Лабораторный практикум ЭМ июнь 2012 КРАСНОЯРСК

Как установлено выше, на условия работы моторного масла, влияет содержание серы в топливе. В первом приближении можно считать, что количество вводимой присадки Со и группа моторного масла определяются двумя факторами – поршневой мощности двигателя Кф и содержанием серы в топливе. Соответствующая схема приведена на рис. 49. Схема построена для наиболее эффективных композиций присадок.

Дизели по сравнению с бензиновыми ДВС предъявляют более жесткие требования к моторному маслу. К специфическим особенностям работы дизеля относят высокие удельные нагрузки на несущую поверхность масляной пленки, большую жесткость процесса сгорания, повышенные давления конца сжатия и сгорания, увеличенное количество картерных газов, а также повышенное содержание в них свободного кислорода и сернистых соединении. Эти особенности обусловливают необходимость применения в дизелях специальных дизельных масел.

Неполнота сгорания топлива в дизелях ведет к образованию большего по сравнению с бензиновыми двигателями количества сажи и смол, в результате чего интенсивнее протекают процессы закоксовывания колец и загрязнения моторного масла. Это в значительной мере повышает требования к моющим свойствам масел (моющие присадки впервые были разработаны и использованы для дизелей). Масла для дизелей содержат моющую присадку в концентрации, в несколько раз большей, чем масла для бензиновых двигателей.

Со, %					Е
20
					Д
15			1,5			масла
10		1,0			Г	Группа
5				S=0,2 %	В
					Б
10	20	30	40	50	Kф
		Рис. 49. Выбор группы масла

181

Некоторые дизельные топлива содержат повышенное количество сернистых соединений, частично переходящих в моторное масло и вызывающих активный коррозионный износ двигателя. Для нейтрализации сернистых продуктов и снижения коррозионного износа в масло дизелей, использующих сернистое топливо, в больших количествах вводят щелочные и антиокислительные присадки. Такие присадки имеют зольность 1–3 %.

Перечисленные особенности при выборе моторного масла для дизелей могут быть учтены по условному показателю А напряженности работы масла в двигателе:

	=		= 1,36							(22)

где GТ – часовой расход топлива, кг/ч; i – количество цилиндров; F – суммарная площадь поверхностей зеркала цилиндра, днища поршня и головки цилиндра, м2; Nе – эффективная мощность двигателя, кВт; GM – емкость системы смазки, кг; К , К ,, К ,Кs КТ – соответственно коэффициенты, учитывающие количество рабочей смеси, способ охлаждения двигателя (жидкостной или воздушный), периодичность смены масла, содержание серы в топливе и техническое состояние двигателя.

Для дизелей без наддува К = 1, с наддувом К = 1,3, жидкостного охлаждения К = 1, воздушного К = 1,7.

В зависимости от конструкции и режима работы двигателя изменяется показатель А и соответственно меняются требования к моторному маслу. По величине А, исходя из условий работы масел, их разделяют на четыре группы: первая группа (А 150) соответствует дизелям устаревших моделей, для них целесообразно применять масла группы Б2; вторая группа (150 А 250) соответствует двигателям без турбонаддува с уменьшенной частотой вращения коленчатого вала, в этих двигателях можно использовать масла группы В2; третья группа (251 А 400) соответствует высокооборотным дизелям и дизелям с турбонаддувом, имеющим относительно низкую частоту вращения коленчатого вала; к четвертой группе (А > 401) относятся современные и перспективные дизели с турбонаддувом, форсированные по частоте вращения коленчатого вала. В этих двигателях применяют масла группы Г2.

Окончательный выбор моторного масла производится заводомизготовителем двигателя на основании квалификационных и эксплуатационных испытаний, а также анализа работы первых промышленных партий изделий. Поэтому в эксплуатации недопустимо применение моторных масел, не рекомендованных заводом-изготовителем. В связи с этим необходимо отметить глубокую ошибочность представления, что масло с более высокой концентрацией присадок (более высокой группы) дает лучшие результаты в эксплуатации. Необоснованное применение масла более высокой

182

группы может привести к повышенному износу, обусловливаемому, с одной стороны, увеличением зольности масла, ведущей к росту абразивного износа, а с другой – избыточной скоростью образования и истирания хемосорбированных защитных пленок на поверхностях трения.

