Эксплуатация и расход топлива при низких температурах
Пути экономии топлива и смазочных материалов
План лекции
6.1. Факторы, влияющие на расход топлива и смазочных материалов в экстремальных
погодных условиях.
6.2. Эксплуатация и расход топлива при низких температурах.
Факторы, влияющие на расход топлива и смазочных материалов
В экстремальных погодных условиях
Климатическое районирование территории РФ и статистические параметры климатических факторов, которые используются при установлении технических требований, выборе режимов испытаний, правил эксплуатации, хранения, транспортирования подвижного состава автомобильного транспорта, приборов и других технических изделий, предназначенных для эксплуатации в одном из климатических районов, установлены ГОСТ 16350–90 «Климат РФ. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей».
Климатическое районирование, установленное стандартом, является детализацией макроклиматического районирования земного шара по ГОСТ 15150–99.
Территория РФ расположена в умеренном и холодном макроклиматических районах. Она разделяется на климатические районы, перечень и основные критерии которых приведены в указанных стандартах.
В качестве основных климатических факторов при районировании территории РФ для технических целей приняты температура и относительная влажность воздуха.
|
|
|
Для каждого из климатических районов выделяются представительный и экстремальный пункты. Данные этих пунктов характеризуют климатический район соответственно по средним и предельным значениям большинства климатических факторов.
Все климатические районы, кроме умеренного, создают особые условия для работы, хранения, ТО и ремонта подвижного состава, которые должны учитываться при планировании, нормировании и организации технической эксплуатации подвижного состава автомобильного транспорта.
Особые условия, как правило, характеризуются сочетанием неблагоприятных факторов. Так, для холодного климатического района, расположенного в северных и восточных районах страны, характерны не только низкая температура окружающего воздуха, ветры, но и более тяжелые дорожные условия (снежные заносы зимой, работа преимущественно на дорогах низшего типа, без твердого покрытия). Для жаркого сухого и очень жаркого сухого климатических районов, кроме высокой температуры, действуют факторы солнечной радиации и большой запыленности воздуха.
Большинство из районов с особыми природно-климатическими условиями являются районами нового освоения и характеризуются недостаточным обеспечением производственно-технической базой для обслуживания, ремонта и хранения автомобилей на автосервисе.
|
|
|
Для повышения эффективности транспортного процесса и технической эксплуатации автомобилей в особых условиях применяют, как правило, в сочетании следующие методы:
- применение автомобилей в специальном исполнении (северном, горном и т. д.);
- корректирование нормативов технической эксплуатации автомобиля с учетом особых условий;
- применение средств и способов безгаражного хранения и пуска автомобилей.
Автомобили в северном исполнении должны быть приспособлены для надежной работы при температурах воздуха до –60 °С, иметь теплоизоляцию и отопление кабины и кузова, внутренний обогрев переднего стекла; гарантированный пуск двигателя при низких температурах воздуха; морозостойкие шины и резинотехнические изделия и детали, изготовленные из полимерных материалов.
Следует использовать специальные топлива и смазочные масла, тормозную и другие жидкости, рассчитанные на применение при низких температурах. Автомобили в северном исполнении должны иметь также технические средства, облегчающие проходимость (лебедки и др.).
Автомобили, предназначаемые для перевозок в условиях жаркого климата, должны иметь усиленные системы охлаждения двигателя замкнутого типа, устраняющие потери охлаждающей жидкости от испарения, а также масляные радиаторы для охлаждения масла двигателя. На автомобилях, работающих в пустынно-песчаной зоне, необходима усиленная фильтрация воздуха, топлива, масла. Шины, резинотехнические изделия и детали из полимерных материалов, топливо, масло, тормозная жидкость и другие материалы должны быть рассчитаны на обеспечение надежной работы при высоких температурах, характерных для жаркого климата.
|
|
|
Аккумуляторная батарея должна быть размещена в наименее нагреваемой зоне автомобиля. Помещение водителя и пассажиров должно быть отделено от двигателя надежной теплоизоляцией. Крыша должна иметь эффективную теплоизоляцию от нагрева солнечными лучами. Пассажирский кузов или кабина водителя должны быть оборудованы вентиляцией, пылезащитой или кондиционером. Для уменьшения нагрева поверхностей автомобиля, на которые попадают солнечные лучи, они окрашиваются в светлые тона, стойкие против солнечной радиации, а на сиденья надеваются легкие чехлы.
Для использования в высокогорной местности требуются специализированные конструкции двигателей автомобилей, в которых уменьшены потери мощности за счет соответствующей конструкции системы питания с высотной корректировкой, изменением степени сжатия и т. д.
|
|
|
На автомобиле при эксплуатации его на высокогорных дорогах целесообразны специальный подбор оптимальных передаточных отношений в трансмиссии, применение тормозных механизмов-замедлителей и др.
Исследованиями влияния низких температур на интенсивность изнашивания автомобилей и их агрегатов, систем и механизмов установлено, что интенсивность изнашивания большинства агрегатов автомобилей в условиях низких температур выше, чем в некотором диапазоне положительных температур.
