2567

В природных условиях большинство металлов находятся в связанном состоянии в виде оксидов или солей. Следовательно, для них это состояние является термодинамически наиболее устойчивым. Для того чтобы из природных соединений получить металлы или сплавы, которые используются как конструкционные материалы, нужно затратить энергию. Таким образом, в промышленных условиях большинство металлов и сплавовнаходятся в термодинамически неустойчивом состоянии, что особенно важно при контакте с веществами, содержащими агрессивныепримеси, например, содержащиеся в сжиженном нефтяном газе сера и ее соединения. Свойство металловперейти из металлического в ионное состояние характеризуется величиной уменьшения свободной энергии и составляетсущность процессов химической коррозии.

Образование продуктов коррозии осуществляется в результате протекания ряда последовательных и параллельных реакций. На рисунке 1 представлена схема образования сплошной оксидной пленки при окислении металла кислородом из газовой фазы.

Процесс окисления металла протекает в несколько стадий:

1)ионизация металла и переход его в форме ионов и электронов в слой оксида;

2)перемещение ионов металла Меn+ и электронов в слое оксида;

3)перенос кислорода из газового потока к поверхности оксида;

4)адсорбция кислорода на поверхности;

5)превращение адсорбированного кислорода в ион О2–;

6)перемещение ионов кислорода О2– в слое оксида;

7)реакция образования оксида.

На поверхностях стальных изделий возможно образование следующих соединений:

-закись железа FeO;

-закись-окись железа Fе3O4;

-оксид железа Fe2O3.

Все эти соединения обнаружены в отложениях на внутренней поверхности автомобильного газового баллона после 5 лет эксплуатации (рисунок 2). Масса отложений составила около 3,5 кг.

Непосредственно к металлу примыкает закись железа FeO, далее следуют оксид железа IV Fе3O4 и оксид железа III Fe2O3. Отрываясь от поверхностей металлов частицы оксидов закупоривают фильтрующие элементы, тем самым уменьшая срок их службы. Соотношение толщин оксидов FeO: Fе3O4: Fe2O3 близко к 100:10:1[2].

Температура оказывает значительное влияние на процессы газовой коррозии.

При окислении металловмогут наблюдаться случаи, когда при невысоких температурах процесс идет вкинетической области, т.е.

359

лимитируется скоростью химической реакции. При повышении температуры коэффициент скорости химической реакции возрастает внесколько раз быстрее, чем коэффициентдиффузии. Это приводитк тому, что при определенной температуре скорость химической реакции уравнивается со скоростью диффузии, а потом и превышает ее, это происходит при достаточно высоких температурах.

Если парциальное давление окислителя ниже давления диссоциации образующего соединения, то термодинамическое окисление металла прекращается. Если окисление металла лимитируется химической реакцией, то скорость коррозии увеличивается пропорционально корню квадратному от величины давления кислорода. Если скорость реакции определяется процессом диффузии в защитной пленке, то четкой зависимости от давления газа не наблюдается.

Большое влияние оказывают примеси. Присутствие в среде СО2, SO2, паров воды вызывает повышение скорости газовой коррозии низкоуглеродистой стали в 1,3-2,0 раза. При увеличении содержания оксида углерода СО – скорость окисления стали понижается. Это явление связывают с тем, что при большом содержании СО на границе "сталь-газ" устанавливается равновесие: 2СО С + СО2.

Образующийся при этом атомарный углерод диффундирует в сталь с образованием карбида железа – цементита. Происходит науглероживание стали и от поверхности отрываются крупные твердые частицы (рисунок 3).

Необходимо заметить, что карбиды имеют достаточно высокую твердость и при попадании частиц карбидов к трущимся деталям двигателя процесс износа интенсифицируется (рисунок 4).

Аналогичный процесс при высоких температурах может иметь место и в атмосфере углеводородов. Например, в среде метана устанавливается

Подобные процессы характерны для системы "газовый баллон – сжиженный углеводородный газ".

360

Таким образом, чтобы снизить негативное воздействие агрессивных веществ, содержащихся в газе, на стальные элементы системы питания и самого двигателя необходимо:

- чтобы газовое топливо по составу и количеству примесей соответствовало ГОСТ Р 52087-2003;

-по возможности использовать коррозионностойкие материалы для изготовления элементов системы питания;

-своевременно проводить работы по обслуживанию газовой системы питания автомобиля.

