материаловедение. Задание 3 13 Задание 4 16

• Название: Задание 3 13 Задание 4 16
• Дата: 19.09.2022
• Размер: 176.5 Kb.
• Имя файла: материаловедение.doc
• Тип: Документы; #684527

Содержание

Задание 1 2

Задание 2 8

Задание 3 13

Задание 4 16

Список используемых источников 17

Задание 1

На полученное с нефтебазы дизельное топливо марки ДЭК-Л был выдан маспорт:

Показатели качества	Значения показателей
Кислотность, мг КОН на 100 см3 топлива	5,5
Цетановое число	50
Температура вспышки в закрытом тигле, оС	35
Температура испарения 50% топлива, оС	285
Массовая доля серы, %, в топливе вида 1	0,07

Поясните влияние отклонений каждого показателя качества дизельного топлива от требований ТУ 38.401-58-170-96 на работу двигателя и долговечность его систем и механизмов. Расшифруйте обозначение марки топлива.

ДЭК-Л – дизельное топливо с улучшенными экологическими свойствами (городское) летнее по ТУ 38.401-58-170-96 («Евро-2»)

Характеристики городского дизельного топлива с улучшенными экологическими свойствами

Показатель	Нормы для марок
	ДЭК-Л		ДЭК-3		ДЭКп-Л		ДЭКп-3, -15°С		ДЭКп-3, -20°С
Цетановое число, не менее	49	45		49		45		45
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °С, не выше:
50%	280	280		280		280		280
96% (конец перегонки)	360	340		360		360		360
Кинематическая вязкость при 20°С, мм2/с	3,0-6,0	1,8-5,0		3,0-6,0		1,8-6,0		1,8-6,0
Температура, °С, не выше:
застывания	-10	-35		-10		-25		-35
предельной фильтруемости	-5	-25		-5		-15		-25
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже:
для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин	62	40		62		40		40
для дизелей общего назначения	40	35		40		35		35
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I	0,05	0,05		0,05		0,05		0,05
вида II	0,10	0,10		0,10		0,10		0,10
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01		0,01		0,01		0,01
Кислотность, мг КОН/100 см3 топлива, не более	5,0	5,0		5,0		5,0		5,0
Йодное число, г I2/100 r топлива	5,0	5,0		5,0		5,0		5,0
Зольность, %, не более	0,01	0,01		0,04		0,04		0,04
Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более	0,3	0,3		0,3		0,3		0,3
Коэффициент фильтруемости (до введения присадки в топливо), не более	2	2		2		2		2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0		2,0		2,0		2,0
Плотность при 20°С, кг/м3, не более	860	860		860		860		860

Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива:

• 
  цетановое число, определяющее высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя;
  
• 
  фракционный состав, определяющий полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя;
  
• 
  вязкость и плотность, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыливание в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования;
  
• 
  низкотемпературные свойства, определяющие функционирование системы питания при отрицательных температурах окружающей среды и условия хранения топлива
  
• 
  степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндропоршневой группы двигателя;
  
• 
  температура вспышки, определяющая условия безопасности применения топлива в дизелях;
  
• 
  наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ
  

Цетановое число

В быстроходных дизелях цетановое число оказывает решающее влияние на процесс сгорания топлива. Оно характеризует максимальное значение цикла, экономичность и жесткость работы дизеля. В случае низкого цетанового числа используемого топлива значительно ухудшаются динамические показатели цик¬ла, а следовательно, и дизеля в целом. Цетановое число определяет не только характер процесса сгорания при установившейся работе, но и пусковые качества топлива. Если оно ниже 40 ед., запустить холодный двигатель не только в холодное, но и в теп¬лое время года трудно. Нормальный пуск и мягкая работа дизелей в летнее время обеспечиваются топливом с цетановым числом около 45 ед., в зимнее – 50 ед. Более высокие значения цетанового числа для двигателей существующих конструкций не нужны, так как повышение уже не ска-зывается заметно на улучшении процесса сгорания.

Цетановое число — основной показатель воспламеняемости дизельного топлива. Оно определяет запуск двигателя, жесткость рабочего процесса (скорость нарастания давления), расход топлива и дымность отработавших газов. Чем выше цетановое число топлива, тем ниже скорость нарастания давления и тем менее жестко работает двигатель. Однако с повышением цетанового числа топлива сверх оптимального, обеспечивающего работу двигателя с допустимой жесткостью (менее 0,5 МПа/°ПВК), ухудшается его экономичность в среднем на 0,2—0,3 % и дымность отработавших газов на единицу цетанового числа повышается на 1—1,5 единицы Хартриджа.