На снижение показателей надежности существенное влияние оказывают запаздывание и нарушение подачи масла к узлам трения вследствие увеличения его вязкости. В наиболее неблагоприятных условиях, с точки зрения износов, при низких температурах находятся агрегаты трансмиссии – коробка передач и задние мосты. Исследованиями подтверждено, что наибольший износ шестерен главной передачи и коробки передач относится к условиям низких температур масла.
Оптимальной температурой масла в этих агрегатах считается температура 50–80 °С. Установлено, что с изменением температуры масла от минус 80 до 0 °С интенсивность изнашивания шестерен коробки передач и заднего моста увеличивается в 9–10 раз. Наибольшее число отказов наблюдается в самые холодные месяцы года.
При низких температурах появляется хладноломкость деталей, шины и другие резинотехнические изделия теряют эластичность и на их поверхности появляются трещины, что сокращает срок их службы.
Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур сопряжена также с увеличением расхода топлива, которое объясняется: неполнотой сгорания, связанной с ухудшением испарения и распыливания топлива; более длительной работой двигателя на пониженных и неустановившихся режимах и дополнительными затратами топлива на прогревы двигателя; повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания масел; увеличением сопротивления качению колес при движении по зимней дороге и потерь на воздушное сопротивление из-за повышения плотности воздуха.
Особенно значительные расходы топлива связаны с прогревом двигателя и шин после длительной стоянки автомобиля на открытой площадке при низкой температуре воздуха. В связи с перечисленным эксплуатационные нормы расхода топлива в зимнее время увеличиваются на 5–20% (в зависимости от климатического района).
Трудности при ТО автомобилей связаны с недостаточной приспособленностью серийных моделей автомобилей к специфическим условиям работы в зимнее время и требуют дополнительной трудоемкости работ, что учитывается действующей системой корректирования нормативов ТО. Температурные условия наиболее неблагоприятны зимой при хранении автомобилей на открытых стоянках. Способ тепловой подготовки должен обеспечить не только выпуск автомобилей на линию, но и соответствующие условия работы производственному персоналу.
Факторами, влияющими на работоспособность автомобилей и изменение показателей их надежности при работе в условиях жаркого климата, являются: высокая температура воздуха; запыленность воздуха; низкая относительная влажность воздуха; солнечная радиация и др.
При повышении температуры (понижении давления окружающего воздуха) в случае бензинового двигателя происходит обогащение смеси вследствие уменьшения весового наполнения воздухом, приводящее к увеличению расхода топлива. При работе двигателя на газовом топливе аналогичное изменение параметров окружающего воздуха приводит к уменьшению весового наполнения цилиндров, повышению коэффициента избытка воздуха, что приводит к обеднению смеси и снижению мощности двигателя.
Доставка нефтепродуктов при низких температурах с заводов к месту потребления связана со значительными их потерями. Потери происходят на всем сложном пути, который проходят нефть и нефтепродукты от скважины и до получения нефтепродуктов потребителями. Чем большим перевалкам с одного вида транспорта на другой подвергаются нефть и нефтепродукты, тем больше и потери, которые связанны с утечками, испарением, воздействием метеорологических факторов, несовершенством существующего оборудования и т.д.
В общей сумме потерь нефтепродуктов значительную часть составляют потери от испарения нефтепродуктов с высоким давлением насыщенных паров при их хранении и различных операциях, связанных с приемом и выдачей из емкостей. Испарение топлив связано не только с чисто материальными потерями, но и вызывает загрязнение окружающей атмосферы токсичными углеводородами. Некоторые углеводороды способны вступать в фотохимические реакции, вызывая загрязнение атмосферы стойкими дымообразными туманами, получившими название «смог». Снижение потерь топлив от испарения — весьма важная экономическая и экологическая проблема.
Потери нефтепродуктов от испарения происходят при хранении, сливе, наливе, перевозках, заправках машин и других складских операциях, а также при применении нефтепродуктов непосредственно в двигателях. Если принять, что топлива от НПЗ до непосредственного применения в двигателях проходят довольно длительный путь (их около 10 раз переливают из одной емкости в другую, перевозят различными видами транспорта, 3 месяца хранят в резервуарах), то согласно действующим нормам потери бензинов составляют около 4-5% от всего выработанного количества на НПЗ. Необходимо также еще учесть потери из топливных баков машин и карбюраторов во время движения автомобилей и полета самолетов.
Как показывает зарубежный опыт, решение вопросов сокращения потерь нефти и нефтепродуктов имеет первостепенное значение, так как затраты на их сокращение более чем в два раза ниже затрат на увеличение добычи нефти, необходимой для компенсации потерь.
Организация эффективной борьбы с потерями невозможна без установления фактических потерь нефтепродуктов в реальных условиях хранения и определения количественной зависимости их от физико-химических свойств, климатической зоны, периода года, объема, степени заполнения и способа размещения резервуара и других эксплуатационных факторов.
Большое значение для сокращения потерь может иметь правильное нормирование естественной убыли нефтепродуктов. Действующие в настоящее время нормы необходимо пересмотреть, так как в большинстве случаев они не отражают фактических потерь, что на практике вызывает много недоразумений. Например, нормы естественной убыли всех бензинов установлены одинаковыми, хотя по своему углеводородному составу и способу получения они различны.
