМ. Курс лекций по дисциплине аэм лекция 1 Введение

• Название: Курс лекций по дисциплине аэм лекция 1 Введение
• Дата: 29.11.2021
• Размер: 410.67 Kb.
• Имя файла: №1-7.docx
• Тип: Курс лекций; #285372

Часть I. Курс лекций по дисциплине АЭМ

Лекция 1

Введение

Иметь представление о содержании дисциплины, целях её изучения, требованиях, предъявляемых к будущему специалисту-автомеханику, понятие о химмотологии, показателях качества и эксплуатационных свойствах ГСМ и о паспорте на ГСМ и специальные жидкости.

Роль и значение дисциплины «АЭМ»
Дисциплина «Автомобильные эксплуатационные материалы (АЭМ)» является одной из основных дисциплин по специальности «ТО и ТР автомобильного транспорта».

Автомобильные эксплуатационные материалы – это материалы, которые используются при изготовлении, эксплуатации и ремонте автомобильного транспорта. К ним относят горючесмазочные материалы (ГСМ), специальные жидкости и конструкционно-ремонтные материалы. ГСМ - это бензин, ДТ, альтернативное топливо, масла и пластичные смазки. К специальным жидкостям относят охлаждающие, пусковые, тормозные, амортизаторные жидкости. Конструкционно-ремонтные материалы – это резиновые, уплотнительные, обивочные, изоляционные и защитные материалы.

Базовыми знаниями при изучении данной дисциплины являются знания, полученные при изучении дисциплины «Автомобили», в свою очередь, знание дисциплины «АЭМ» необходимо при изучении «ТО и ТР автомобильного транспорта». Сведения, полученные при изучении этой дисциплины, необходимы специалистам автомобильного транспорта также для организации рационального использования материалов и позволяют решать конкретные задачи использования как отечественных, так и зарубежных автомобильных материалов.

Будущие специалисты- автомеханики должны:

1.Иметь представление:

• 
  О видах автомобильного топлива,
  
• 
  О смазочных материалах,
  
• 
  О специальных жидкостях,
  
• 
  О конструкционно-ремонтных материалах (резиновых, лакокрасочных, уплотнительных, изоляционных, обивочных материалах, используемых при изготовлении и ремонте автомобилей)
  

2.Знать:

• 
  Способы получения автомобильных топлив и смазочных материалов,
  
• 
  Марки бензинов, ДТ, виды альтернативных топлив,
  
• 
  Свойства топлива, влияющие на работу топливной системы,
  
• 
  Классификацию масел, смазок, специальных жидкостей,
  
• 
  О роли экономного расхода топлива, смазочных материалов,
  
• 
  О ТБ и ООС при использовании автомобильных эксплуатационных материалов.
  

3.Уметь:

• 
  Определять качество топлива, смазочных материалов и специальных жидкостей и давать рекомендации по их использованию,
  
• 
  Определять необходимое количество топлива, подбирать топливо, смазочные материалы и специальные жидкости.
  

Понятие о химмотологии
Эффективность и надёжность эксплуатации автомобиля зависит не только от его конструкции, но также и от того, насколько удачно подобраны топливо, смазочные материалы и специальные жидкости. Поэтому появилась потребность в научном обосновании применения ГСМ. Так возникла новая наука – химмотология, которая и легла в основу дисциплины «АЭМ» Химмотологиязанимается изучением эксплуатационных свойств и показателей качества ГСМ, а также теорией и практикой их рационального применения. Задачи химмотологии заключаются в следующем:

• 
  Обоснование оптимальных требований к качеству ГСМ
  
• 
  Усовершенствование технических характеристик двигателей и автомобилей
  
• 
  Создание новых сортов ГСМ
  
• 
  Выявление оптимальных условий, обеспечивающих уменьшение потерь и сохранение качества ГСМ при хранении, транспортировке и применении.
  

Показатели качества и эксплуатационные свойства ГСМ
Качество ГСМ - совокупность свойств, характеризующих их пригодность для применения. Степень пригодности и эффективность применения определяют уровень качества ГСМ. Повышение уровня качества, связано с дополнительными затратами, не всегда экономически оправданными. Поэтому каждый продукт (например, топлива и масла для определённого вида двигателей) имеют оптимальный уровень качества, который обеспечивает наибольшую степень пригодности при минимальных затратах на их производство и применение. Оптимальный уровень качества устанавливается исходя из требований потребителя, технических возможностей и затрат на производство.

К показателям качества и эксплуатационным свойствам относят:

1. 
   Плотность – отношение массы вещества к его объёму.
   
2. 
   Вязкость – свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой.
   
3. 
   Температура застывания – температура, при которой вещество теряет подвижность.
   
4. 
   Температура плавления температура, при которой вещество переходит из твёрдого состояния в жидкое.
   