Чем выше цетановое число топлива, тем быстрее произойдут процессы предварительного окисления его в камере сгорания, тем скорее воспламенится смесь и запустится двигатель, что особенно важно в условиях низких температур. Ниже приведены данные по влиянию цетанового числа на время запуска двигателя:

Цетановое число ……………..53         38

Время запуска, с……………….. 3     45-50

Применение топлив с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе двигателя, а более 50 — к увеличению удельного расхода топлива вследствие уменьшения полноты сгорания. Летом можно применять топлива с цетановым числом, равным 40, а зимой для обеспечения холодного пуска Двигателя — с цетановым числом не менее 45. Цетановое число и низкотемпературные свойства топлива — это взаимосвязанные величины: чем лучше низкотемпературные свойства топлива, тем ниже его цетановое число. Так, топлива с температурой застывания ниже -45 °С характеризуются цетановым числом около 40.

Значение показателя цетанового числа данного дизельного топлива находится на оптимальном уровне.

Кислотность дизельного топлива

Кислотность характеризует содержание органических кислот в дизельном топливе и не должна превышать 5 мг КОН на 100 см3 топлива.

Содержание водорастворимых кислот и щелочей в дизельном топливе не допускается. В зависимости от содержания в дизельном топливе смолистых веществ и непредельных углеводородов проявляется его способность к образованию отложений и нагара в камере сгорания, на клапанах, форсунках и других деталях двигателя.

Кислотность данного топлива превышает норму.

Температура вспышки

Температурой вспышки называется та температура, при которой пары топлива образуют с воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки является показателем, гарантирующим пожарную безопасность при применении и хранении топлива.

Температура вспышки дизельного топлива при его выборе не является определяющим показателем, но при удовлетворительных основных эксплуатационных свойствах предпочтение отдается топ-ливам с более высокой температурой вспышки, исходя из условий безопасности.

Температура вспышки данного топлива ниже нормы.

Температура выкипания 50% топлива

Температура выкипания 50% топлива или процент испарившегося топлива при 250 оСЕ 250 характеризуют рабочие фракции топлива, которые обеспечивают запуск, прогрев, приемистость и устойчивость работы двигателя, а также плавность перехода с одного режима на другой. Для обеспечения нормальной работы двигателя температура выкипания 50% топлива должна лежать в пределах 250-280°С.

Температура выкипания 50% топлива данного топлива выше нормы

Исследования показали, что побочным эффектом процессов гидроочистки, использующихся для удаления из топлива соединений серы, является снижение содержания соединений, от которых зависят смазывающие свойства топлива. В Европе и США особенно обострилась проблема смазывающих свойств в последние годы в связи с ужесточением норм содержания серы в топливе: сразу же возросло количество неисправностей топливных насосов высокого давления.

Содержание серы – главный «экологический» показатель дизельного топлива. Продукты сгорания серы при взаимодействии с водой образуют кислоты. Сера причиняет ущерб не только природе, но и двигателю – продукты ее сгорания провоцируют коррозию металла, а при контакте их с моторным маслом образуются твердые отложения (двигатель подвергается коррозии).

Значение массовой доли серы в рассматриваемом топливе выше нормы

Сера является природным компонентом сырой нефти. Если серу не удалить во время процесса переработки нефти, она будет загрязнять автомобильное топливо. Сера дизельного топлива определяет количество выбросов мелких твердых частиц (ТЧ) в отработавших газах из-за образования сульфатов, как в двигателе, так и позже в атмосфере. Сера может привести к коррозии и износу систем двигателя. Более того, эффективность некоторых систем очистки отработавших газов снижается при увеличении концентрации серы в топливе, в то время как другие системы полностью выходят из строя из-за отравления серой. Влияние серы на выбросы твердых частиц общепризнано и считается существенным.

Задание 2

Достоинства и недостатки синтетических моторных масел в сравнении с минеральными. Получение синтетических масел

Моторные синтетические масла имеют уникальные свойства, ниже приведены некоторые из них:

• 
  весьма большой диапазон рабочих температур
  

• 
  имеющаяся способность работать в условиях при очень высоких значениях давления и температур.
  

• 
  весьма большая стойкость к полимеризации (формированию лакоподобных пленок), которые в определенных местах очень защищают.
  