Классификация потерь. Потери нефтепродуктов принято делить на два вида:
- эксплуатационные;
- аварийные.
Возникновение эксплуатационных потерь связано с испарением нефтепродуктов, окислением их в процессе хранения, загрязнением, обводнением, смешением с другими сортами, неполным сливом и другими факторами, а также техническим несовершенством средств хранения, транспортировки, приёма и выдачи. К аварийным потерям относятся потери при утрате герметичности резервуаров, трубопроводов, они вызываются некачественным строительством или ремонтом резервуаров и других сооружений, нарушением правил технической эксплуатации и обращения с нефтепродуктами, стихийными бедствиями. В практической деятельности нефтебаз, складов, заправочных станций и при транспортировке эксплуатационные потери нефтепродуктов могут приводить к аварийным потерям. Например, подтекание или испарение топлив создает постоянную угрозу пожара.
Таким образом, потери нефтепродуктов зависят, с одной стороны, от условий их транспортировки, хранения, приема, выдачи и технического состояния сооружений, оборудования, с другой - от специфических свойств нефтепродуктов. Эти свойства оказывают непосредственное влияние на процессы испарения в резервуарах и транспортных средствах, на утечки и переливы, изменение качества нефтепродуктов при хранении и др.
Для успешной борьбы с потерями и дальнейшего совершенствования существующей техники хранения и транспортирования необходимо знать физико-химические свойства нефтепродуктов, влияющие на характер потерь.
Для хранения топлива наряду с металлическими резервуарами находят применение железобетонные. Отмечено, что при хранении в заглубленных железобетонных резервуарах по сравнению с хранением в металлических наземных резервуарах потери топлива в весенне-летний период в южной климатической зоне сокращаются в 9 раз, в средней — в 7,5 раз, в северной — в 6 раз, а в осенне-зимний период в любой зоне — в 4,5 раза.
Сохранение качества и количества смазочных материалов при приеме, хранении и транспортировании.
Источниками потерь на нефтебазах могут служить любые объекты, связанные с проведением операций по приему, хранению, подогреву, перекачке и выдаче нефтепродуктов.
В последнее время на нефтебазах проводилась значительная модернизация и техническое усовершенствование конструкций сливоналивных железнодорожных эстакад резервуарных парков, причальных сооружений, автомобильных эстакад, технологических трубопроводов, устройств по затариванию нефтепродуктов, сооружений по очистке сточных вод и другие работы, направленные на сокращение потерь нефтепродуктов и сохранность их качества. Однако все это не в полной мере отвечает современным требованиям по сохранности количества и качества нефтепродуктов. При разработке и внедрении новых видов оборудования, устройств и аппаратуры особое внимание следует уделять вопросам их герметизации и автоматизации основных технологических процессов.
При транспортировании, хранении и заправке происходят потери в результате растекания и разбрызгивания масла по наружным поверхностям используемых бочек, ведер и кружек при наливе; подтекания и остатка его на шлангах, рукавах и раздаточных кранах, в резервуарах, бочках и кружках, а также из-за нарушения правил при периодическом сливе отстоя из резервуаров и при удалении остатков масел во время зачистки резервуаров.
Количество потерь зависит от технического состояния нефтебаз, квалификации обслуживающего персонала и технологии заправки, а также от вязкости масла и совершенства применяемого оборудования. Так, при заправке техники при помощи мерной кружки или ведра потери моторного масла достигают 4,56 % а при заправке с помощью механизированного заправочного агрегата или маслораздаточной колонки — 0,20 %.
Основная доля потерь нефтепродуктов приходится на складское хранение, при этом около 40% составляют потери от испарения бензинов.
Несмотря на многообразие нефтескладских операций и условий их проведения потери жидкостей от испарения происходят по следующим причинам: механического вытеснения паров наливаемой жидкостью, термического расширения паровой и жидкой фаз, снижения внешнего (атмосферного) давления, насыщения (или донасыщения) парового пространства парами жидкости, выдувания паров ветром через неплотности, газового сифона и диффузии паров. При испарении нефтепродуктов имеют место следующие виды потерь:
- потери от «малых дыханий» при хранении нефтепродуктов в резервуарах. Вызываются периодическими колебаниями температуры и концентрации паров в газовом пространстве резервуара, связанными с ежесуточными колебаниями интенсивности солнечного излучения и температуры внешнего воздуха;
- потери от «больших дыханий», происходящие при операциях по приему и выдаче из резервуаров, транспортных емкостей (железнодорожных цистерн, автоцистерн и тары);
- потери от «вентиляции» газового пространства, причиной которых является истечение паров или выдувание их ветром через отверстие или неплотности в крышах резервуаров. Эти потери возникают при плохом техническом состоянии резервуаров и в зависимости от размеров неплотностей в крышах могут достигать очень больших величин. Единственным средством борьбы с потерями от «вентиляции» является своевременный качественный ремонт и содержание в исправном состоянии резервуаров и резервуарного оборудования.