Библиографический список

1.Певнев Н.Г. Техническая эксплуатация газобаллонных автомобилей: Учебное пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2002. – 219 с.

2.Семенова В.И. Коррозия и защита от коррозии: Учебное пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.–336с.

3.ГОСТ Р52087-2003. Газы углеводородные сжиженные дляавтомобильноготранспорта.

Научный руководитель канд. техн. наук, доцент В.И. Рудских

УДК 621.439:629.114.5

ПРИЧИНЫ ИЗНОСА ВЫПУСКНЫХ КЛАПАНОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Д.А. Фоменко, аспирант Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск

Одним из важнейших вопросов, стоящихперед автомобильным транспортом, является повышение эксплуатационной надежности автомобилей, и снижение затратна их содержание. Решение этой проблемы, с

361

одной стороны, обеспечивается автомобильной промышленностью за счет выпуска автомобилей с большей надежностью и ремонтопригодностью, с другой стороны– совершенствованием методов технической эксплуатации автомобилей.

Вавтомобильной промышленности наблюдается тенденция к усложнению конструкции автомобилей (в результате установки дополнительных агрегатов, механизмов и устройств), обусловленная необходимостью повышения производительности, комфортабельности, экономичности и других свойств, однако одновременно вызывающая увеличение затрат на техническое обслуживание и ремонт.

Вэтих условиях одним из решений вопроса повышения надежности автомобилей при приемлемых затратах на их эксплуатацию является совершенствование методов технической эксплуатации автомобилей, в том числе и технического обслуживания [1].

Известны преимущества сказывающиеся на увеличение срока службы газобаллонного автомобиля (ГБА) по сравнению с бензиновым:

увеличение срока службы свечей зажигания - в 1,5 раза;

увеличение срока службы моторного масла- в 1,4 раза;

повышение моторесурса двигателя –в 1,6 раза;

улучшение условий смазкитрущейсяпары цилиндр-поршневыекольца;

полное сгорание газовой смеси без образования нагара на поршнях, клапанах и свечах зажигания;

устранениевозможностидетонации(работадвигателястановится"мягче"). Недостатки:

увеличение металлоемкости автомобиля на 30 — 40 кг;

незначительное увеличение расхода потребляемого газа в литрах по сравнению с бензином;

затруднения с пуском холодного двигателя;

снижение мощности двигателя приблизительно на 7%;

преждевременный износ выпускных клапанов.

Цель работы - выявление причин ускоренного износа выпускных клапанов при эксплуатации автомобиля на газообразном топливе.

Общепринятым стал термин «прогорания клапанов», хотя в случае с газовым топливом с этим трудно согласится. Более правильным было бы обозначить эту проблему как «проседание клапана» в результате износа седла. При прочих равных условиях работы двигателя, проблему можно обозначить в различии сгорания бензина и газа (температура, скорость горения), а также влияние продуктов сгорания и примесей на износ впускных и выпускных клапанов рисунок 1.

Выпускные клапаны,посравнениюсо впускными,большеподвергаются воздействиютемпературы. При номинальной нагрузкедвигателя,седла

362

впускныхи выпускныхклапановработаютпритемпературахоколо 300º и350º, тогдакактарелкиклапановинагреваются до850ºСдажеприработедвигателя набензине. Поэтому, какнабензине,таки нагазу,обычнострадаютвыпускные клапаны. Прежде всего,следуетсказать,чтоосновное охлаждение клапанов происходитврезультате теплоотдачипри контакте тарелки клапанасседлом. Чемлучшепроисходиттеплообменмежду клапаном иседлом,а также теплоотвод черезсистемуохлаждения головкиблокацилиндров, тем ниже температура всехдеталейдвигателя.Газообразное топливо, вслучае с высокоочищеннойпропан-бутановойсмесьюилиметаном,сгораетполностью безобразования углеродистыхостатков. Вслучаесбензином такиеостатки формируюттонкуюпленкунаповерхностяхсоприкосновения клапанас седлом изащищаютихотизноса.Деловтом,чтосампо себебензинсодержит маслянистые примеси углеводородов, крометого,для улучшения его качеств добавляются присадки (красители,антиоксиданты,ингибиторы коррозии, моющиевещества,добавкидля повышенияоктанового числа). Напротив,на газу, припрямомконтактеметаллических поверхностейиболее высокой температурепроисходитмикроплавлениенасоприкасающихся поверхностяхс последующим окислением продуктовплавленияи образованиемабразивной поверхности. Врезультатенаблюдается значительный износповерхностей и нарушаетсятеплообмен.