• 
  большая моющая способность
  

• 
  отличное свойство вязкости в диапазоне рабочих температур (70-150 С), что является одной из основных факторов разрушения старых двигателей
  

• 
  Невысокая способность к испарению, что способствует бережному отношению к нейтрализатору, но это не касается автомобилей марок Волга и Жигули.
  

Однако имеются и незначительные минусы в применении «синтетики»:

• 
  большая химическая активность (восполняется большим числом присадок не менее 25%)
  

• 
  большая поверхностная активность, которая помогает присадкам (противозадирным, противофрикционным, компенсационным) проникать к поверхности металла заменяя материал.
  

• 
  большая вероятность коррозии тоже восполняется добавками.
  

• 
  невысокая совместимость с маслами на минеральной основе. Стоит учесть тот факт, что при замене масла старого на новое примерно 15-25% масла, находившегося до этого в двигателе, все же остается, и в таком случае ему придется следующие 10 тыс. использовать эту плохо совместимую смесь.
  

Поэтому все большее распространение получают масла на синтетической основе - диэфирные, полиалкиленгликолевые, фторуглеродные, силиконовые и другие. Они выполняют те же функции, что и минеральные, но делают это на более высоком качественном уровне. Синтетические масла обладают исключительно удачными вязкостно-температурными характеристиками. Это, во-первых, гораздо более низкая, чем у минеральных, температура застывания (–50°, –60°C) и очень высокий индекс вязкости, то есть относительно небольшое изменение вязкости в зависимости от изменений температуры, что очень облегчает запуск двигателя в морозную погоду. Во-вторых, они имеют более высокую вязкость при рабочих температурах свыше 100°C - благодаря этому масляная пленка, разделяющая поверхности трения, не разрушается в экстремальных тепловых режимах.

К прочим достоинствам синтетических масел можно отнести высокую термоокислительную стабильность, то есть малую склонность к образованию нагаров и лаков (лаками называют откладывающиеся на горячих поверхностях прозрачные, очень прочные, практически ничем не растворимые пленки, состоящие из продуктов окисления), а также небольшие по сравнению с минеральными маслами испаряемость и расход на угар. Немаловажно и то, что синтетика требует введения минимального количества загущающих присадок, а особо высококлассные ее сорта не требуют таких присадок вообще, следовательно, эти масла очень стойкие - ведь разрушаются в первую очередь именно присадки.

Все эти свойства синтетических масел способствуют снижению общих механических потерь в двигателе и уменьшению износа деталей. Кроме того, их ресурс превышает ресурс минеральных в 5 и более раз - есть синтетика, которую можно менять через 50 тыс. км пробега.

Основным фактором, ограничивающим применение синтетических масел, является их высокая стоимость. Они в 3–5 раз дороже минеральных. В связи с этим многие фирмы производят полусинтетические масла - в минеральное масло вводят 25–50% синтетики. Компромисс этот весьма удачный: по качеству и по цене полусинтетика находится между синтетикой и минеральными маслами. Где именно - зависит от количества синтетической составляющей.

Основную массу смазочных масел получают путем перегонки нефтяного мазута, однако, для современных машин требуются масла более высокого качества с заранее заданными эксплутационными свойствами. Такие масла называются синтетическими или полусинтети- ческими, их получают путем синтезирования определенных групп углеводородов с введением ряда специа- лизированных соединений.

Различают две группы синтетических масел. Одни из них обладают устойчивостью к воздействию высоких температур, низкой температурой застывания, и хорошими антикоррозийными свойствами. Вместе с тем смазывающая способность у них по сравнению с нефтяными несколько хуже. Они назы- ваются полисилоксановые масла.

Другой группой синтетических масел, является полиалкиленглюколи, это продукт конденсации двухатомных спиртов. Эти масла не образуют отложений на нагретых деталях двигателя, обладают хо- рошими смазывающими качествами и вязкостными свойствами, а также низкой температурой замерза- ния. Применение таких масел ограничено их высокой стоимостью.

Масла на синтетической основе ( так точнее ) впервые применили для обеспечения нормальной работы авиадвигателей на больших высотах, где температура за бортом минус 50. А в автомобильной технике такие масла стали достаточно широко использовать в 60-е годы во времена интенсивного освоения нефтеносных районов Аляски. Свойства тех масел были далеки от современных: ведь от них в первую очередь требовалось облегчить пуск двигателей при низких температурах. Обычное масло в тех условиях превращалось в твердое тело - его можно было резать ножом.