К числу мероприятий, позволяющих сократить потери нефтепродуктов от испарения можно отнести следующие мероприятия: технические и организационные.
К техническим мероприятиям относится внедрение нового современного оборудования для улавливания паров, вытесняемых из резервуара при его заполнении, резервуары специальной конструкции, рассчитанные на высокое давление, применение плавающих понтонов и т.д. Основным недостатком этих мероприятий является дороговизна внедрения оборудования, усложнение технологического оборудования, которое требует дополнительного внимания со стороны обслуживающего персонала.
С помощью организационных мероприятий можно не менее эффективно сохранять как качество, так и количество нефтепродукта, за счет выработки оптимального графика движения нефтепродукта на всем пути. Мероприятия этой группы не требуют больших материальных затрат.
Изменение свойств топлив при транспортировке и хранении. Долговечная и надежная работа автомобильных двигателей возможна только при использовании высококачественных топлив, соответствующих требованиям стандартов. Качество топлив определяется сложным комплексом параметров, контролируемых стандартными методами. Они должны быть точными, простыми и быстродействующими.
После получения на нефтеперерабатывающем заводе качество топлив в процессе хранения, транспортировки и перекачки непрерывно ухудшается. Бензины при неправильном хранении постепенно теряют низкокипящие фракции, в результате чего снижается их испаряемость в двигателях. При хранении и транспортировании в результате контакта с влажным воздухом в топливах накапливается влага, которая ухудшает эксплуатационные свойства топлив. Топлива постепенно загрязняются пылью из атмосферы, продуктами коррозии, нерастворимыми веществами, образующимися в результате процессов окисления.
Экономический ущерб от применения некондиционных топлив трудно поддается точному учету, но достаточно велик. Основной ущерб, наносимый применением некачественных топлив, заключается в снижении долговечности работы двигателей (см. табл. 1).
Под воздействием внешних факторов в топливах протекают физические и химические процессы.
Основными физическими процессами являются: испарение, загрязнение механическими примесями и водой, выпадение высокоплавких компонентов при охлаждении, а также случайное смешение в резервуарах топлив различного сорта. Большая часть этих процессов приводит к необратимому изменению качества топлив.
Основные химические процессы следующие: окисление, разложение, конденсация, коррозия.
Внешние условия. Среди внешних условий наибольшее влияние на изменение качества топлив оказывают температура и ее колебания, время хранения, степень заполнения резервуаров, интенсивность перекачек, запыленность и влажность окружающей атмосферы, контакт с металлами и др.
Хранение при пониженной температуре наиболее благоприятно для сохранения качества топлив. При пониженной температуре испаряемость топлив относительно мала, процессы окисления и коррозии резервуаров протекают с меньшей скоростью. Поэтому хранение топлив в подземных резервуарах наиболее целесообразно. Наоборот, хранение в наземных резервуарах, особенно в районах с резкими суточными колебаниями, приводит к значительному ухудшению качества и количества топлив. Резкое изменение температуры вызывает более интенсивное и глубокое «дыхание» резервуаров, в результате теряются легкие фракции топлив, а в резервуары поступает воздух, что приводит при большой его запыленности и влажности к интенсивному загрязнению и обводнению топлив.
Перекачки топлив в автоцистерны и резервуары и выдача из них занимают относительно небольшое время, однако в дальнейшем это отрицательно сказывается на качестве топлив при хранении и применении. Например, индукционный период малостабильных бензинов в результате одной перекачки может уменьшаться на 20—25%. Неблагоприятно отражается на качестве топлив и их хранение при большом соотношении паровой и жидкой фаз. Увеличение объема паровой фазы значительно ускоряет процессы окисления, потери топлив возрастают, и качество их быстро ухудшается.
При хранении и транспортировании топлив наиболее сильно ухудшаются такие показатели качества, как фракционный состав, содержание фактических смол, кислотность у бензинов, содержание смол у дизельных топлив.
Гарантийные сроки хранения топлив установлены соответствующими ГОСТами или ТУ. Однако на автомобильные бензины не установлены гарантийные сроки хранения, поэтому на основании многолетнего опыта хранения рекомендованы оптимальные сроки хранения бензинов в различных климатических зонах.
Для бензинов, содержащих непредельные углеводороды, установлены минимальные сроки хранения. Бензины, стабилизированные антиокислителем, а также полученные прямой перегонкой и, следовательно, не содержащие непредельных углеводородов, можно хранить в течение более длительного периода (2—4 года в наземных резервуарах). Сроки хранения бензинов в полузаглубленных резервуарах в средней и северной климатических зонах также увеличены (3,5—5 лет), что объясняется более низкими средними температурами хранения. С уменьшением вместимости резервуаров сроки хранения бензинов уменьшаются. Например, в канистрах автомобильный бензин АИ-80 в южной зоне можно хранить лишь полгода.
При дальнейшем хранении происходит значительное ухудшение их качества.
Интенсивность смоло- и нагарообразования зависит от качества используемого топлива и моторного масла. Чем тяжелее фракционный состав бензина, выше его плотность, больше содержание непредельных и ароматических углеводородов, тем выше склонность к смолообразованию.
