Вопрос 1
Какие марки бензинов выпускаются для современных карбюраторных двигателей и их основные характеристики?
Основными марками бензина, вырабатываемого в России, являются А-76, А-80, А-92, АИ-91, АИ-93, АИ-95 и АИ-95 «Экстра». Причем автомобильные бензины АИ-91, АИ-95, АИ-95 «Экстра» выпускаются только неэтилированными с содержанием свинца не более 0,01 г на 1 дм3. Бензины остальных марок могут быть как этилированными, так и неэтилированными. Бензины А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95 изготавливаются зимнего и летнего видов.
Применение того или иного сорта бензина определяется конструктивными особенностями двигателей внутреннего сгорания, а также условиями, в которых они эксплуатируются.
Автомобильный бензин марки А-72 неэтилированный бензин низкого качества с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин и антиокислительные присадки. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 72, октановое число по исследовательскому методу не нормируется.
Автомобильный бензин марки А-76 – бензин низкого качества. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин, антиокислительные и антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина для использования в сельском хозяйстве. А-76 производят этилированный (желтого цвета) с содержанием свинца не более 0,17 г/л и неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 76, а по исследовательскому методу не нормируется, но обычно близко к 80.
Автомобильный бензин марки А-80 – бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – не более 0,05%. Плотность – не более 0,755 г/см. Октановое число по моторному методу – 76, а по исследовательскому методу – 80. Фактически – это бензин марки А-80 с немного улучшенными характеристиками.
Автомобильный бензин марки А-92 – бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина в крупных городах России. Производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – в бензине не более 0,05%. Плотность – не более 0,77 г/смА-923. Октановое число по моторному методу – 83, а по исследовательскому методу – 92.
Автомобильный бензин марки АИ-91 – бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – не более 0,1%. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу– 82,5, а по исследовательскому методу – 91.
Автомобильный бензин марки АИ-93 – бензин обычного качества. Этилированный АИ-93 готовят на основе бензина каталитического риформинга мягкого режима, с добавлением толуола и алкилбензина. Для повышения давления паров добавляют фракцию прямой перегонки с температурой кипения до 62° С или бутан-бутиленовую фракцию. Неэтилированный АИ-93 готовят на основе бензина каталитического риформинга жесткого режима с добавлением алкилбензина, изопентана и бутан-бутиленовой фракции. Содержит антидетонационные присадки. АИ-93 производят этилированный (оранжево-красного цвета) с содержанием свинца не более 0,37 г/л и неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – не более 0,1%. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу равно 85, а по исследовательскому методу – 93. Специально для экспорта производился этилированный АИ-93 без добавления красителя, с содержанием свинца не более 0,15 г/л и серы не более 0,001%.
Автомобильный бензин марки АИ-95 – бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки. Производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 85, а по исследовательскому методу
Вопрос 2
Показатели, влияющие на подачу дизельного топлива по системе питания двигателя и образование топливовоздушной смеси.
Дизельные двигателя по сравнению с карбюраторными имеют преимущества: высокая экономичность, применение в качестве топлива более широких фракций нефти, лучшая приемистость и возможность перехода на режим с нагрузкой без полного прогрева, надежность и долговечность в эксплуатации.
Рабочий процесс отличается от рабочего процесса карбюраторного двигателя приготовлением и воспламенением топливовоздушной смеси. В дизельном двигателе топливо непосредственно впрыскивается в камеру сгорания, где находится воздух с высокой температурой и где практически одновременно происходят образование топливовоздушной смеси и ее самовоспламенение. Степень сжатия у дизельных двигателей составляет 14 – 20, коэффициент избытка воздуха 1,4 – 1,5.
Дизельное топливо должно иметь хорошие смесеобразующие свойства и воспламеняемость, должно обладать соответствующей вязкостью, должно иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающей среды. В дизельном топливе не допускается содержание сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды.