Поэтому первое, что отличает синтетические масла от привычных минеральных - необычные вязкостно-температурные качества.

Теоретически для двигателя внутреннего сгорания необходимо масло, которое вообще не меняло бы вязкость в зависимости от температуры. Так вот, синтетическое ближе остальных подходит к идеальной характеристике. Это хорошо видно на графике. Из трех масел ( разновязких при 100 град.С ) - сезонного, всесезонного ( "жигулевского") и синтетического всесезонного - последнее наименее вязкое при отрицательных температурах. Это означает надежный пуск холодного двигателя (чего нельзя сказать о минеральных маслах ). Большая вязкость синтетического масла при температурах выше 100 град. С обеспечивает лучшую несущую способность масляного слоя, то есть надежную работу узлов трения при высоких тепловых режимах. А это меньшие потери энергии и износ в трущихся парах, высокий ресурс узлов и агрегатов.

Кстати, чтобы минеральное всесезонное масло имело достаточную вязкость при высокой температуре, в него обязательно вводят загущающие присадки. К сожалению, они частично разрушаются из-за механических и термических воздействий на масло. По этой причине вязкость загущенных масел за первые сотни километров пробега ( после смены масла, конечно заметно снижается.

С этим эффектом хорошо знакомы водители, в чьих машинах моторы сильно изношены и давление на минимальных холостых уже небольшое. Только залил масло, порадовался, что контрольная лампа перестала гореть, как она через 500 км вновь заморгала.

Меньшая по сравнению с минеральными зависимость вязкости синтетических масел от температуры позволяет вводить в них очень небольшое количество загущающих присадок или вообще обходиться без них. Это следующее неоспоримое преимущество "синтетики". Товарные синтетические масла, не содержащие загущающих присадок, абсолютно стойки к разрушению (деструкции ).

Названные свойства ( низкая вязкость при отрицательных и повышенная при высоких температурах ) не только снижают потери на трение, делают минимальным износ деталей, но и экономят топливо - в среднем 2-3% при положительных температурах, как подтверждает многолетний опыт Зимой снижение расхода будет гораздо большим. И чем ниже температура, тем явственнее эффект.

В роли синтетической базы выступают обычно полиальфаолефины (ПАО) или эстеры, либо их смесь. ПАО - это углеводороды с длиной цепочки порядка 10…12 атомов. Получают ее путем полимеризации (проще говоря – соединения) коротких углеводородных цепочек – мономеров из 3…5 атомов. Сырьем для этого обычно служат нефтяные газы – бутилен и этилен. Эстеры представляют собой сложные эфиры – продукты нейтрализации карбоновых кислот спиртами. Сырье для производства – растительные масла, например рапсовое, или, даже, кокосовое. Эстеры обладают рядом преимуществ перед всеми другими известными основами. Во-первых, молекулы эстеров полярны, то есть электрический заряд распределен в них так, что молекула сама «прилипает» к металлу. Во вторых, вязкость эстеров можно задавать еще на этапе производства основы: чем более тяжелые спирты используются, тем большей получается вязкость. Можно обойтись без всяких загущающих присадок, которые «выгорают» в ходе работы в двигателе, приводят к «старению» масла. Современная технология позволяет создавать полностью биологически разлагаемые масла на основе эстеров, т. к. эстеры являются экологически чистыми продуктами и легко утилизируются. Однако все эти плюсы могут показаться слишком дорогим удовольствием. Эстеровая база стоит в 5…10 раз дороже минеральной! Поэтому их содержание в моторных маслах обычно ограничено 3-5%, и применяются они лишь в самых совершенных продуктах, обычно составляющих вершину товарного ряда компаний-лидеров.

Задание 3

Детонационное сгорание бензина. Показатель детонационной стойкости
Явление детонации — ограничивающий фактор для выходной мощности и эффективности двигателя с искровым воспламенением. Механизм детонации — нарастание внутри цилиндра двигателя волны давления, движущейся с такой скоростью, что ее удар о стенки цилиндра и поршень заставляет стенки цилиндра вибрировать и, таким образом, издавать характерный «звон». Когда искра воспламеняет горючую смесь из топлива и воздуха, ядро пламени растет сначала медленно, а затем быстро ускоряется. По мере того как фронт пламени продвигается, он сжимает перед собой еще не воспламененную смесь. Температура еще не воспламенившейся смеси поднимается за счет сжатия и теплового излучения от продвигающегося пламени, пока остающаяся часть смеси не воспламеняется спонтанным взрывом. Волна давления от этого взрыва проходит через горящую смесь с очень высокой скоростью, и стенки цилиндра испускают звенящий звук удара.