Задачи радикального снижения потребления бензина автотранспортом следует разделить на технически решённые, реализация которых зависит от экономических факторов, и принципиально новые, которые ещё требуют значительной технической проработки.
Дизель. Принципиальным отличием дизельного двигателя от бензинового является самопроизвольное воспламенение топливовоздушной смеси при высокой степени сжатия. (В обычном бензиновом двигателе внутреннего сгорания газовую смесь воспламеняет электрическая искра). Дизельные двигатели работают на углеводородном сырье с более высокой температурой кипения, чем бензин и керосин, что увеличивает выход топлива для транспорта при переработке нефти, уменьшая, тем самым, её общее потребление. Дизели экономич нее, и имеют больший крутящий момент. В массовом порядке, до последней четверти предыдущего столетия, они применялись только в грузовом и сельскохозяйственном транспорте. Немецкая компания Daimler-Benz в двадцатые годы стала работать над применением дизелей в легковых автомобилях. Первые дизели были установлены на Мерседесах в середине тридцатых. Широкому применению дизелей в легковых автомобилях длительное время препятствовали больший вес, шум и вибрация в сравнении с бензиновыми моторами, и недостаточная приёмистость. Однако после разработки двигателей с непосредственным впрыском, электронной системой управления подачей топлива и турбонаддувом с промежуточным охлаждением, в Европе (и Японии) началось массовое применение дизелей в легковых машинах.
Влияние технического состояния автомобилей на расход масел и смазок. Моторные масла, относящиеся к одному и тому же классу API, но производимые разными фирмами, могут существенно отличаться по составу базовых масел, типам используемых присадок и, следовательно, иметь специфические свойства, удовлетворять предъявляемые требования близко к предельным значениям или иметь запас качества. При выборе аналога по области применения и уровню эксплуатационных свойств обязательно должны быть приняты во внимание все специальные требования к моторному маслу со стороны изготовителя техники (например, ограничения по сульфатной зольности, отсутствие или, напротив, наличие определенного количества цинка, отсутствие в составе масла растворимых модификаторов трения, содержащих молибден и т.п.). Согласно классификациям ГОСТ 17479.1-85 и API группу (класс) по уровню эксплуатационных свойств устанавливают только по результатам моторных испытаний масел в специальных одноцилиндровых установках и полноразмерных двигателях. Испытания проводят в стендовых условиях по стандартным методам. Чем выше присваиваемый маслу уровень эксплуатационных свойств, тем "строже" проходные оценки результатов испытаний или жестче условия их проведения. Для контроля стабильности качества серийно выпускаемых моторных масел их классификационные испытания проводят согласно требованиям ГОСТ 17479.1-85 не реже одного раза в два года. В соответствии с изменением №3 к ГОСТ 17479.1-85, введенным с 01.01.2000 г., классификационные испытания должны проводиться не два раза в год, а при сертификации моторных масел. При этом определяют моющие, диспергирующие, противоизносные, антикоррозионные, антиокислительные свойства масел и их соответствие указанным в марках классам вязкости. Наиболее характерная особенность масла "Уфалюб" - высокая вязкость в нагретом состоянии, а это позволяет: - снизить расход масла на 15-20% на угар по сравнению с популярной ранее "всесезонкой" М6з/10Г1 при соответствующем уменьшении токсичности выхлопных газов; - повысить давление в системе смазки; - повысить компрессию двигателя и снизить износ цилиндропоршневой группы. Давление жидкости в амортизаторах наземных машин может достигать 8-12 МПа, при этом амортизаторы находятся в рабочем состоянии в течение всего времени движения машин. Они удерживают во взме-шенном состоянии металлические частицы, образовавшиеся при износе трущихся частей, и другие механические примеси. Защитные пластичные смазки наносят на металлические поверхности в нагретом состоянии лопаткой, ветошью, а в нагретом до 85-115 °С состоянии - кистью и разбрызгивателем. Целесообразно осуществлять смену масел в условиях эксплуатации по их фактическому состоянию, проводя постоянный текущий контроль за качеством масла в процессе работы. Экономия масел достигается за счет увеличения их работоспособности в технике и реализации их смены в процессе эксплуатации не в соответствии с конструкторской (эксплуатационной) документацией, а по фактическому состоянию. В настоящее время по фактическому состоянию осуществляется смена масел различного функционального назначения: авиационных, турбинных, судовых, моторных, трансмиссионных и др. При генеральной очистке станков проверяют техническое состояние системы охлаждения, насосов, фильтров и трубопроводов, устраняют подтекания и подсосы, забоины в гнезде шарика обратного клапана, заменяют непригодные пружины. Наиболее эффективным методом считается оценка сравнительного состояния цилиндропоршневой группы при различных сроках замены масла. В действительности свойства масла могут оказывать существенное влияние на его угар при данном техническом состоянии двигателя, а также косвенно воздействовать на изменение угара масла, ускоряя или замедляя изменение технического состояния двигателя, а не естественное старение масла до предельных значений по одному или нескольким показателям его состояния. Более универсален в отношении типов двигателей и не требует использования каких-либо искусственных приемов поддержания теплового состояния ЦПГ метод измерения расхода масла поглощением из отработавших газов SO2 и SO3. Факторы, влияющие на тепловое состояние ЦПГ и масляной пленки на ее деталях, не обязательно увеличивают расход масла с повышением температуры.