5. 
   Температура вспышки – температура, при которой смесь паров топлива или масла с воздухом вспыхивает от контакта с огнём. (Температура вспышки масла 135 – 330 ^оС, ДТ – около 100^оС).
   
6. 
   Температура воспламенения – температура, при которой происходит не только вспышка, но и продолжается горение вещества.
   
7. 
   Температура самовоспламенения – температура, при которой вещество загорается от контакта с воздухом без источника огня. Самовоспламенение может иметь место при нарушении герметичности. (Температура самовоспламенения бензинов около 400 ^оС).
   
8. 
   Химическая стабильность – это способность сохранять химический состав и цвет при хранении, транспортировке и применении. Цвет топлива и масел зависит от наличия в них непредельных углеводородов, которые способны окисляться (даже без контакта с кислородом) до образования смолистых соединений. Именно они придают цвет топливу. Чем их больше, тем темнее топливо. Смолистые соединения ухудшают качество топлива, т. к. оседают на деталях системы подачи топлива, а попадая в КС, вместе с несгоревшим топливом образуют нагар. Качественное топливо имеет светлый оттенок.
   
9. 
   Физическая стабильность – это способность вещества не испаряться при хранении, транспортировке, применении и не кристаллизоваться (не замерзать) при низких температурах.
   
10. 
    Коррозионная активность – это способность вызывать коррозию трубопроводов, топливных баков, деталей карбюраторов и двигателей.
    

Понятие о паспорте на ГСМ

Паспорт-это документ, подтверждающий качество ГСМ (см. Приложение 3).

Раздел 1. Автомобильные топлива

Лекция 2

Тема 1.1. Общие сведения о топливах

Иметь представление о назначении топлив, о теплоте сгорания

Знать классификацию топлив по происхождению, агрегатному состоянию, элементному составу.

Знать состав нефти и способы получения автомобильных топлив и масел из нефти.
Классификация топлива

Топливо классифицируют по следующим показателям:

1.По происхождению:

• 
  естественное;
  
• 
  искусственное.
  

2.Поагрегатному состоянию:

• 
  твёрдое;
  
• 
  жидкое;
  
• 
  газообразное.
  

3.По элементному составу:

• 
  І класс. В химический состав входит углерод;
  
• 
  ІІ класс. В химический состав входит углерод и водород;
  
• 
  ІІІ класс. В химический состав входит углерод, водород и кислород.
  

Таблица 2.1

Основные виды топлива

Топливо	Естественное	Искусственное
Твёрдое	Ископаемые угли, горючие сланцы, торф, древесина.	Каменноугольный кокс, древесный уголь, торфяной кокс, полукокс
Жидкое	Нефть	Бензин, лигроин керосин, дизельное топливо (солярка, газойль), бензол, спирты.
Газообразное	Газ природный и газы, сопутствующие добыче нефти и других ископаемых	Доменный газ, коксовый газ, смешанные газы нефтеперерабатывающих заводов.

Таблица 2.2

Классификация топлива по элементному составу

Класс	Виды топлива
І	Все виды кокса и древесный уголь
ІІ	Нефть, нефтепродукты, газообразные углеводороды
ІІІ	Древесина, ископаемый уголь, смешанный газ

Основными элементами топлива, которые при сгорании выделяют теплоту, являются углерод и водород. Кислород и азот не выделяют тепла. Помимо внутреннего балласта (кислорода и азота) в топливе также имеется и внешний балласт – минеральные примеси и вода. При сгорании топлива вода испаряется, а минеральные примеси частично разлагаются, а их основная масса образует золу.

Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива (Q) (энергоёмкость) служит для оценки экономической эффективности любого топлива. Теплотой сгорания называют количество теплоты, которое выделилось при полном сгорании 1 кг твёрдого или жидкого и 1 м³ газового топлива.

Единицей измерения теплоты служит кДж или ккал. (1 ккал = 4,1867 Дж.).

Различают высшую Q_В и низшую Q_Н теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания – это максимально возможное количество теплоты, полученное расчётным или экспериментальным способом, при этом учитывается и теплота, идущая на конденсацию паров воды. Низшая теплота сгорания Q_Н не учитывает теплоту конденсации паров воды и всегда меньше высшей Q_В на то количество тепла, которое было затрачено на испарение воды.

Для двигателей пользуются значениями Q_Н., т.к. продукты сгорания отводятся из цилиндров при температурах значительно больших, чем температура конденсации паров воды.

(2.1) Qн = 4,187К −2015⋅ρ ,

 20  о

где К – коэффициент, зависящий от плотности бензина при 20 С,

Для разных марок Q_Н практически одинакова: Q_Н = 43,5… 44,5 МДж/кг

Нефть и её состав.
Нефть – это основное сырьё для производства различного вида топлив и масел. Нефть и нефтепродукты состоят из:

• 
  Углерода (83 %)
  
• 
  Водорода (12 %)
  
• 
  Серы (3 %)
  
• 
  Азот и кислород (2%)
  

То есть, основу нефти составляют углеводороды – парафиновые, нафтеновые, ароматические.