Для того, чтобы топливо самовоспламенялось, оно должно быть нагрето до определенной температуры, называемой температурой самовоспламенения. Она зависит от химического состава топлива и от внешних условий (давления, состава рабочей смеси, типа камеры сгорания). Наличие ароматических углеводородов в дизельном топливе, обладающих высокой устойчивостью к образованию перекисных соединений, вызывает увеличение периода задержки самовоспламенения, а вследствие этого жесткую работу двигателя.
Свойство дизельного топлива, характеризующее легкую или жесткую работу двигателя, оценивают по его самовоспламеняемости. Эту характеристику определяют путем сравнения работы стандартного двигателя на испытуемом и на эталонном топливах. Оценочным показателем служит цетановое число топлива. Цетановое число дизельного топлива представляет собой процентное содержание цетана в смеси с альфаметилнафталином, которое по самовоспламеняемости равноценна испытуемому в стандартном двигателе топливу. Цетан обладает малым периодом задержки воспламенения. Альфаметилнафталин представляет собой ароматический углеводород, обладающий большим периодом задержки воспламенения и вызывает очень жесткую работу двигателя.
Для получения дизельного топлива лучше использовать нефти алканового и алканоцикланового оснований, в дистиллятах которых содержание ароматических углеводородов относительно невысоко. Цетановое число дизельного топлива должно быть не менее 45 единиц. Применение топлива с меньшим цетановым числом приводит к увеличению периода задержки самовоспламенения и возникновению жесткой работы двигателя, применение топлива с цетановым числом выше 50 единиц нецелесообразно из-за уменьшения полноты сгорания топлива.
Для повышения цетанового числа дизельного топлива к нему прибавляют специальные высокоцетановые компоненты, например, соответствующие фракции жидкого топлива, получаемого в результате синтеза из оксида углерода и водорода. Для этого также вводят в топливо специальные присадки – перекиси углеводородов, нитросоединения – нитроалканы, изопропилнитрат. Однако при этом снижается стабильность топлива при хранении.
На процесс сгорания топлива значительное влияние оказывает конструктивные и эксплуатационные факторы. Положительное влияние оказывают повышение степени сжатия, а, следовательно, температура и давление воздуха в цилиндре двигателя. При этом снижается период задержки самовоспламенения, и двигатель работает более мягко.
Увеличение угла опережения впрыска топлива отрицательно сказывается на периоде задержки самовоспламенения, так как топливо поступает в менее сжатую и нагретую среду, и работа двигателя будет более жесткой. Если впрыскивание происходит очень рано, то за счет воспламенения и преждевременного сгорания части топлива может развиться значительное давление до прихода поршней в высшую мёртвую точку. Это вызывает потерю мощности двигателя.
При впрыскивании топлива в среду сжатого воздуха, которая нагрета до температуры 600 – 700° С, часть топлива самовоспламеняется, и процесс горения с выделением теплоты начинается еще до окончания цикловой подачи топлива. Образование топливовоздушной смеси протекает при более высокой температуре, чем в карбюраторном двигателе, которая повышается вследствие частичного совмещения процессов образования и сгорания топливовоздушной смеси.
Образование рабочей смеси в дизельном двигателе зависит от ряда факторов, основными из которых являются: температура и давление в камере сгорания, надежность подачи и степень распыливания топлива при впрыске, физико-химические свойства топлива.
Температура и давление в камере сгорания зависят от степени сжатия, охлаждения двигателя, частоты вращения коленчатого вала, наличия наддува. Надежность подачи топлива является необходимым предварительным условием правильного смесеобразования и сгорания. Механические примеси даже в небольшом количестве забивают фильтрующие элементы, вызывают износ плунжерных пар, корпуса и иглы распылителя форсунок, изготовленных с высокой точностью. Износ прецизионных деталей приводит к снижению давления и цикловой массовой подачи топлива, уменьшению давления впрыскивания, утечки топлива из-под иглы распылителя форсунок, что практически полностью нарушает работу двигателя. Содержание механических примесей в дизельном топливе не допускается.
