1499

Ю. П. МАКУШЕВ

АВТОМОБИЛЬНЫЕ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2

Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Ю.П. Макушев

АВТОМОБИЛЬНЫЕ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Учебное пособие

Омск Издательство СибАДИ

2006

3

УДК 656.1(075)

ББК 30.82.73

М 17

Рецензенты д-р техн. наук, проф. В.Р.Ведрученко (ОмГУПС),

д-р техн. наук, проф. В.В. Сыркин (СибАДИ)

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия по дисциплине «Автомобильные эксплуатационные материалы» для студентов очного и заочного обучения по специальностям 140501, 190201, 190601, 190603, 190205, 190702.

Макушев Ю.П. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебное пособие.

–Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. – 58 с.

Вучебном пособии приведены материалы по основным разделам дисциплин «Автомобильные эксплуатационные материалы» и «Химмотология». В пособии приведены физические свойства жидкостей и газов, технология получения моторных топлив, смазочных материалов и технических жидкостей. Особое внимание уделено влиянию фракционного состава, детонационной стойкости, способности самовоспламенения, давления насыщенных паров на эксплуатационные свойства топлив. Уделено внимание отечественной и зарубежной маркировке эксплуатационных материалов, оценке качества моторных масел, консистентных смазок, антифризов и жидкостей для тормозных систем.

Рассмотрены альтернативные виды топлив (газ, водород), пути снижения расхода топлива, нормирование расхода топлив и смазочных материалов, топливные элементы.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Двигатели внутреннего сгорания» (140501), «Автомобиле- и тракторостроение» (190201), «Автомобили и автомобильное хозяйство» (190601), «Сервис транспортных, технологических машин и оборудования» (190603), «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» (190205), «Организация и безопасность движения» (190702), и может быть полезным студентам технических колледжей.

Табл. 25. Ил. 14. Библиогр.: 10 назв.

2006

4

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение……………………………………………………………………….4

1.Физические свойства жидкостей и газов……………………………….5

2.Нефть – основной источник получения топлив и смазочных материалов…………………………………………………………….…...8

3.Эксплуатационные требования к топливам………………………….12

3.1.Способы повышения детонационной стойкости бензинов………..12

3.2.Процесс сгорания бензина…………………………………….……..14

3.3.Процесс сгорания дизельного топлива………………………….…..16

4.Моторные топлива………………………………………………………..19

4.1.Бензины………………………………………………………………..19

4.2.Дизельные топлива…………………………………………….……..25

5.Моторные масла…………………………………………………………..29

6.Трансмиссионные масла…………………………………………………36

7.Пластичные смазки……………………………………………….……...40

8.Альтернативные топлива………………………………………………..44

8.1.Сжиженные газы……………………………………………………...44

8.2.Применение водорода………………………………………………..47

8.3.Основные пути снижения расхода топлива………………………...48

9.Охлаждающие жидкости………………………………………………...49

10.Специальные жидкости………………………………………………...51

10.1.Жидкости для тормозных систем…………………………………..51

10.2.Жидкости для амортизаторов……………………………….……...52

10.3.Пусковые жидкости…………………………………………………53

11.Нормирование расхода топлив и смазочных материалов…………54

11.1.Признаки старения масла…………………………………………...55

11.2.Нормирование расхода топлива……………………………………56

Библиографический список ……………………………………………...58

5

ВВЕДЕНИЕ

ВРоссии эксплуатируется более 30 млн единиц мобильных транспортных машин c двигателями внутреннего сгорания, среди которых около 20 млн автомобилей. На автомобильный транспорт приходится более 50 % грузовых и пассажирских перевозок. Для привода в движение автомобилей

идругой техники используют в основном двигатели внутреннего сгорания. При производстве современных двигателей используют высокопрочные материалы, полимеры, новейшие технологии, компьютерную технику, электронное управление процессом сгорания топлива. Несмотря на достижения науки и техники современные двигатели внутреннего сгорания являются основным источником загрязнения атмосферы, имеют повышенный расход топлива и смазочных материалов.

Несовершенство двигателей, низкое качество топлив, смазочных материалов, тяжелые условия эксплуатации, недостаточный уровень сервиса повышают требования к инженерам и специалистам, работающим в области конструирования, производства и обслуживания машин.