Парафиновые углеводороды, в составе которых от 1 до 4 атомов углерода, – это газы: метан, этан, пропан, бутан, изобутан. Их преимущество – высокая детонационная стойкость (ОЧ = 100). Если в составе парафиновых углеводородов от 5 до 15 атомов углерода, то это бензин и ДТ. Наличие парафиновых углеводородов нежелательно в бензинах, так как они легко детонируют , а при низких температурах замерзают. В бензинах желательно наличие изопарафиновых углеводородов, так как они устойчивы к действию кислорода при высоких температурах, т. е. такие бензины отличаются высокой химической стабильностью.

Наличие нафтеновых углеводородов (циклогексан) желательно в топливе для карбюраторных двигателей и в зимних сортах ДТ

Ароматические углеводороды (бензол) желательны для бензина, так как их наличие повышает детонационную стойкость бензина и нежелательны в ДТ, т.к. обладают низкой воспламеняемостью.

Наличие соединений серы в топливе нежелательно, так как при увеличении серы в топливе мощность двигателя падает, увеличивается расход топлива. Кроме того, при сгорании топлива образуется серный ангидрид, который содержится в выхлопных газах, и наносит вред окружающей среде, а содержащийся в топливе сероводород и меркаптан вызывают коррозию топливной системы.

Содержание в топливе соединений кислорода ограничивается ГОСТом, так как наличие кислорода в топливе также приводит к коррозии.
Способы получения автомобильных топлив и масел из нефти.
Автомобильные топлива и масла получают двумя способами:

1. 
   Прямая перегонка.
   
2. 
   Крекинг.
   

1.Прямая перегонка нефти или дистилляция (стекание каплями) – это разделение нефти на фракции, отличающиеся по составу. Фракция – составная часть нефти с одинаковыми свойствами (температурой кипения, плотностью), которая выделяется при перегонке.

Рисунок 2.1. Принципиальная схема прямой перегонки бензина в атмосферно-вакуумной установке

1 – трубчатая печь; 2 – теплообменник; ректификационная колонна; 4 – конденсатор; 5 – сепаратор; 6 – сборник соляра; 7 – вакуумная колонна.
Принцип прямой перегонки нефти (см. рис 2.1) заключается в следующем:

1. 
   Нефть нагревается до температуры 330 – 350 ^оС в трубчатой печи 1. Здесь образуется смесь паров нефти и неиспарившегося жидкого остатка;
   
2. 
   Далее пары нефти и жидкий остаток направляются в ректификационную колонну 3 с теплообменниками 2. В колонне происходит разделение паров нефти на фракции (бензин, лигроин, керосин, газойль, солярку).
   
3. 
   Неиспарившийся жидкий остаток отделяется от паров и в виде мазута (60 -80 % от массы нефти) отводится в трубчатую печь 1 и в вакуумную колонну 7 для получения масел.
   
4. 
   В вакуумной колонне происходит разделение мазута на составляющие фракции (лёгкие, средние, тяжёлые масла и масла для двигателей), а оставшийся в результате переработки мазута гудрон отправляется потребителю.
   

Итак, в результате прямой перегонки получают такие нефтепродукты, как:

• 
  Бензин (температура кипения t _кип = 40 … 200 ^оС)
  
• 
  Лигроин (t _кип = 110…230 ^оС)
  
• 
  Керосин (t _кип = 140… 300 ^оС)
  
• 
  Газойль (t _кип = 230…330 ^оС) • Солярка (t _кип = 280 …350 ^оС)
  
• 
  Различного рода масла.
  

Лигроин (тяжёлый бензин) имеет более высокую плотность; используется как ДТ в тяжёлой технике и сельскохозяйственных машинах, а так же в качестве сырья для получения высокооктановых бензинов.

Газойль – промежуточный продукт между керосином и смазочным материалом – также является сырьем для получения высокооктановых бензинов.

Преимущество прямой перегонки нефти заключается в получении топлива с высокой химической стабильностью, т. е. способностью не окисляться.
2. Крекинг – разложение молекул сложных углеводородов в условиях высоких температур (500…550 ^оС) и давлений (5…20 МПа). Существуют следующие виды крекинга:

1. 
   Термический крекинг. Был разработан в России Шуховым в 1891 году, но впервые применён в США. Сырьём для него служат мазут, керосин, газойль. В результате крекинга при t = 500…550 ^оС и р = 5 МПа получают бензин с ОЧ = 66…72.
   