Присутствие воды в топливе снижает надежность топливоподачи, ухудшает пуск двигателя, а при эксплуатации в зимнее время нарушает топливоподачу из-за образования в трубопроводах кристаллов льда. Поэтому содержание воды в дизельном топливе не допускается.
Под низкотемпературными свойствами топлив понимается их способность обеспечить работоспособность системы топливоподачи при отрицательных температурах. Монотонное повышение вязкости с уменьшением температуры характерно для ньютоновских жидкостей. При определенной низкой температуре вязкость становится большой и наступает вязкостное застывание.
Склонность топлив к образованию кристаллов и потере подвижности оценивают по температурам помутнения, кристаллизации и застывания. Температурой помутнения называют температуру, при которой теряется физическая однородность топлива вследствие образования микрокристаллов наиболее высокоплавких углеводородов и воды. Эта температура определяется по ГОСТ 5066-56, и значение ее у летнего топлива должно составлять не выше 5°С, зимнего – 35°С. Температура кристаллизации – температура, при которой кристаллы в топливе обнаруживаются невооруженным глазом. Температура застывания – температура, при которой происходит сращивание кристаллов и топливо теряет подвижность. Зимнее топливо должно иметь температуру застывания не выше 45°С, летнее – выше 10°С.
Под распыливанием топлива понимают разделение его на мельчайшие частицы для создания наилучших условий смесеобразования и испарения. При струйном распыливании топливо попадает в среду сжатого воздуха, имеющего вихреобразное движение. Под действием кинетической энергии, сообщенной при впрыскивании, оно достаточно полно перемешивается с воздухом и испаряется. На качество смесеобразования при этом влияют степень распыливания и длина струи впрыскиваемого топлива. При увеличении давления впрыскивания возрастает скорость струи и уменьшается диаметр капель. На тонкость и однородность распыливания топлива оказывают влияние также противодавление в цилиндре, диаметр сопла форсунки, вязкость, плотность и поверхностное натяжение. Увеличением противодавления или повышением плотности среды, в которую впрыскивается топливо, улучшают распыливание.
В двигателях с вихревыми камерами процесс смесеобразования протекает лучше за счет более полного сгорания топлива. В вихревой камере топливо самовоспламеняется и частично сгорает, образующиеся продукты выходят в основную камеру, где интенсивно перемешиваются с воздухом и догорают.
Скорость испарения впрыснутого топлива возрастает с улучшением качества распыливания. При применение топлива, имеющего плохую испаряемость и выкипающего при высоких температурах, скорость испарения может уменьшится настолько, что топливо не успеет перейти в газообразное состояние, т.е. полностью не сгорит. При этом увеличивается расход топлива, повышается износ деталей цилиндропоршневой группы из-за смывания несгоревшим топливом масла со стенок гильз цилиндров.
Испаряемость топлива оценивается фракционным составом. Для пуска двигателя желателен облегченный фракционный состав вследствие недостаточно высокой температуры и пониженного давления сжатого воздуха в цилиндрах двигателя. На пуск двигателя оказывает влияние также цетановое число. Чем выше цетановое число, тем легче осуществляется пуск двигателя. Пусковые свойства дизельного топлива оцениваются температурой выкипания 50% топлива. Данная фракция должна перегоняться у марок топлива Л (летнее), 3 (зимнее) при температуре не выше 280°С, А (арктическое) – при температуре 255°С.
Фракционный состав дизельного топлива определяют также, как карбюраторного (ГОСТ 305-82). Определяют также температуру вспышки (ГОСТ 6336-75). Под температурой вспышки понимают ту минимальную температуру, до которой необходимо нагреть топливо, чтобы пары, образующиеся над его поверхностью, возгорались при поднесении открытого пламени. Значение ее у топлива марки Л должно быть не ниже 40° С, у зимнего– не ниже 35° С, у арктического –не ниже 30°С).