5.3. Выбор масла для стационарных и двухтактных двигателей

Стационарные двигатели, используемые для привода электрогенераторов, компрессоров, ирригационных насосов и пр., работают в течение длительного времени при постоянной, достаточно высокой нагрузке. При эксплуатации этих двигателей отмечаются недостатки, относительно редко встречающиеся в работе транспортных двигателей: отказ выпускных клапанов из-за отложений нагара на стержне и фасках, неисправности свечей изза короткого замыкания электродов нагаром и значительная потеря мощности. Эти дефекты имеют одну общую причину – работу двигателя на постоянном режиме, что способствует накоплению нагара. Для устранения этих недостатков в стационарных двигателях следует применять масла, обладающие высокой устойчивостью к окислению и хорошими моющими свойствами.

Отличительной особенностью двухтактных двигателей с кривошип- но-камерной продувкой является то, что их смазка осуществляется смесью бензина с маслом. Специфические требования к маслам для таких двигателей можно в основном свести к следующим: сохранение смазочных свойств в условиях сильного разбавления топливом и наиболее полное, без образования отложений сгорание вместе с топливно-воздушной смесью. Кроме того, масла для двухтактных двигателей должны обладать растворяющей способностью по отношению к углеводородам, необходимой для очистки впускного тракта и особенно роликовых подшипников кривошипно-шатунного механизма от смол, содержащихся в топливе.

Необходимы также повышенные антикоррозионные свойства для компенсации воздействия влаги, обильно конденсирующейся из отработавших газов при относительно низких температурах в картере, характерных для двухтактных двигателей (около 80 С), поэтому должны использоваться специальные масла. Следует строго соблюдать предусмотренную заводомизготовителем двигателя дозировку при смешении масла с топливом, так как избыток масла, в частности, увеличивает количество отложений в двигателе.

5.4. Совместимость масла с конструкционными материалами

Под совместимостью понимается отсутствие или минимальное взаимодействие между маслом и веществами, с которыми оно соприкасается в процессе работы. В практике применения моторных масел совместимость

183

с конструкционными материалами обычно оценивают по коррозионным свойствам и воздействию на неметаллические материалы. Коррозия возникает в результате комбинированного воздействия на металл воды, кислорода, органических и минеральных кислот, сернистых соединений и других продуктов. Кроме разрушения поверхности металла коррозия опасна тем, что образующиеся в результате ее твердые продукты (гидратированная окись трехвалентного железа Fe2O Н2O и т. п.) вызывают абразивный износ трущихся пар.

Вещества, входящие в состав моторных масел, могут оказывать интенсивное физическое и химическое воздействие на немаслостойкие резины, паронит и другие неметаллические материалы. В результате происходят набухание или усадка этих материалов, уменьшение их прочности, потеря эластичности, появление хрупкости, образование трещин и т. п. Продукты разрушения неметаллических материалов механически загрязняют масло, а в некоторых случаях образуют с ним коллоидные растворы, нарушающие нормальное функционирование системы смазки двигателя. С увеличением температуры и времени контакта эффект воздействия масла на неметаллические материалы возрастает.

Главным показателем, по которому оценивают совместимость моторного масла с неметаллическими материалами, является их набухаемость из-за проникновения растворителя (легких углеводородов, входящих

вмоторное масло) в пространство между молекулами этих материалов. Например, по техническим условиям при контакте с маслом в течение 5 часов при температуре 100 °С толщина прокладки не должна увеличиваться более чем на 15 %.

Набухаемость резинотехнических изделий зависит от группового состава масла и свойств каучука. Так натуральный и некоторые виды синтетического каучука набухают значительно больше в ароматических углеводородах, чем в парафиновых. На набухаемость сильно влияет температура, длительность контакта и др. В ДВС применяют резинотехнические и неметаллические материалы, обладающие повышенной стойкостью при контакте с маслами.