Недостаток:

• 
  Низкое октановое число;
  
• 
  Низкая химическая стабильность, т. е. такой бензин легко окисляется. В результате появляется необходимость применения присадок, которые снизят процесс окисления, что экономически невыгодно. (В качестве присадок используют древесно-смольный антиокислитель и антиокислитель ФЧ – 16)
  

2. 
   Каталитический крекинг (см. рис. 2.2) Этот вид крекинга осуществляется с использованием катализатора, который ускоряет процесс разложения молекул сырья. В качестве сырья используют газойль и солярку, из которых в присутствии алюмокобальтомолибденового катализатора получают бензин А 76 и А 80.
   

Преимущество:

• В результате образуются изопарафиновые и ароматические углеводороды, наличие которых повышает ОЧ и химическую стабильность бензина.

3. Риформинг – один из видов каталитического крекинга. Его проводят в среде водородосодержащего газа при t = 480…540 ^оС и р = 4 МПа в присутствии молибденового или платинового катализатора. В качестве сырья используют бензин с низким октановым числом, получают бензины марок А92, А95, А98.



Рисунок 2.2. Принципиальная схема каталитического крекинга

1 – печь для нагрева сырья; 2 – испаритель; 3 – бункер с катализатором; 4 – реактор; 5 – генератор; 6 – ректификационная колонна; 7 – газосепаратор.
Контрольные вопросы и задания

1. 
   Дайте классификацию видов топлива.
   
2. 
   Что такое теплота сгорания топлива?
   
3. 
   Наличие, каких углеводородов желательно составе бензина и почему?
   
4. 
   Каковы достоинства и недостатки прямой перегонки нефти?
   
5. 
   Какие из крекинг-процессов наиболее эффективно для получения высокооктановых бензинов?
   
6. 
   Ответьте на вопросы тестового задания (см. Приложение 1, таблицы П1.1, П1.2).
   

Лекция 3

Тема 1.2. Автомобильные бензины
Иметь представление о назначении бензина, эксплуатационных требованиях к качеству бензина.

Знать свойства, влияющие на подачу и смесеобразования бензина.

Уметь определять качество бензина и давать рекомендации по его применению.

Эксплуатационные требования к качеству бензина
Эксплуатационные требования к качеству бензина регламентируются ГОСТом 2084 – 77. Согласно ему, бензин должен:

• 
  Бесперебойно поступать в систему питания двигателя;
  
• 
  Обеспечивать полное сгорание топливовоздушной смеси без детонации;
  
• 
  Образовывать минимальное количество отложений в системе питания, КС и др. частях двигателя;
  
• 
  Сохранять свойства при хранении, транспортировке, применении.
  

Исходя из этих требований, ГОСТ устанавливает следующие показатели качества бензина:

• 
  Детонационная стойкость (характеризуется ОЧ);
  
• 
  Фракционный состав (характеризуется температурами начала и конца кипения, а также температурами перегонки 10 %, 50 %, 90 % бензина, ^оС);
  
• 
  Давление насыщенных паров, МПа (характеризует физическую стабильность или испаряемость бензина);
  
• 
  Содержание фактических смол, мг/ 100 см³ (характеризует химическую стабильность бензина и склонность к нагарообразованию);
  
• 
  Кислотность (выражается кислотным числом, мг КОН/100 мл, и характеризует коррозионные свойства бензина),
  
• 
  Наличие водорастворимых кислот и щелочей, воды и механических примесей;
  
• 
  Цвет.
  

Основные физико-химические свойства бензинов приводятся в таблице приложений П 2.9.
Свойства бензина, влияющие на его подачу от топливного бака до карбюратора

1.Наличие воды и механических примесей. ГОСТ не допускает их содержание в бензине. Механические примеси, т.е. пыль, грязь, продукты износа и коррозии заводской аппаратуры, перекачивающих средств, вызывают износ частей системы питания двигателя.

Вода в бензине может содержаться как в растворённом, так и в свободном состоянии (эмульсии, взвеси). В растворённом состоянии воды немного – не более тысячных долей процента. В свободном состоянии её содержание может быть значительным. Гигроскопичность бензина (способность поглощать воду) зависит от его фракционного состава, влажности воздуха и температуры. Наибольшей гигроскопичностью обладают бензины, содержащие ароматические углеводороды, наименьшей – содержащие парафиновые углеводороды. Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное значение. При повышении влажности воздуха поглощение воды также увеличивается.

Наличие воды в бензине недопустимо (особенно в зимних сортах бензина), т. к. вода:

• 
  зимой замерзает, а образовавшиеся кристаллы льда могут прекратить доступ бензина в цилиндры двигателя.
  
• 
  растворяет антиокислительные присадки, что приводит к увеличению смол и склонности к нагарообразованию.
  
• 
  вызывает коррозию трубопроводов, топливных баков и др. стальных частей системы питания.
  

2.Давление насыщенных паров Р_Н.П. (Па, мм. рт. ст.) – это давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью при заданной температуре. Оно оказывает влияние на физическую стабильность бензина, т. е. на его испаряемость.