Рис. 1. Положение выпускного клапана до и после проседания

Проблема прогорания клапанов была решена для карбюраторных автомобилей, при помощи смешивания газа и бензина. На высоких нагрузках и при высокой частоте вращения коленчатого вала одновременная подача газа в первичную камеру карбюратора и бензина – во вторичную приводит к образованию бензогазовоздушной смеси, имеющей скорость горения, близкую к скорости горения бензовоздушной смеси [2].

Вывод: для уменьшения износа и увеличения ресурса двигателя с системой впрыска газа, необходимо комбинировать топлива (бензин и газ), т. е. одновременный впрыск обоих топлив, который позволит улучшить теплообмен клапана с седлом за счет образования маслянистой пленки, которая уменьшит абразивный износ.

Библиографический список

363

1.Лисин В.А. «Повышение эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей путем обоснования периодичности обслуживания двухтопливной системы питания». Диссертация кандидата технических наук, Оренбург 2005.

2.Трофимов А.В. «Повышение эксплуатационной надежности газобаллонных автомобилей за счет применения двухтопливной системы питания», Диссертация кандидата технических наук, Оренбург 2002.

Научный руководитель канд. техн. наук, доцент И.В. Хамов

УДК 629.113

К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ

Е.А. Черменина, аспирантка; В.Ф. Буторин, соискатель Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень

Повышение энергоэффективности при производстве продукции или услуг является приоритетным направлением развития государства. Сбережение топлива при эксплуатации транспортных средств, в процессе перевозок значительной части грузов и пассажиров не только в России, но и в мире является актуальной задачей.

Работу двигателя автомобиля можно разделить на несколько режимов, это пуск, прогрев двигателя, и работа по ездовому циклу.

Процессам пуска и прогрева двигателей автомобилей в условиях низких температур окружающего воздуха уделяется большое значение. От легкого запуска и быстрого прогрева зависят многие показатели работы автомобиля, такие как износ деталей двигателя, затраты топлива на прогрев, выбросы вредных веществ в процессе прогрева. Следовательно, необходимо понимание тех процессов, которые происходят в цилиндрах двигателя при пуске и прогреве.

Низкие температуры воздуха и связанное с ними охлаждение агрегатов и эксплуатационных материалов затрудняют пуск двигателей и ухудшают их экономичность. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур сопряжена с увеличением расхода топлива. При температуре воздуха 0 оС на пусковых оборотах коленчатого вала в цилиндры двигателя поступает в парообразном состоянии лишь 4 … 10 % топлива, а 90 … 96 % топлива скапливается в трубопроводах в виде жидкой фазы. Все это ведет к повышенному расходу топлива и токсичности отработавших газов.

В неблагоприятных погодных условиях при открытом хранении автомобиля суммарные потери топлива на пуск и прогрев двигателя доходят до 3 % общего его расхода.

364

Увеличение расхода топлива объясняется неполнотой сгорания, связанной с ухудшением испарения и распыления топлива, повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за ухудшения смазки, необходимостью дополнительных затрат топлива на прогревы двигателя, более длительной работой двигателя на пониженных и неустановившихся режимах (температурах), повышением аэродинамического сопротивления, обусловленного повышенной плотностью воздуха.

Надежный пуск холодного двигателя возможен при обогащении горючей смеси. Это объясняется тем, что ухудшается качество смеси из-за низких температур деталей двигателя, топлива и воздуха, низкой скорости воздуха проходящего через диффузор.

Для каждого типа двигателя при прочих равных условиях количество загрязняющих веществ, выделяемых в атмосферу, пропорционально расходу топлива. Поэтому экономия топлива одновременно по существу означает сокращение выброса токсичных веществ в атмосферу.

Особенно значительные расходы топлива связаны с прогревом двигателя, а также агрегатов трансмиссии и шин после длительной стоянки на открытой площадке при низкой температуре воздуха в процессе движения.