Синтетические масла отличаются более агрессивным воздействием на резину, изготовленную из обычных сортов каучука. Некоторые цветные металлы, достаточно стойкие в нефтяных маслах, разрушаются синтетическими маслами. Эти масла разрушают изоляцию электрических проводов,

всвязи с чем их защищают маслостойкими лаками. Для уменьшения отрицательного взаимного влияния масла и конструкционных материалов в необходимых случаях на их поверхности наносят покрытия.

Окончательный выбор моторного масла производят в следующем порядке: по условной вязкости определяют класс вязкости по ГОСТ 17479.1-85 и SAE J300, выбрать марки масел соответствующих групп по ГОСТ и API для дизельных и бензиновых двигателей, сезонное и всесе-

184

зонное. Результаты исследований представить в виде таблицы.

Пример заполнения таблицы

			Класс	Для	Для	Всесезонное
	Классификация	ВУt		дизельных	бензиновых
			вязкости			дизельное
				ДВС	ДВС
	ГОСТ	8	12	М–12Г2	М–12Г1	М–63/12Г2
	SAE, API	8	30	SAE 30 APISG	SAE 30 APISG	SAE QW APICF

При составлении таблицы используются данные из раздела 2.4. Классификация и особенности применения моторных масел.

Контрольные вопросы к практической работе

1.Вязкостные свойства моторных масел, классы вязкости.

2.Суммарный показатель эксплуатационных свойств, группы масел по данному показателю.

185

6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭКОНОМИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Под экономией автомобильных эксплуатационных материалов понимается снижение их расхода на выполнение транспортной работы путем внедрения комплекса различных технологических и организационных мероприятий, начиная с производства автотранспортных средств.

При производстве автомобилей создаются совершенные конструкции узлов и агрегатов, обеспечивающие высокую топливную экономичность и минимальный расход смазывающих материалов и специальных жидкостей.

Для выполнения транспортной работы разрабатываются оптимальные нормы их расхода с учетом различных климатических, дорожных и других условий эксплуатации.

Поддержание технического состояния автотранспортных средств в соответствии с заданными характеристиками применение различных приемов вождения обеспечивают экономичный расход эксплуатационных материалов. Значительное влияние на экономию эксплуатационных материалов оказывают их показатели качества влияющие на их сохранность в процессе транспортирования, хранения и применения при эксплуатации автомобиле.

Расход топлива и смазочных материалов на различных видах транспорта зависит от большого количества факторов: преодоления сил трения, тяжести, затрат энергии на ускорение, торможение. Расход энергии транспортных средств зависит от типа двигателя, его КПД, вида транспортного средства, его размеров и формы (табл. 69). Из приведенной таблицы следует, что по энергетическим затратам автомобильный транспорт находится на предпоследнем месте.

Таблица 69

Расход энергии в граммах условного топлива при перевозках грузов различными видами транспортных средств

	Вид транспорта	Расход топлива
		в год условн./т
1. Речные и морские суда		1
2.	Трубопроводный транспорт нефти	1
3.	Железнодорожный транспорт	10
4.	Трубопроводный транспорт	50
5.	Автомобильный транспорт	200
6. Авиационный транспорт		1000
7.	Человек	100
8.	Веломобиль	10
9.	Пчела	200
	186

Скорость доставки грузов и пассажиров, исключительная мобильность (доставка от крыльца до крыльца), высокая комфортабельность автомобильного транспорта стоят повышенного расхода энергоносителя.

Представляет интерес, какая же доля топлива от общего расхода топлива затрачивается на движение автомобиля. По данным НАМИ эта величина находится в пределах 12–20 % (табл. 70).