Давление насыщенных паров зависит от фракционного состава бензина. Чем больше в составе бензина легкокипящих углеводородов, тем выше Р_П.Н., тем легче испаряется бензин. Давление насыщенных паров также зависит и от температуры: с повышением температуры Р_Н.П. повышается. Применение бензина с высоким Р_Н.П. крайне нежелательно, т. к. при испарении бензина образуются паровые пробки (пары бензина); они нарушают бесперебойную подачу топлива в цилиндры, наполнение цилиндров снижается, и мощность двигателя падает.

Определяют Р_Н.П., выдерживая испытуемый образец бензина в закрытой ёмкости в течение 20 мин при t = 38 ^о С.. По истечении 20 мин манометром измеряют давление паров бензина. ГОСТ предусматривает следующие значения:

• 
  Для летнего бензина Р_Н.П. =66,7 кПа (500 мм. рт. ст.)
  
• 
  Для зимнего бензина Р_Н.П. = 66,7… 93,3 кПа (500… 700 мм. рт. ст.).
  

Зная Р_Н.П., можно правильно обеспечить подачу топлива и воздуха в систему питания двигателя.
Свойства бензина, влияющие на смесеобразование
К ним относят плотность и вязкость и испаряемость. От них зависит процесс дозировки бензина, который производится калибровочным отверстием жиклёра, а также уровень бензина в поплавковой камере.

1. 
   Плотность ρ (кг/м³, г/см³, кг/л). Для бензинов она не нормируется, но её необходимо знать точно, чтобы правильно определить расход бензина. Плотность зависит от температуры: с понижением температуры, плотность увеличивается (с уменьшением температуры на каждые 10
   

о

С, плотность увеличивается на 1 %).

Плотность бензина определяют с помощью приборов – пикнометров и ареометров. Ареометр погружается в топливо, со шкалы снимаются показания, а затем делается пересчёт плотности на t = 20 ^оС по формуле:

(3.1) ρ = ρt +γ(t −20),

20

где ρ ₂₀ – плотность бензина при 20 ^оС; ρ ₂₀ =0,700… 0,755 г/см³, γ – температурная поправка (табличное значение), t – температура бензина, ^оС

2. 
   Вязкостьразличают динамическую η (Па с) и кинематическую γ_t(м²/с). Для измерения вязкости используют вискозиметры.
   

^ηt (3, .2)

γt = ρt

Вязкость зависит от температуры: с её увеличением вязкость падает.

Вязкость влияет на качество распыления бензина: чем меньше вязкость, тем мельче капли, тем лучше смесеобразование и процесс сгорания топливовоздушной смеси. Поэтому вязкость бензина не должна быть слишком большой. Оптимальное значение вязкости бензина при 20 ^оС γ ₂₀ = 0,5… 0,7 мм ²/с.

3.Испаряемость определяется фракционным составом бензина.
Лекция 4

Тема 1.2. Автомобильные бензины

Свойства бензинов, влияющие на процесс горения
Иметь представление о видах горения бензинов.

Знать о последствиях детонационного горения и меры предотвращения детонации

Виды горения

1. 
   Нормальное горение без детонации.
   

Горение рабочей смеси происходит плавно, при этом топливо сгорает полностью, расходуется экономно. Происходит в 2 этапа. Первый этап – с момента подачи электрической искры до момента воспламенения. На этом этапе топливо окисляется, нагревается и воспламеняется. Второй – непосредственное сгорание рабочей смеси. Средняя скорость распространения пламени 10...40 м/с. На скорость сгорания оказывает влияние химический состав и количество топлива, его соотношение с воздухом, температура и давление рабочей смеси. Чем выше температура рабочей смеси к моменту подачи искры, тем интенсивнее идёт процесс сгорания. Наиболее интенсивно он проходит при небольшом обогащении горючей смеси (α= 0,95 (15 кг воздуха/1 кг топлива)). При дальнейшем обогащении (13 кг/кг) горючей смеси топливо сгорает не полностью. При обеднённой смеси (17 кг /кг) приводит к снижению кпд двигателя, т.к.

часть тепла расходуется на нагревание избыточного кислорода и азота.

2. 
   Горение с детонацией.
   

Это горение с взрывом. Имеет место в двигателях с высокой степенью сжатия, где температура и давление рабочей смеси резко повышаются. При таком горении скорость распространения пламени резко возрастает до 1500… 2000 м/с., т. е. происходит взрыв. Обычно детонация возникает в одном цилиндре, но может быстро передаваться и в другие. Интенсивность детонации зависит от того, какая часть топлива перейдёт во взрывное состояние. Слабая детонация наблюдается, если нормально сгорает 93… 95 % рабочей смеси, а детонирует только 7 …5 %. Если же с взрывом сгорает 20… 25 % рабочей смеси, то возникает очень сильная детонация, что может привести к аварии.