Одно из важнейших требований к качеству дизельного топлива – легкая прокачиваемость при различных температурах окружающей среды. Это качество зависит от вязкости и температуры застывания. В свою очередь вязкость зависит от температуры. Например, зимнее топливо при температуре 20° С имеет вязкость 6,36 сСт, при минус 20° С = 50,92 сСт. При повышении вязкости дизельное топливо хуже проходит через топливные фильтры, в результате чего снижается подача топлива. Распыливание топлива ухудшается с увеличением последней. Оптимальная кинематическая вязкость дизельного топлива составляет 3 – 8 сСт при 20° С. Использование топлива с вязкостью меньше указанных значений недопустимо, так как оно одновременно служит смазывающей жидкостью для приборов системы питания.
Вопрос 3
Виды газобаллонного топлива, их преимущества и недостатки перед бензиновыми и отличие между собой.
К числу преимуществ горючих газов перед бензином относятся: более лёгкое и полное перемешивание топлива с воздухом; более равномерное распределение топлива по отдельным цилиндрам двигателя; полное отсутствие разжижения картерного масла топливом и смывания масляной пленки со стенок цилиндров; уменьшение нагара на поршнях, клапанах и стенках камеры сгорания; меньшая ядовитость отработавших газов вследствие более полного сгорания топлива, чем при работе на бензине; значительное уменьшение износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя; высокие антидетонационные свойства газообразного топлива и связанная с этим возможность значительно повысить степень сжатия в двигателе, что повышает мощность и снижает расход топлива.
В качестве топлива для автомобильных двигателей горючие газы имеют и свои недостатки. С применением горючих газов усложняется и удорожается системы топливоподачи, так как газовые баллоны с их арматурой, газопроводы и газовая аппаратура сложнее по конструкции, дороже и тяжелее, чем бензобак, бензопроводы и бензонасос. При переводе бензинового двигателя на газ без всяких переделок снижается мощность. Это обусловлено более низкой теплопроводностью газовоздушной смеси по сравнению с бензиновоздушной смесью и ухудшением наполнения цилиндров двигателя вследствие более высокой температуры горючей смеси во впускном трубопроводе.
Температура горючей смеси при работе на газе на 15 – 20º С выше, чем при работе, на бензине, так как на испарение бензина в карбюраторе и впускном трубопроводе затрачивается некоторое количество теплоты. При одинаковом составе горючей смеси теплотворность газовоздушной смеси для всех видов газов, за исключением окиси углерода, ниже теплотворности бензиновоздушной смеси: для природного газа на 9 %, для коксового газа на 10 %, для сжиженных газов на 2 – 3 %. Подогрев впускного трубопровода, необходимый при работе набензине, вреден при работе на всех видах газов, так как вызывает снижение мощности на 4 – 6 %.
По пусковым качествам при температуре окружающего воздуха не ниже 5° С газовые двигатели не отличаются от бензиновых. При более низких температурах пуск холодного двигателя вызывает затруднения. Кроме того, к недостаткам применения газового топлива по сравнению с бензином относится худшее массовое наполнение цилиндров, снижение скорости горения смеси и меньшее выделение теплоты при ее сгорании. В результате этого мощность двигателя в зависимости от вида применяемого газа уменьшается на 7 – 10 % при такой же степени сжатия, как у карбюраторных двигателей. Поэтому увеличение мощности газовых двигателей достигается обычно путем повышения их степени сжатия. Так, если у бензинового двигателя ЗИЛ-508 степень сжатия 7,1, то у его газовой модификации – 8,2; у бензинового двигателя ЗМЗ-511 – 7,6, а у его газовой модификации – 8,7.
Горючие газы, применяемые в качестве моторного топлива для автомобилей, можно условно разделить на три основных вида по условиям специфики содержания, влияющей на возможность использования на разных классах автомобилей (легковых, грузовых, автобусов):
1. Сжиженные нефтяные газы (СНГ).
2. Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ).
3. Сжиженные природные газы (СПГ).
Сжиженные нефтяные газы при нормальных температурах (в диапазоне от – 20 °C до + 20 °C) и относительно небольших давлениях (1,0 – 2,0 МПа – 10 – 20 МПа) находятся в жидком состоянии. Их основные компоненты – этан, пропан, бутан и весьма близкие к ним непредельные углеводороды – этилен, пропилен, бутилен и их изомер. Эти газы получаются при добыче и переработке нефти и поэтому их называют сжиженные нефтяные газы.
Компримированные (сжатые) природные газы при нормальных температурах и любых высоких давлениях находятся в газообразном состоянии. К таким газам относятся метан, водород. Наибольший интерес для использования в качестве горючего на автомобильном транспорте представляет метан. Он является основной частью добываемых природных газов и составной частью биогаза, получаемого в результате брожения различных канализационных отходов.
Главным недостатком природного газа, как моторного топлива, является очень низкая объемная концентрация энергии. Если теплота сгорания одного литра жидкого топлива равна, примерно, 31 426, то у природного газа при нормальных условиях она равна 33,52 – 35,62 кДж, то есть почти в 1000 раз меньше. По этой причине для использования газа в качестве моторного топлива на транспортном средстве его надо предварительно сжать до высоких давлений 20 – 25 МПа и более и заполнить им специальные баллоны.
Сжиженные природные газы имеют такое же происхождение и состав, как и компримированные природные газы. Они получаются охлаждением метана до минус 162 °C. Хранятся в теплоизолированных емкостях. Независимо от качества теплоизоляции газосодержащих емкостей, температура в них повышается, а следовательно, этот способ содержания газового топлива может быть использован при интенсивной эксплуатации транспортного средства и его безгаражном хранении, так как периодически требуется сброс давления, то есть выпуск порции газа. При переводе автотранспорта на сжиженные природные газы его низкую температуру возможно использовать для компенсации потерь мощности или кондиционирования воздуха в салоне автомобиля.
Вопрос 4
Основные физико-химические свойства моторных масел и их назначение
Все смазки должны быть липкими, то есть хорошо удерживаться на поверхности трения. Это свойство масел оценивают величиной коэффициента трения и размером износа поверхности трущейся пары. Очень важной характеристикой любой смазки является вязкость – это величина внутреннего трения при перемещении частиц смазки. Недостаточная вязкость масла приводит к повышению трения и нагреву. Чрезмерно большая вязкость ведет к потерям мощности на трение, а, следовательно, к снижению КПД машин и механизмов. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.
Динамическая вязкость – это мера внутреннего трения масла, равная отношению тангенциального напряжения к градиенту скорости сдвига при ламинарном течении ньютоновской жидкости. За единицу динамической вязкости принят пуаз. Он характеризует вязкость такой жидкости, в которой для перемещения двух слоев один относительно другого надо затратить касательную к слоям внешнюю силу в одну дину при условии, что эти слои имеют площадь каждый в 1 см2, находятся один от другого на расстоянии 1 см и перемещаются под действием приложенной силы со скоростью 1 см/с. В системе СИ за единицу динамической вязкости принят Па∙с. Динамическая вязкость воды при 20º С равна единице.
Кинематической вязкостью называют отношение динамической вязкости жидкости к её плотности. Она измеряется в стоксах (Ст) и сантистоксах (сСт). В системе СИ за единицу кинематической вязкости принят м2/с. Кинематическая вязкость воды при 20º С равна единице. Динамическую и кинематическую вязкость нефтепродуктов измеряют в вискозиметрах.
В справочниках обычно приводятся значения условной вязкости, определяемой с помощью вискозиметра Энглера. Величина условной вязкости в градусах Энглера представляет собой отношение времени истечения 200 мл масла при