Предполагается обеспечить значительное повышение экономичности двигателей путем широкого применения микропроцессорной техники, использования систем смесеобразования с повышенным до 200 МПа давлением впрыска топлива, улучшение качества топлива.

Всвязи с сокращением запасов нефти ведется поиск альтернативных топлив и новых методов преобразования любого вида энергии в механическую работу (топливные элементы).

Современный инженер должен знать новейшие технологии получения высококачественных топлив, смазочных материалов и технических жидкостей, их физико-химические, эксплуатационные и экологические свойства, требования к ним, передовой опыт, нормативные документы, классификацию, способы экономии, правила хранения, технику безопасности.

Специалист должен приобрести навыки экспресс-анализа, уметь определить вид эксплуатационного материала, его токсичность, взрывоопасность, сопоставлять отечественную и зарубежную маркировку, определять расход топлива при работе двигателя.

Вучебном пособии приведены материалы, охватывающие основные разделы курсов «Автомобильные эксплуатационные материалы», «Химмотология». Целью учебного пособия является формирование знаний у студентов технических специальностей в области теории и практики рационального использования моторных топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей.

6

1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Плотность – это физическая величина, характеризующая содержание массы вещества в единице объёма. Плотность (кг/м3) определяется как отношение массы вещества к единице объема:

Для воды при 20 0С плотность равна 1000 кг/м3, плотность моторного

масла – примерно 900 кг/м3, дизельного топлива – 850 кг/м3, бензина – 750 кг/м3.

Давление – это физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на поверхность тела. Давление (Н/м2, Па) определяется отношением нормальной силы к единице площади:

1 техническая атмосфера = 1кгс/см2 = 0,98·105 Па = 0,1 МПа = 736 мм рт.ст. = 10 м водяного столба. На рис. 1.1 показаны виды давлений.

Давление может быть атмосферным, избыточным, абсолютным, вакуумметрическим. Недостаток давления до атмосферного называют вакуумметрическим. Давление больше атмосферного является избыточным.

Давление насыщенных паров – давление, при котором жидкость и газ находятся в термодинамическом равновесии, жидкость не испаряется, газ не конденсируется. Его можно определить как давление, при котором жидкость вскипает при данной температуре.

Для бензинов при t = 38 0С давление насыщенных паров должно быть не более 0,067 МПа (летний бензин) и не более 0,093 МПа (зимний). Но-

7

вый ГОСТ Р 51105-97 бензины разделяет на 5 групп по величине давления насыщенных паров.

Вязкость – способность жидкости оказывать сопротивление при относительном движении её слоёв. Согласно закону Ньютона сила внутреннего трения между слоями жидкости определяется выражением

где μ – коэффициент динамической вязкости (Н·с/м2 = Па·с); S – площадь соприкасающихся слоёв, м2;

Δν/Δx – градиент скорости, 1/с.

Кинематическая вязкость. υ = μ/ =м2/с, для воды 1·10-6 м2/с. Вяз-

кость измеряют в стоксах или сантистоксах (1Ст = 1см2/с; 1сСт = 1мм2/с). Эталоном кинематической вязкости в 1 cСт является дистиллированная вода при 20 0С. Вязкость любой жидкости можно определить при помощи капиллярного вискозиметра (рис. 1.2). Он представляет собой U-образную прозрачную трубку с капилляром, над которым расположены две шарообразных емкости. В начале и конце нижней емкости расположены метки М1 и М2, по которым определяют время перетекания жидкости. Например, время Δτ = 10 с, а постоянная прибора С = 0,1 мм2/с2. Кинематическую вязкость в сСт (мм2/с) находят по формуле

ν = С·Δτ = 10·0,1 = 1 мм2/с или 1 сСт.

Определив кинематичекую вязкость в м2/с, можно оценить динамическую вязкость в Па.с. Для этого величину кинематической вязкости умножают на плотность жидкости в кг/м3.

Расход жидкости или газа – это количество жидкости (газа), протекающее за единицу времени через данное живое сечение. Различают расход объёмный (м3/с) и массовый (кг/с).

Q = V/t – объёмный;

(1.4)

М = m/t – массовый.

Сжимаемость жидкости – её способность уменьшаться в объёме при

повышении давления. Оценивается коэффициентом объёмного сжатия

(м2/Н):

8

где V – первоначальный объём системы; ΔV – изменение объёма;

ΔP – изменение давления.

Величина, обратная β, – модуль упругости К = 1/β. Для воды К=2·109 Н/м2.