Основная причина возникновения детонации – образование и накопление в рабочей смеси взрывоопасных перекисей (кислородосодержащих веществ – пероксидов, альдегидов). Возникновению детонации также способствует сгорание топлива при коэффициенте избытка воздуха α = 1. При обогащении горючей смеси кислорода становится недостаточно для образования перекисей. При обеднении смеси теплота расходуется на нагревание избыточного воздуха, и склонность к детонации уменьшается.

Признаки детонационного горения:

• 
  Металлический стук. Он появляется в результате того, что размеры КС невелики, и при распространении пламени детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок КС, вызывая вибрацию деталей двигателя.
  
• 
  Чёрный дым в выхлопных газах.
  

3. Калильное горение (зажигание) – неуправляемое воспламенение топливовоздушной смеси от чрезмерно раскаленных деталей (центральных электродов, нижних запальных свечей) и деталей, покрытых нагаром.

Меры предупреждения:

• 
  Использование масла, соответствующего данному типу двигателя;
  
• 
  Использование бензина с специальными антинагарными присадками (триклезирфосфат).
  

Последствия детонационного горения и меры предупреждения детонации Последствия:

• 
  Перерасход топлива, т. к. оно сгорает не полностью;
  
• 
  Повышены износ, деформация и даже поломка деталей двигателя в результате вибрации. Ударной волной может быть сорвана плёнка масла, что также повышает износ.
  
• 
  Перегрев деталей двигателя. Ему способствует то, что при детонации резко повышается температура рабочей смеси. В результате мощность двигателя падает. При сильной детонации возможно пригорание колец, прогар клапанов, поршней, разрушение подшипников.
  

Меры предупреждения:

• 
  Основным способом является уменьшение угла опережения зажигания, когда сокращается время на подготовку рабочей смеси к воспламенению, а сгорание происходит за меньший срок. Снижению детонации также способствует увеличение частоты коленвала, т. к. уменьшается время, отводимое на цикл.
  
• 
  Прикрывая дроссельную заслонку можно снизить порцию рабочей смеси.
  
• 
  Правильный выбор марки бензина для данного типа двигателя.
  
• 
  Хорошее охлаждение двигателя, особенно летом.
  
• 
  Если в двигатель поступает влажный воздух, то часть теплоты идет на испарение воды и детонация также снижается.
  

Лекция 5

Тема 1.2. Автомобильные бензины

Иметь понятие об октановом числе.

Знать факторы, влияющие на детонацию, методы определения октанового числа, способы повышения детонационной стойкости бензина.

Факторы, влияющие на детонацию
1.Степень сжатия – основной фактор. С увеличением степени сжатия увеличивается температура и давление в цилиндре двигателя, что способствует образованию взрывоопасных перекисей.

2.Угол опережения зажигания φ _о.з. определяет положение процесса сгорания относительно ВМТ. При правильной работе, т. е. при оптимальном значении φ _о.з. поршень должен немного не доходить до ВМТ, когда произойдет зажигание. При раннем зажигании, когда поршень намного не доходит до ВМТ (т. е. φ _о.з.> φ _{о.з опт.}) резко увеличиваются потери тепла в системе охлаждения и возникают утечки газов через поршневые кольца, появляется металлический стук. При позднем зажигании, когда поршень дошёл до ВМТ (т.е. φ _о.з< φ _о.з) сгорание рабочей смеси происходит на лини расширении и выделившаяся теплота превращается в работу в течение части хода поршня, и это приводит к увеличению тепловых потерь.

3. 
   Частота вращения коленвала, т. к. с уменьшением частоты вращения увеличивается время, отводимое на цикл, а, следовательно, успевают образоваться взрывоопасные перекиси.
   
4. 
   Форма КС и длина цилиндров, т к. чем больше времени в течение, которого искра от свечи зажигания может дойти до наиболее отдалённых точек, тем больше вероятность возникновения взрывоопасных перекисей.
   
5. 
   Марка свечи зажигания. Неправильно подобранные свечи зажигания могут привести к недостаточному отводу тепла от неё, а раскаленная свеча может послужить источником деформации. Рабочая температура свечей колеблется от 70 ^оС (при свежей порции рабочей смеси) до 2700 ^о С (во время рабочего хода поршня). На то, в каком тепловом режиме может работать свеча, указывает калильное число (цифры 8, 11, 14, и т.д. в маркировке свечи). Чем больше калильное число, тем при более высоких температурах может работать свеча.
   
6. 
   Впускной и выпускной клапаны, т. к. их температура может достигать 800…950 ^оС и даже выше.
   
7. 
   Нагар на стенках цилиндров и поршне ухудшает теплопередачу, что приводит к перегреву двигателя, и, следовательно, вызывает детонацию. Кроме того, нагар уменьшает объём КС, и степень сжатия увеличивается, что в свою очередь также приводит к детонации.
   