Таблица 70

Топливный баланс современного грузового автомобиля с бензиновым ДВС при езде по смешанному циклу

	Составляющие расхода топлива	Доля общего
		расхода
	Тепловые потери:
	с отработавшими газами	33
	в систему охлаждения	29
	Механические и гидравлические потери:
	на трение в двигателе	7
	гидравлические в двигателе	6
	в трансмиссии	3
	Непроизводительная работа двигателя:
	на режиме холостого хода	4
	на принудительном холостом ходу	3,5
	Потери на привод вспомогательных агрегатов
	генератор	0,5
	компрессор	0,5
	водяной насос	0,5
	вентилятор	0,5
	На получение полезной мощности на колесах	12,5

Таким образом, лучшие модели автомобилей только 1/5 часть топлива могут расходовать на полезную работу, связанную с перевозкой грузов или пассажиров. Но имеется еще целый ряд технических, экономических и организационных факторов, которые в процессе эксплуатации могут значительно снизить этот показатель.

К настоящему времени проведено большое количество исследований и накоплен опыт по вопросам расходования топлив и масел, как в нашей стране, так и за рубежом. Определены основные мероприятия, направленные на экономию топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте.

187

6.1. Мероприятия, выполняемые при производстве подвижного состава

Одним из основных направлений здесь является совершенствование структуры подвижного состава, так как только такой подход может обеспечить выбор подвижного состава, соответствующего перевозимому грузу. Это позволит значительно снизить расход топлива на единицу перевозимого груза, улучшить технико-экономические показатели работы автомобилей, что снизит расход топлива.

Другим направлением этих мероприятий является повышение топливной экономичности автомобилей за счет совершенствования конструкции, замены бензиновых ДВС дизельными, снижение металлоемкости и др.

Внастоящее время все производители транспортных средств значительное внимание уделяют совершенствованию рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания, разработке и созданию принципиально новых конструкций.

Повысить индикаторный КПД дизельного двигателя можно, реализовав ряд мероприятий, основными из которых являются оптимизация процесса впрыска топлива и улучшение смесеобразования. Для оптимизации впрыска топлива момент впрыска и его продолжительность устанавливаются в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя. Улучшение смесеобразования достигается подбором оптимальных давлений распыления, формой камеры сгорания и ее расположением, применением наддува воздуха.

Внастоящее время ведутся работы по созданию двигателя без системы охлаждения (адиабатный двигатель). Такой двигатель имеет повышенный индикаторный КПД, кроме того, появляется возможность использовать энергию отработавших газов, которые имеют высокую температуру, например, направляя их на турбину, связанную с колесами автомобиля.

Повысить индикаторный КПД бензинового двигателя можно за счет улучшения состава смеси, повышения степени сжатия и оптимизации угла опережения зажигания. Например, для обеспечения работы на обедненных смесях применяется рабочий процесс с расслоением заряда: создание богатой смеси в зоне свечи, которая загорается в первую очередь и поджигает основной заряд, обеспечивая его устойчивое горение.

Впроцессе движения автомобиля происходит изменение различных видов сопротивлений, поэтому при разработке новых конструкций отыскивают пути оптимального их снижения так, чтобы требуемая мощность двигателя была минимальной, и он работал в самом экономичном режиме.

Правильный выбор типа шин и соблюдение установленного внутреннего давления воздуха в них являются важными факторами, влияющими на уменьшение расхода топлива. Снижение сопротивления качения у

188

низкопрофильных шин очень значительное, поэтому применение низкопрофильных шин способствует повышению топливной экономичности автомобиля.

6.2. Мероприятия выполняемые при эксплуатации автотранспорта

В общем случае движения автомобиля по дороге расход топлива определяется исходя из топливного баланса.

Наибольшее изменения затрат энергии по данным многих исследований происходит при преодолении сопротивления качению и аэродинамическое сопротивление.

Исследования, проведенные по инициативе английского журнала «Аутокар» на серийном автомобиле «Форд Капри 2,09», показывают, какое влияние на расход топлива оказывают отклонения отдельных параметров от нормальных значений для данной модели. Нормальное давление 0,169 МПа в передних шинах и 0,190 МПа в задних было снижено до 0,098 МПа и 0,120 МПа соответственно. При этом не было обнаружено большого изменения формы шины, не изменилась и управляемость автомобиля. Влияние на изменение расхода топлива также было очень небольшим – увеличение на 0,26 л/100 км. Разгон, однако, ухудшился на 11 %. Более важным является рост вероятности повышенного износа шин из-за увеличения деформации их боковин и как следствие этого – их нагрева.