Значительное уменьшение угара масла достигается овальной бочкообразной формой поршня, обеспечивающей наилучшую его геометрическую форму в прогретом состоянии. Ухудшение технического состояния двигателя увеличивает скорость старения масла и приводит к необходимости более частой его замены. Значение угара масла может служить объективным показателем наступления предельного состояния ЦПГ. Угар масла при данном техническом состоянии двигателя и конкретном режиме его работы зависит в основном от вязкости, испаряемости, углеводородного состава и индекса вязкости масла. Влияние свойств моторных масел на угар вследствие изменения технического состояния двигателя. В этом случае уменьшение расхода масла на смену перекрывается ростом его угара из-за ухудшения технического состояния двигателя. Дальнейшее увеличение пробега автомобилей без замены масла приводило к ухудшению технического состояния двигателей, снижению их надежности и росту расходов на техническое обслуживание и ремонт. Современные методы измерения расхода масла в двигателях дают возможность подробно исследовать влияние конструкции, технического состояния, режима работы двигателя и свойств масла на его расход, выявить пути наиболее эффективного уменьшения угара масла. При данном техническом состоянии двигателя угар масла зависит от его испаряемости, вязкости и индекса вязкости.
Описание в общем виде состояния масел базируется на качественных или количественных зависимостях, характеризующих совокупность результирующих процессов и формализованных в виде соответствующей модели. В свою очередь, состояние масла, как любой сложной системы, можно описать с использованием двух принципиально различных подходов: от частного к общему и от общего к частному. При описании общего состояния масла или отдельных его составляющих возможно использование как физических, так и математических принципов. Например, совокупность физико-химических процессов, определяющих состояние масел, представляется в виде сочетания последовательных, параллельных или последовательно-параллельных реакций. Такие присадки, переводя сажу в высокодисперсное состояние, вместе с тем снижают эффективность действия масляных фильтров тонкой очистки. В целом постановка и проведение исследований в области смазочных масел на перспективу, в особенности в новых условиях хозяйствования, должны строиться на необходимости решения в сжатые сроки конкретных практических задач при одновременном развитии качественных или преимущественно количественных подходов к объективному описанию состояния масел и его изменении во времени в процессе работы. Толщина масляного слоя, образующегося между трущимися деталями во время работы подшипника, зависит от скорости движения трущихся деталей, от вязкости масла, нагрузки на подшипник, формы и состояния трущихся поверхностей. Трение, возникающее между деталями при таком состоянии смазки, называется полужидкостным трением.
Расход и потери моторного масла в двигателе. Любого автомобилиста беспокоит повышенный расход масла. Особенно, когда это происходит на "свежесделанном" моторе. Инженеры компании «Kolbenschmidt» назвали 22 причины, по которым это может происходить.
1. Слишком большой зазор подшипника в турбонагнетателе.
2. Забитая обратная линия масла на турбонагнетателе.
3. Износ ТНВД.
5. Износ уплотнения стержня клапана (сальники клапанов) и направляющих втулок.
6. Ошибка сборки головки цилиндров.
7. Избыточное давление в картере.
8. Слишком высокий уровень масла.
9. Нарушение режима сгорания и переполнения топливом.
10. Нерегулярное техобслуживание.
11. Использование некачественных моторных масел.
12. Перекос цилиндров.
13. Ошибки обработки при сверлении и хонинговании.
14. Слишком низкий процент вскрытия зерен графита.
15. Перекос или изгиб шатунов.
16. Поломанные, зажатые, неправильно установленные кольца.
17. Применение неправильного, избыточного или оставшегося незамеченным уплотнительного средства.
18. Оставшиеся незамеченными инородные тела на поверхностях уплотнения. Инородные тела между уплотнением и конструктивным элементом не позволяют правильную посадку. В худшем случае это вызывает перекос в конструктивных элементах. Однако, намного выше опасность возникновения утечки из-за более низкого удельного давления в плоских уплотнениях.
19. Негерметичные радиальные уплотнительные кольца вала.
20. Дефекты поверхности на уплотнительной поверхности.
21. Дефектный вакуумный насос.
22. Слишком высокое давление масла.
При слишком высоком давлении масла уплотнительные поверхности не выдерживают это давление.
Возможные причины: загрязнения могут забить масляные трубки и фильтры, дефектный обратный масляный клапан и редукционный клапан могут нарушить циркуляцию масла, забит масляный фильтр или перепускной клапан, использование неподходящих деталей.
Эксплуатация и расход топлива при низких температурах
Одним из важнейших факторов, снижающих, эффективность автомобилей, работающих на территории с суровыми климатическими условиями, является большое количество времени, затрачиваемое на их подготовку к выпуску на линию в условиях их безгаражного хранения. Главным путем снижения этих потерь является применение наиболее эффективных способов и средств хранения подвижного состава.