Увеличение расхода топливадвигателем объясняется ухудшением рабочих процессов, вызванным пониженным тепловым режимом. Холодный воздух имеет повышенную плотность, поэтому возрастаетмасса засасываемого воздуха. Плотность холодного топлива такжевыше, но выше его вязкость и ниже испаряемость, поэтому в целом горючая смесь оказывается обедненной. Холодная обедненная смесьгорит недостаточно интенсивно, топливо сгорает неполно, и, как следствие этого, увеличивается расход топлива.

Ездовой цикл транспортных средств на дорогах общего пользования состоит из следующих составляющих: работа двигателя на холостом ходу, разгон, установившееся движение, торможение. На долю простоя автомобиля на режиме холостого хода приходится от 18 до 40 % общего времени работы транспортного средства [1].

Исходя из проведенного анализа, возникает проблема интенсивного прогрева двигателя, снижения износа в период прогрева, экономии топливаво время прогрева и работе двигателя на режиме холостого хода. Для решения этой проблемы выдвигается следующая гипотеза.

Наиболее безболезненным и мягким с точки зрения износов является прогрев двигателя с использованием его внутренних резервов, а именно применением нагрузки от потребителей электрической энергии, установленных на автомобиле. Мощность этих потребителей (лампы фар ближнего, дальнего света, противотуманных фар, обогрева лобового и заднего стекла и т.д.) может составлять более 1 кВт. Кроме того, в качестве

365

нагрузки могут применяться дополнительные потребители, подключаемые в установленные в салоне электрические розетки.

Таким образом, включая в сеть потребители электрической энергии создается дополнительное сопротивление обмоткам генератора, который соединен с коленчатым валом двигателя по средствам ременной передачи. В результате генератор нагружает двигатель внутреннего сгорания. При нагружении ДВС частота вращения коленчатого вала двигателя снижается, и для выхода на заданное блоком управления количество оборотов коленчатого вала происходит увеличение подачи топлива. Большая доза топлива приводит к увеличению вводимого в цилиндр двигателя тепла и тем самым повышается его теплопроизводительность, способствующая большему темпу прогрева. При этом удельный расход топлива, измеряемый в килограммах в час, увеличивается, но в связи с сокращением времени прогрева двигателя его общее количество за период прогрева снижается.

Аналогичным образом можно предположить, что в период работы двигателя на режиме холостого хода расходуется топливо на преодоление сопротивлений, а именно потери на трение, насосные потери, потери на привод вспомогательного оборудования. К вспомогательному оборудованию, на которое затрачивается энергия топлива, относится, в том числе генератор, вырабатывающий электроэнергию для питания потребителей, таких как лампы фар и фонарей, обогрев стекла и т.д., причем суммарная мощность этих потребителей на автомобиле может доходить до 1 кВт.

В условиях темного времени суток или, если это предусмотрено конструкцией, постоянно на автомобиле включены фары ближнего света и иногда противотуманные фары. При стоянке водитель, какправило, держит ногу на педали тормоза, что включаетв работу стоп-сигналы. Суммарная мощностьэтих потребителей достигает220 Вт. При движении транспортного средства их включение оправдано необходимостью освещения участка дороги впереди автомобиля и подачи сигнала о снижении скорости транспортного средства. Однако, при стоянке или остановке транспортного средства на перекрестках, вожидании пассажиров на остановочных комплексах, в транспортных заторах и т.д.длясветовогообозначения автомобиля может быть достаточно включение габаритных огней. Таким образом, отключение перечисленных потребителей на режиме холостого хода приведет к некоторому снижениюрасхода топлива. Причем более чувствительны с точки зрения расхода топлива будут автомобилис малой мощностью двигателя.

Для подтверждения выдвинутой гипотезы были проведены пробные эксперименты, позволяющие сделать выводы о её состоятельности.

Первым этапом проведены пробные испытания автомобиляFord S-max с использованиемадаптераOBD-II, работающего всистемаCAN. Прогрев

366

проводился вдвух вариантах:без создания дополнительной нагрузки двигателя и с включением следующих потребителей энергии– обогрев переднего и заднего стекла, лампы следующих фар:ближнего света,дальнего света, противотуманных передних и задних, габаритных огней, подогрева сидений водителя и пассажира на режим полной мощности, стоп-сигналы, плафоны подсветки номерного знака. Общая мощность включенных на период прогрева потребителей составила 960 Вт. Прогрев проводился при температуре двигателя-16°С до температуры охлаждающей жидкости 40°С.

