Эксплуатационные материалы. Эксплуатаци материалы. Методические рекомендации по организации аудиторной работы по дисциплине Современные автомобильные эксплуатационные материалы

• Название: Методические рекомендации по организации аудиторной работы по дисциплине Современные автомобильные эксплуатационные материалы
• Анкор: Эксплуатационные материалы
• Дата: 11.10.2022
• Размер: 447.81 Kb.
• Имя файла: Эксплуатаци материалы.docx
• Тип: Методические рекомендации; #727464
• страница: 3 из 11

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.




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 -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
Одной из важных характеристик при использовании дизельного топлива считается его способность противостоять низким температурам и при этом сохранять свою подвижность. Эти свойства обусловлены наличием в горючем парафинов, которые с понижением температурных пределов выпадают кристаллами. От степени помутнения и застывания зависят его 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.

• 
  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 ₂₀ 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

• 
  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.

• 
  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

• 
  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.

• 
  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.

Помимо содержания серы в маркировке летнего топлива указывают температуру вспышки. Примеры условных обозначений Л-0,2-40; З-0,5.
3.7 Вопросы для самопроверки
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
   

1. 
   Газообразные топлива
   

В 2000 г. общее количество автомобилей на земном шаре составило 500 млн единиц, из них 100 млн – грузовые. В сутки потребность топлива составляет 870 млн л. За один год из земли выкачивают 3 млрд т нефти. Запасы нефти и газа составляют примерно 50 лет, угля – 300 лет. В США один автомобиль приходится на 2 человека, на земном шаре – 1 автомобиль на 10 человек. Главная проблема человечества – это загрязнение атмосферы и минимальные запасы нефти. В настоящее время в США, Германии, Японии, России ведутся разработки и внедрение альтернативных топлив – водородного, газообразного, спиртов.

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).

• 
  таблице 1 приведён состав этих газов.
  

Таблица 4.1 - Состав сжиженных газов

Содержание газов, % по массе	СПБТЗ	СПБТЛ
Метан, этан и этилен	4	6
Пропан и пропилен	75	34
Бутан и бутилен	20	60

Пропан-бутановая жидкая смесь имеет теплотворную способность ниже, чем бензин, поэтому при переводе двигателя на газ его мощность снижается примерно на 20 %.

Снижение мощности двигателя при переходе питания с бензина на газ объясняется следующим образом. Пропан-бутановая смесь имеет теплотворную способность ниже (25,45 МДж/л), чем у бензина (31,57 МДж/л). Если сжечь по 1 л газа и бензина, то первый выделит теплоты на 20 % меньше.

В состав СНГ добавляют специальные вещества - одоранты, обладающие сильным запахом, так как СНГ обычно не имеют запаха и цвета, и обнаружить их утечку очень трудно. Наиболее распространённый одорант - этилмеркаптан С₂Н₅SH, его ощущают уже при концентрации 0,2 г на 1000 м³ воздуха или газа.

На рис. 4.1, а, б показаны принципиальные схемы систем питания газобалонного оборудования при работе двигателя на сжатом и сжиженном газе.

Сжатый газ с давления 20 МПа (рис.4.1а) при помощи двухступенчатого редуктора 11 снижается до атмосферного и поступает в карбюратор-смеситель 17, где смешивается с воздухом, поступает в цилиндр и воспламеняется от электрической искры. Для получения искры используется батарейная система зажигания.

При работе на сжиженных газах запуск двигателя осуществляется на бензине, а после прогрева двигатель переводится на работу на газовое топливо.

• 
  баллон 5 сжиженный газ (рис.4.1б) заправляется через вентиль 4. Наполнение баллона автоматически прекращается при всплытии поплавка 3, который связан с предохранительным клапаном 2.
  

Через магистральный вентиль 19 газ поступает через электромагнитные клапаны и далее в редуктор 12. В карбюраторе-смесителе происходит снижение давления газа до атмосферного. Для испарения жидкой фазы газ подогревается жидкостью из системы охлаждения. Через дозатор 13 газ поступает в смеситель 15, откуда смесь газа с воздухом поступает в цилиндры.

а)



б)


Паровая фаза

Жидкая фаза

Рис. 4.1. Схема газобаллонных установок:

• 
  – схема установки для работы на сжатом газе:
  

1. 
   – баллоны высокого давления; 2,3 – соединительная арматура и трубки; 4, 5, 9
   

– расходные, наполнительный и магистральный вентили; 6 – теплообменник; 7 – приемная труба глушителя; 8 – дозировочная шайба; 10 – фильтр; 11 – двухсту-пенчатый редуктор; 12 – трубка разгрузочного устройства; 13 – впускной трубопро-вод; 14 – дроссельная заслонка; 15 – проставка; 16 – распылитель; 17 – карбюратор-смеситель; 18 – газовая форсунка; 19 – трубка питания на холостом ходу; 20, 21
– манометры низкого и высокого давления;

• 
  – схема установки для работы на сжиженном газе:
  

1. 
   – вентиль-указатель максимального уровня; 2 – предохранительный клапан; 3 – указатель уровня жидкости в баке; 4 – наполнительный вентиль; 5 – баллон низ-кого давления; 6 – магистральный вентиль; 7, 8 – манометры; 9 – трубка разгру-зочного устройства; 10, 17 – упругие газопроводы; 11 – фильтр; 12 – двухступен-чатый редуктор; 13 – экономайзер; 14 – газопровод; 15 – карбюратор-смеситель;
   

16. 
    – испаритель; 18, 19 – вентили для пара и жидкости
    

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.