Содержание технически исправного подвижного состава на открытых площадках, обеспечивающее его готовность или использование по назначению, называют безгаражным хранением. В настоящее время даже в суровых климатических условиях от 30 до 50% грузового парка хранится на открытых площадках.
При безгаражном хранении при низких температурах используются различные способы и средства, облегчающие выпуск автомобилей на линию. Под способом безгаражного хранения понимается комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на обеспечение надежного пуска двигателя и подготовку автомобиля (прогрев агрегатов, кабины, салона) к работе на линии. К средствам безгаражного хранения относятся оборудование, приспособления и материалы, позволяющие применять тот или иной способ.
Как способы, так и средства безгаражного хранения могут быть индивидуальными или групповыми. Применение большей части способов связано с тепловой подготовкой автомобиля. Тепловая подготовка – обобщенный термин, не раскрывающий ее способа, но указывающий на факт подачи тепла от внешнего источника. Он осуществляется с помощью подогрева или разогрева.
Подогрев автомобиля – тепловая подготовка его в течение всего периода межсменного хранения. Разогрев – тепловая подготовка, начинающаяся за время, меньшее продолжительности стоянки автомобиля между сменами.
Важную роль в организации хранения подвижного состава играет комплекс мероприятий по подготовке автомобилей к их работе зимой.
Затруднения пуска двигателей возникают из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. Для обеспечения надежного пуска двигателя необходимо, чтобы частота вращения коленчатого вала была равна или превышала минимальную частоту вращения, обеспечивающую процесс подготовки рабочей смеси в карбюраторном двигателе или достаточную температуру конца сжатия в дизельном. Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала зависит от температуры окружающего воздуха и изменений в распределении положительных и отрицательных потоков энергии при пуске, связанных с температурой окружающей среды.
К положительным составляющим энергетического баланса двигателя при пуске относятся энергия аккумуляторной батареи (АБ) и химическая энергия топлива. Энергия АБ расходуется на привод стартера. В свою очередь, энергия стартера реализуется на сжатие воздуха, на преодоление сил трения, на преодоление сил инерции. Отрицательную часть потока энергии АБ и стартера составляет теплота, которая уходит безвозвратно в окружающую среду. Эти потери тем больше, чем больше перепад температур между АБ и стартером с одной стороны и окружающей среды – с другой.
Таким образом, в рассматриваемом диапазоне температур основной составляющей необходимого крутящего момента стартера является момент на преодоление сил трения (от 30 до 80%), на втором месте Мк (15 – 40%). Момент Ми, на преодоление сил инерции требует лишь от 1 до 3 % затрат энергии стартера. Характерно, что моменты Мк и Ми практически не изменяются при изменении температуры. Момент же Мг даже в рассмотренном ограниченном диапазоне температур изменяется почти в 3,5 раза главным образом из-за увеличения при снижении температуры вязкости масла.
Затраты на сжатие воздуха связаны главным образом с увеличением внутренней энергии рабочего тела и температурой воздуха. Полученная таким образом энергия проявляется в теплоте сгорания.
Второй положительной составляющей энергетического баланса двигателя при пуске является химическая энергия топлива.
Теплота сгорания топлива, полученная в результате суммирования энергии АБ, энергии, реализуемой в работе сжатого воздуха, и химической энергии топлива в свою очередь влияет на другие составляющие энергетического баланса двигателя при пуске.
Суммарная энергия, полученная от указанных источников, несколько повышает температуру масла и расходуется на снижение потерь на трение. Однако как температура охлаждающей жидкости, так и температура масла могут быть повышены не только описанным способом (чего при низких температурах крайне недостаточно), но и путем применения внешних источников теплоты – подогревателей масла и охлаждающей жидкости.
На получение пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя в большем мере влияет снижение энергетических возможностей АБ, которое в первую очередь происходит из-за изменения ее внутреннего сопротивления.
При понижении температуры ЭДС изменяется незначительно. И то же время при разряде батареи стартерными токами существенно возрастает произведение IR, что происходит не только за счет увеличения силы разрядного тока, но и за счет роста внутреннего сопротивления АБ. Сопротивление пластин и перемычек практически не зависит от температуры. С понижением температуры возрастает сопротивление электролита, а также внутреннее сопротивление сепараторов за счет сужения каналов, в которых находится электролит. Одновременно с падением напряжения U при низких температурах понижается и емкость аккумуляторной батареи. В среднем при понижении температуры электролита на 1 °С емкость АБ снижается на 1,0–1,5%. При температурах электролита ниже минус 30 °С батарея не принимает заряд и фактически эксплуатируется разряженной до 50–60% номинальной емкости. Снижение возможностей пускового устройства при низких температурах затрудняет получение максимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя, а ухудшение условий смесеобразования и воспламенение рабочей смеси существенно затрудняют пуск двигателя.
На воспламенение смеси в цилиндрах дизельного двигателя влияет температура всасываемого воздуха, охлаждающей жидкости, масла, электролита и топлива. Снижение температуры всасываемого воздуха приводит к охлаждению стенок цилиндров и снижению температуры воздуха в конце такта сжатия. Для надежного воспламенения рабочей смеси в цилиндре дизеля температура конца сжатия должна быть выше температуры самовоспламенения топлива на 200–300 °С.