Вторым этапом были проведены пробные испытания на двух автомобиляхFord S-max с мощностью двигателя 106,6 кВт и автомобилеFord Focus с мощностью двигателя 74,6кВт. Автомобили были прогреты до температуры 90-91˚С. Температура окружающего воздуха составляла–23˚С. Была проведена серия издвух испытаний при включенных габаритных огнях и при включенных габаритных огнях, лампах фар ближнего света, противотуманных фар, лампах стоп-сигналов. Суммарная мощность этих потребителей на перечисленных автомобилях составила 220 Вт. Экспериментальные исследования проводились с помощью адаптераOBD-II, работающего в системеCAN. Использовалось программное обеспечение

Check-Engine OBD-II CAN.

При обработке данных первого эксперимента выяснилось, что средний расход топлива за прогрев при использовании потребителей энергии в качестве нагрузки снизился на 8%. При этом время на прогрев двигателя сократилось на 39%. Удельный расход топлива вырос на 30 %.

При обработке данных второго эксперимента выявилось, что среднее значение часового расхода топлива при работе двигателя автомобиля Ford Focus без нагрузки от потребителей электрической энергии составило 0,632 кг/ч., среднее значение часового расхода топлива при работе двигателя автомобиля Ford Focus под нагрузкой от потребителей электрической энергии составило 0,721 кг/ч. На автомобиле Ford S-max составили соответственно 0,684 и 0,743 кг/ч.

Разница в расходе топлива у первого автомобиля составила 89 г/ч, у второго автомобиля 59 г/ч. Таким образом, можно сделать вывод, что отключение потребителей энергии при простое автомобиля на режиме холостого хода двигателя позволяетэкономить до 12% топлива на автомобиле мощностьюдвигателя 74,6 кВт. На автомобиле мощностью двигателя 106,6 кВт до 8%.

Полученные результаты являются предварительными. Они позволяют оправдать намеченное направление исследования и требуют глубокой теоретической проработки.

Библиографический список

1. Анисимов И.А.,ЧерменинаЕ.А. //Исследование временипростояавтомобилейнарежиме холостого хода//Материалывсероссийскойнаучно-практическойконференции «Новые

367

технологии–нефтегазовомурегиону», Тюмень, ТюмГНГУ, 2010г.–с. 170-172.

Научный руководитель канд. техн. наук, доцент И.А. Анисимов

УДК 629.113

ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПЕРЕВОДА АВТОБУСОВ «ТПАТП №2» ГОРОДА ТЮМЕНИ НА ГАЗОВОЕ ТОПЛИВО

Л.В. Чернышова, студентка Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень

Увеличение энергопотребления, загрязнение окружающей среды, истощение запасов нефти заставляют развитые страны мира искать выход из сложившейся ситуации.

В России на данный момент основным нормативно-правовым документом по проблеме повышения эффективности использования энергоресурсов остается принятый Государственной думой РФ Федеральный закон № 261-ФЗ от 23.11.2009г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности). В соответствии с данным ФЗ Тюменская городская Дума утвердила долгосрочную целевую программу «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в муниципальном образовании городской округ город Тюмень «Энергоэффективный город» на период 2010-2020 годы». Одной из задач программы является «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на транспортном комплексе», предусматривающей рост доли высокоэкономичных транспортных средств, развитие общественного транспорта и замещение жидкого топлива, используемого транспортными средствами в качестве моторного топлива, природным газом или биогазом.

Решению данной задачи способствует более широкое применение на автомобильном транспорте газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе.

Использование компримированного (сжатого) природного газа (КПГ) в качестве моторного топлива на автомобильном транспорте позволяет более рационально использовать изменяющуюся в настоящее время инфраструктуру топливно-энергетического комплекса России, сократить потребление нефтяного топлива в условиях снижения добычи нефти, значительно ускорить решение проблемы защиты окружающей среды от вредных воздействий автомобильного транспорта, особенно в неблагоприятных в экологическом отношении районах страны и в крупных городах.

368