В любой замкнутой системе (насос, цилиндр) создаваемое давление определяется по формуле

тан переходит в газообразное состояние. Данное свойство газов используется при создании систем питания двигателей, работающих на сжиженном газе (пропан-бутановая смесь газа).

Свойства топлив и смазочных материалов условно разделяются на три группы: физико-химические, эксплуатационные и экологические. К физи- ко-химическим относят свойства, определяемые в лабораторных условиях, например, плотность, вязкость, испаряемость, октановое и цетановое числа топлив, теплота сгорания [9]. К эксплуатационным относят свойства, проявляемые непосредственно в двигателе, например, детонационная стойкость бензина, склонность топлива к образованию нагара, износостойкость деталей. К экологическим относят свойства, оказывающие влияние на окружающую среду, например, загрязнение воздуха отработавшими газами, пожароопасность и взрывоопасность.

9

2. НЕФТЬ – ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВ И СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Нефть – это углеводородное топливо, состоящее из серы, кислорода,

азота (1 … 3 %), углерода (83 … 87 %), водорода (12 … 14 %).

Нефть (от перс. просачиваться) – горючая маслянистая жидкость темного цвета, плотность ρ= 800 … 900 кг/м3, теплота сгорания 42…44 МДж/кг (1кал=4,18 Дж). За 150 лет (1850 … 2000) из земли было добыто 70·109 т нефти. Объем добытой нефти часто приводят в баррелях (1 баррель нефти = 158,9 л).

Впервые в России в городе Моздоке братьями Дубиниными в 1823 г. была создана установка для переработки нефти. Основной продукцией установки был керосин. Установка имела подогреваемый котел с нефтью и холодильник (емкость с водой) для конденсации паров топлива.

Испаряемость характеризуется скоростью перехода топлива из жидкой фазы в газообразную. Нефть не имеет постоянной температуры кипения.

Разделить нефть на отдельные фракции (части), виды топлив (бензин, керосин, газойль, соляр) можно методом прямой перегонки [1,2]. Нефть нагревают до 400 0С и направляют в разделительную (ректификационную) колонну. Колонна имеет диаметр примерно 2 м и высоту 25 м. В колонне имеются разделительные тарелки с отверстиями в виде цилиндров. На цилиндры установлены колпачки с прорезями для прохода паров топлив. Самые легкие фракции – пары бензинов – достигают верхних тарелок и там конденсируются и отводятся в отдельные емкости, более тяжелые оседают на нижних тарелках (рис. 2.1, 2.2).

Самая тяжелая фракция (мазут) снова нагревается и направляется в другую колонну, работающую под разрежением. Давление в колонне снижают до 0,1 атм для того, чтобы мазут кипел и испарялся при меньшей температуре и разделялся на легкие, средние и тяжелые масла (веретённый, машинный, цилиндровый).

Диапазоны выкипания:

бензин 35 … 200 0С, лигроин 110 … 230 0С, керосин 140 … 300 0С, га-

зойль 236 … 330 0С, соляр 286 … 380 0С, масла 320 … 500 0С.

Лигроин + керосин = реактивное топливо для самолётов. Керосин + газойль = лёгкое дизельное топливо для автомобилей. Газойль + соляр = дизельное топливо для тракторов.

Соляр – для тепловозов и судовых двигателей.

Химмотология (от химия, мото и логия) – наука, изучающая свойства, качество, рациональное использование горючих топлив и смазочных материалов в технике.

10

Рис. 2.1. Комплексная атмосферно-вакуумная установка переработки нефти: 1 – трубчатая печь; 2 и 5 – ректификационные колонны; 3 – холодильник; 4 – кон- денсатор-газоотделитель; 6 – теплообменник; 7 – насос; 8 – испарительная колонна

Рис. 2.2. Схема ректификационной колонны и её принцип действия: 1 – приспособление для ввода водяного пара; 2 – труба (ввод паров нефти и её неиспарившейся части); 3 – приспособление для ввода орошения; 4 – труба для отвода лёгкокипящих фракций с испарившимся оросителем; 5

– металлические тарелки; 6 – отверстия в тарелках; 7 – колпачки с прорезями; 8 – сливная трубка

Химмотология к двигателям, топливам и смазочным материалам (ТСМ) предъявляет следующие требования [3]:

1.Технические (надёжность, долговечность, высокий моторесурс).

11