8. 
   Углеводородный состав топлива. Наличие в составе бензина парафиновых углеводородов нежелательно, т. к. они легко окисляются и образуют перекиси, которые детонирую даже при низкой степени сжатия. Желательно наличие ароматических и изопарафиновых углеводородов, которые обладают высокой детонационной стойкостью.
   

Температура охлаждающей жидкости. С увеличением температуры ОЖ отвод тепла ухудшается, и детонация увеличивается.
Понятие об октановом числе и методы его определения
Октановое число ОЧ характеризует детонационную стойкость бензина, т.е. его способность сгорать плавно, без взрывов. ОЧ отражает процентное содержание изооктана в эталонной смеси изооктана и гептана и по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому бензину.

Например, бензин содержит 78 % изооктана и 22 % гептана, тогда ОЧ этого бензина 78. Чем выше ОЧ, тем выше детонационная стойкость бензина.
Таблица 5.1

Методы определения ОЧ

Моторный ОЧМ	ОЧ определяют на одноцилиндровой установке ИТ9 – 2М с переменной степенью сжатия (4…10), которая имитирует работу двигателя при длительных и больших нагрузках, т. е. на загородной трассе (n = 900 об/мин, tр.с. = 150 ºС, t масла = 50…75 ºС, φ о.з = 26 º до ВМТ при степени сжатия 5 и φ о.з = 19 º при степени сжатия 7)
Исследова- тельский ОЧИ	ОЧ определяют на одноцилиндровой установке ИТ – 6, которая имитирует работу двигателя легкового автомобиля в условиях города(n = 600 об/мин, t р.с. не фиксируется, t масла = 50…75 ºС, φ о.з = 13 º до ВМТ)
Дорожный ДОЧ	ОЧ определяют с помощью специально подготовленного автомобиля, но только летом, т.к. предъявляются строгие требования к состоянию дорожного покрытия и метеоусловиям. ОЧ, определённое таким методом, наиболее точно характеризует детонационную стойкость бензина при различных режимах работы двигателя, также при разгоне.

В марке бензина указывается ОЧ по моторному методу, например, а -76. Если ОЧ определено по исследовательскому методу, то в марке присутствует буква «И», например, АИ – 93 (ОЧ этого бензина по моторному методу 85).
Способы повышения октанового числа

1. 
   Воздействие на химический состав топлива. Использование современных технологий получения бензинов – каталитический крекинг и риформинг – позволяющие получать бензины с высоким ОЧ.
   
2. 
   Добавление высокооктановых компонентов (до 40 % МТБЭ (метилтретичнобутиловый эфир) или же 5…15% метанола или этанола).
   
3. 
   Введение антидетонаторов – присадок, повышающих ОЧ:
   

• 
  Экстралин – смесь ароматических аминов (2…4 %). Такой бензин также не замерзает при температурах до – 60 ºС.
  
• 
  ТЭС (тетраэтилсвинец) – густая, бесцветная, маслянистая, очень ядовитая жидкость. ТЭС тормозит образование взрывоопасных перекисей. Добавление 0,3 % ТЭС повышает ОЧ на 10…15 единиц. ТЭС в чистом виде не добавляют, т. к. 10 % свинца оседает на свечах зажигания, что может нарушить их работу. Поэтому его вводят в виде этиловой жидкости ЭЖ, состоящей из ТЭС и выносителя Pb(C₂H₅), который способствует удалению свинца вместе с выхлопными газами. Бензины, содержащие ЭЖ, называются этилированными и в целях предупреждения об их ядовитости слегка окрашены (красный, ярко-жёлтый, оранжевый цвета).
  

Лекция 6

Тема 1.2. Автомобильные бензины
Иметь представление о химической стабильности бензинов и индукционном периоде, кислотном числе, об испытании на медную пластину.

Знать свойства бензинов, влияющих на образование отложений, коррозионные свойства бензинов, знать марки бензинов.

Уметь давать рекомендации по применению бензинов.

Свойства бензинов, влияющие на образование отложений
Содержание смол (их наличие ухудшает качество бензина, цвет становится темнее).

Смолистые вещества – тёмно-коричневые полужидкие вещества с плотностью 1000 мг/м³ всегда содержатся в бензине. Их количество зависит от способа получения бензина, длительности и условий его хранения. При длительном хранении содержащиеся в бензине углеводороды окисляются и образуют смолы. В дальнейшем смолы оседают на деталях карбюратора и впускной системы, забивают отверстия жиклёров, приводят к уменьшению проходных сечений топливоподающей системы. Всё это приводит к снижению мощности и экономичности двигателя. Некоторая часть смолистых соединений, попадая в КС, смешивается с несгоревшим топливом и маслом и образует в зоне высоких температур (клапаны, КС, днище поршня) твердые и хрупкие отложения, состоящие из углерода, т.е. нагар.