Детонация не представляет опасности при малых скоростях движения, так как водители обычно избегают этого, снижая нагрузку на двигатель при первом же предупреждении. Но на более высоких скоростях, когда уровень шума движения высок, характерный звук детонации часто почти невозможно обнаружить. Детонация — чрезвычайно опасная вещь, которая способна полностью разрушить двигатель.

Высокая температура сжатия и давление способствуют детонации. Кроме того, важна способность несгоревшей смеси поглощать или передавать тепло, излучаемое продвигающимся фронтом пламени. На эту способность влияют скрытая энтальпия (теплосодержание) смеси и конструкция камеры сгорания. Последняя должна быть устроена соответствующим образом для адекватного охлаждения несгоревшей части смеси, например, размещением ее вблизи хорошо охлаждаемой области вроде клапана входного отверстия.

Путь фронта пламени должен быть максимально сокращен тщательным выбором расположения точки воспламенения. Прочие факторы включают время (и, следовательно, момент зажигания), так как реакция в несгоревшей смеси требует времени для своего развития, степень турбулентности (вообще говоря, более высокая степень турбулентности имеет тенденцию снижать детонацию за счет срыва фронта пламени) и, что наиболее важно, склонность самого топлива к детонации.

Некоторые виды топлива в этом отношении ведут себя чуть лучше других. Чтобы улучшить качество топлива, его можно обработать добавками (например, тетраэтилсвинцом). Однако это усугубляет и без того трудную проблему выбросов. Топливо с хорошими антидетонационными свойствами — это изооктан, а наиболее склонен к детонации обычный гептан.

Чгобы получить октановое число или оценку антидетонационных свойств конкретной смеси топлива, тест выполняют на двигателе, который работает при тщательно контролируемых условиях, и начало детонации сравнивают с теми значениями, которые получены от различных смесей изооктана и обычного гептана. Если работа двигателя идентична, например работе на смеси 90% изооктана и 10% гептана, топливо имеет октановое число 90.

Подмешивание к топливу воды (или метанола и воды) может уменьшить детонацию. Спиртосодержащее топливо, которое позволяет воде удерживаться в растворе, является полезным еще и потому, что благодаря скрытой энтальпии воды дает возможность добиться лучшего использования топлива.

Какой вариант воспламенения будет наблюдаться в конкретном случае, зависит от состава топлива и давления. Чем больше давление, тем более упругая среда, тем больше вероятность возникновения детонации. Так что повышение давления в момент запала при прочих равных повышает вероятность детонации. Вторым фактором является топливо. Некоторые виды топлива более склонны к детонации, чем другие. Склонность к детонации характеризуется Октановым числом. Чем оно выше, тем при большем давлении топливо может сгорать без детонации. Вообще, КПД двигателя напрямую зависит от степени сжатия, то есть давления в камере сгорания в момент запала. Чем больше давление, тем выше КПД и меньше расход топлива. Детонация ограничивает возможность повышения давления. Дизельное топливо, керосин, природный газ, пропан, бутан обладают большими октановыми числами и не склонны к детонации. Бензин наиболее подвержен этой проблеме. Чистый бензин без добавок имеет низкое октановое число. Поэтому в двигателях внутреннего сгорания он не применяется. Чтобы сделать его применимым в качестве топлива, в него вносят добавки, повышающие октановое число.

Задание 4

Какие горюче-смазочные материалы и специальные жидкости применяются в узлах и агрегатах автомобиля УАЗ-2360? Для каждого вида материала укажите марку и действующие ГОСТ или ТУ. Транспортное средство эксплуатируется в условиях местности, где вы проживаете.

Таблица 1. Смазочные материалы и специальные жидкости

Список используемых источников

1. 
   Бонер К. Дж. Производство и применение консистентных смазок. - М.: Логос, 2005. -320с.
   
2. 
   Васильева Л.С Автомобильные эксплуатационные материалы – М. Транспорт, 2004.-388с.
   
3. 
   ГОСТ 10541-78. Моторные масла. Технические условия.
   
4. 
   Рогозин Н.А., Папок К.К. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям - М. Химия, 2006.-366с.
   
5. 
   Синицын В. В., Подбор и применение пластичных смазок. – М.: БЕК, 2003.-266с.