Открытые боковые окна значительно ухудшают аэродинамическое обтекание кузова автомобиля, образуются завихрения, что при езде на большой скорости вызывает еще и неприятный шум. Расход топлива увеличивается на 0,66 л/100 км, а время разгона – на 5 %.

Багажник на крыше, даже незагруженный, значительно ухудшает аэродинамику автомобиля, вызывая увеличение расхода топлива на 0,81 л/100 км и времени разгона на 9 %. Багажник с четырьмя большими чемоданами, накрытыми брезентом, увеличивает расход топлива на 2,6 л/100 км, а время разгона – на 27 %, поэтому багажник на крыше рекомендуется использовать лишь в крайних случаях.

Открытый сдвижной люк на крыше вызывает большие потери главным образом при малой скорости движения. При больших скоростях автомобиля в месте над головой водителя возникает разрежение, и обтекание воздухом кузова в районе крыши практически не нарушается. Возникавший лишь небольшой уровень шума свидетельствовал об аэродинамически хорошо спроектированном люке автомобиля «Форд Капри». Расход топлива увеличился на 0,33 л/100 км, а разгон ухудшился на 4,5 %.

Техническое состояние системы питания и зажигания также увеличивает расход топлива и время разгона автомобиля. Использование свечей зажигания, выработавших нормативный ресурс, увеличивает расход топ-

189

лива на 0,66 л/100 км, время разгона – на 7 %; увеличение опережения зажигания на 7° поворота коленчатого вала – на 0,68 л/100 км; время разгона

– на 11 %; уменьшение опережения зажигания на 7° угла поворота коленчатого вала увеличивает расход топлива на 0,98 л/100 км к время разгона автомобиля на 43 %. Увеличенный зазор контактов прерывателя на 0,18 мм приводит к дополнительному расходу топлива на 0,77 л/100 км и увеличивает время разгона автомобиля на 8 %.

Подача горячего воздуха в двигатель летом ведет к увеличению расхода топлива на 0,34 л/100 км и времени разгона на 7,6 %. Засоренный воздушный фильтр увеличивает расход топлива на 0,66 л/100 км и время разгона на 5 %.

Многочисленные исследования, выполненные в России, показывают, что износ деталей влияет на расход топлива в меньшей степени, чем отклонения от номиналов в регулировке узлов и агрегатов автомобиля.

Износ цилиндропоршневой группы приводит к увеличению расхода топлива на 10–12 %, а нарушение регулировок – на 20–25 %.

Наибольшее увеличение расхода топлива вызывают отклонения от нормальных значений регулировки тормозных механизмов, подшипников ступиц колес, системы питания топливом, углов установки колес, неисправности системы зажигания.

Из-за неправильной регулировки тормозов и подшипников ступиц колес расход топлива увеличивается на 10–20%, углов установки колес – на 5–10 %. Пониженное давление воздуха в шинах на 0,05 МПа вызывает перерасход топлива на 4–5 %. Отклонения в регулировке карбюратора увеличивают расход топлива на 15–25 %. Загрязненный воздушный фильтр выше допустимых пределов увеличивает расход топлива на 4–5 %. Не работает одна свеча в восьмицилиндровом двигателе – увеличивается расход топлива на 15–18 %, то же в шестицилиндровом – на 25 %. Неисправна одна форсунка в дизеле – расход увеличивается на 25–39 %.

Увеличение расхода моторных масел происходит из-за недостаточного контроля за показателями качества работающих масел в процессе технической эксплуатации транспортных средств. Замена масел, не утративших моющих, диспергирующих свойств и щелочного числа значительно увеличивает его расход на транспортную работу.

6.3.Мероприятия выполняемые при производстве, хранении

итранспортировании эксплуатационных материалов

Показатели качества топлива в отдельных случаях могут иметь отклонения от требований стандарта. Использование топлива и смазочных материалов, имеющих отклонения от стандарта, приводит к снижению ресурса узлов и агрегатов на 10–15 %, увеличивает затраты на техническое обслуживание и ремонт на 15–20 %, увеличивает расход топлива.

190