ГОСТ регламентирует содержание фактических смол, т.е. соединений, которые находятся в бензине на момент определения. Их содержание не должно превышать 7…15 мг/ 100 мл бензина. Если содержание смол в 2…3 раза больше, то мощность двигателя падает на 20…30 %, при эксплуатации возникают различные неполадки: зависают клапаны, закоксовываются кольца.

Процесс смолообразования зависит также от технического состояния двигателя и чистоты поступающего в двигатель воздуха. Механические примеси, продукты износа и коррозии усиливают образование отложений.

Способность бензина не окисляться до образования смолистых соединений при длительном хранении и применении называется химической стабильностью бензина.

Химическая стабильность бензина оценивается индукционным периодом Индукционный период ИП – это время (в мин.), в течение которого бензин в среде чистого кислорода приp =0,7 МПа и t = 100 ºС сохраняет свои химический состав и цвет неизменными, т.е. не окисляется.

Чем выше значение ИП, тем стабильнее бензин.

Для обычных бензинов (А-76, АИ – 93) ИП = 600 …900 мин, для бензинов со знаком качества ИП = 1200 мин. Такой бензин можно хранить достаточно долго (до 2 лет) без заметного ухудшения его качества.

На накопление смол при хранении оказывает влияние температура и объём заполнения емкостей. Например, при заполнении канистры на 93 % содержание смол при хранении в течение 6 мес. может возрасти раза в 3…4, а при заполнении на 50 % - в 12 раз.

Химическую стабильность бензина можно повысить введением в бензин антиокислительных присадок: древесно-смольный антиокислитель, оксидифениламин.
Коррозионные свойства бензинов
Под коррозией понимают износ поверхности металла под действием кислот, щелочей, сернистых соединений, воды. Наличие всех этих веществ в бензине не допускается ГОСТом. Коррозии могут быть подвержены цистерны, топливные баки, трубопроводы, детали топливоподающей аппаратуры, детали двигателя.

Содержание сернистых соединений определяется испытанием на медную пластину. Сущность испытания состоит в следующем: медную пластинку погружают в бензин и выдерживают 3 часа при t = 50 ºС или сутки при комнатной температуре. Если после испытания пластинка покрывается черными пятнами или темно-серым налётом, то в бензине есть сернистые соединения.

Содержание кислот и щелочей нормируется кислотным числом – количеством щелочи КОН в мг, идущей на нейтрализацию кислот в 100 мл бензина. Кислотность бензина по ГОСТу не должна превышать 3 мг КОН/ 100 мл.


Марки бензинов и их применение
В России вырабатываются и применяются следующие марки бензинов:

1. 
   АИ 95, АИ 95 «экстра» (только этилированные с содержанием свинца не более 0, 01 г/м³).
   
2. 
   А 76, А 80, А 92, АИ 93 (этилированные и неэтилированные, А 72 только неэтилированный)
   
3. 
   А 72, А 76, А 92, АИ 93, АИ 95 (зимнего и летнего сортов, кроме АИ 98)
   

Летние сорта бензина рекомендуется использовать с 1 апреля по 1 октября во всех районах страны, кроме северных и северо-восточных. В южных районах – круглый год. В северных и северо-восточных – круглый год зимние сорта бензина, в остальных районах – с 1 октября по 1 апреля.

За Рубежом выпускаются бензины «Премиум» с ОЧИ 97...98 и «Регуляр» с ОЧИ 90…94. В Европе почти все бензины, этилированные с содержанием свинца не более 0, 15…0,4 г/л. В крупных городах, курортных зонах ограничивается применение этилированных бензинов изза содержания в них вредных соединений свинца.

Решение о возможности применения той или иной марки бензина в АТП принимается на основании паспорта качества данного бензина, протокола испытаний и исходя из рекомендаций химмотологической карты автомобиля. Показатели качества, указанные в паспорте, сравниваются с показателями ГОСТу и на основании сравнения, делается заключение о возможности применения бензина.
Контрольные вопросы и задания

1. 
   Какие свойства бензинов влияют на образование и подачу топливовоздушной смеси?
   
2. 
   По каким показателям оценивают фракционный состав бензина?
   
3. 
   Дайте краткую характеристику нормального горения бензина?
   
4. 
   Какие факторы определяют детонационное горение бензина?
   
5. 
   Назовите меры предупреждения детонации во время эксплуатации автомобиля.
   
6. 
   В чем заключается моторный и исследовательский метод определения октанового числа?
   
7. 
   Какие существуют способы повышения октанового числа?
   
8. 
   Какие показатели определяют физическую и химическую стабильность бензина?
   
9. 
   Что вы знаете о коррозионных свойствах бензина?
   
10. 
    Какие марки бензинов выпускаются в России и за Рубежом? 11. Ответьте на вопросы тестового задания (см. Приложение 1, таблицы
    

П1.3, П1.4).