В зимнее время температура всасываемого воздуха снижается. Кроме того, из-за увеличения теплоотдачи от находящегося в цилиндрах двигателя воздуха в холодные стенки двигателя уменьшается значение показателя политропы сжатия. Таким образом, при снижении температуры окружающего воздуха температура конца сжатия уменьшается и, следовательно, ухудшаются условия воспламенения смеси и пуск двигателя. Эффект снижения температуры охлаждающей жидкости, масла и электролита АБ у карбюраторного и дизельного двигателя аналогичен.
При снижении температуры дизельного топлива с +20 °С до –20 °С вязкость дизельного топлива увеличивается в 8–10 раз. При этом топливо плохо распыляется и попадает в цилиндры двигателя в виде сравнительно крупных капель с малой относительной поверхностью. Это затрудняет его воспламенение. Кроме увеличения вязкости, охлаждение топлива приводит к перебоям и нестабильности работы двигателя.
Преодоление трудностей с пуском двигателя и поддержанием теплового режима агрегатов при безгаражном хранении автомобилей в условиях низких температур обеспечивается тремя способами: сохранением тепла от предыдущей работы двигателя; использованием тепла от внешнего источника; применением средств, обеспечивающих холодный пуск двигателя.
Сохранение тепла в двигателе от предыдущей работы. При этом способе сохранение тепла обеспечивается применением ватных стеганых чехлов, закрывающих радиатор и капот автомобиля. Аккумуляторная батарея утепляется чехлом и слоем стекловаты толщиной до 30 мм. Чехлами утепляют также картер двигателя, топливный бак и масляный фильтр.
Продолжительность остывания двигателя до допустимых пределов при утеплении чехлами и скорости ветра 1–5 м/с колеблется от 8 ч при 0 °С до 0,5 ч при –30 °С. Этот способ применяется при непродолжительных остановках автомобилей в пути или при его кратковременном хранении на стоянках в условиях умеренно низких температур. Применение чехлов при подводе тепла к агрегатам от внешнего источника уменьшает расход тепла на 40–50%.
Использование тепла от внешнего источника. Для пуска двигателя этот способ применяется при длительном хранении автомобиля – в межсменное время. Тепло от внешнего источника при этом может быть использовано в режиме подогрева двигателя или его разогрева.
Степень подогрева (разогрева) двигателя оценивают по температуре охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения блока цилиндров. Учитывая, что при длительном подогреве разница в температурах рубашки охлаждения и наиболее холодных частей двигателя (подшипников коленчатого вала) меньше, чем при разогреве, температура в головке цилиндров должна быть при подогреве 40–60 °С, а при разогреве 80–90 °С.
Необходимая теплопроизводительность источника тепла может характеризовать капитальные затраты на оборудование средств безгаражного хранения. Эксплуатационные расходы в каждом случае можно определить по общему расходу тепла на подготовку одного автомобиля.
Применение режима использования тепла, при котором необходима высокая теплопроизводительность источника (разогрев), связана с использованием мощных источников тепла и соответственно со значительными капитальными затратами. Расчеты показывают, что эксплуатационные расходы при этом получаются в этом случае сравнительно небольшими, так как время -подвода тепла незначительно.
И, наоборот, при режиме малой теплопроизводительности (подогрев) требуются менее мощные и более дешевые источники тепла. Капитальные затраты при этом оказываются небольшими, а эксплуатационные расходы вследствие того, что т в этом случае велико, получаются весьма значительными. Поэтому первый режим целесообразно при прочих равных условиях применять тогда, когда имеется возможность использования источника тепла в течение определенного срока окупаемости, т. е. при расположении предприятия в одном месте. Второй режим должен применяться при временном размещении транспортных средств автосервиса (на строительстве линий электропередач, газопроводов и т. д.). Выбор режима использования тепла определяется, кроме того, особенностями использования подвижного состава, необходимостью постоянной готовности, наличием источников энергии и др.
Экономия и рациональное использование топлив в двигателях внутреннего сгорания могут быть достигнуты тремя комплексами мероприятий:
а) усовершенствованием конструкции и технологии производства двигателей;
б) улучшением эксплуатации двигателей;
в) повышением качества топлива и смазочных материалов.
Метод изучения проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов должен быть построен на строго системном подходе. Рассмотрим структуру этой системы, т. е. ее основные компоненты и взаимосвязи. В общем виде она должна рассматриваться как замкнутая система с обратными связями, состоящая из трех основных звеньев: двигатель — топливо и смазочные материалы (ТСМ) — комплекс эксплуатационного воздействия (КЭВ).
Каждое из этих звеньев системы в свою очередь состоит из отдельных элементов с прямыми и обратными связями. Следовательно, совокупность элементов в реальной эксплуатации представляет собой сложную, находящуюся в движении подсистему.
При эксплуатации двигателя на его топливную экономичность оказывают влияние следующие элементы, составляющие подсистемы каждого из звеньев.
Звено ДВС 1 - рабочий цикл; 2 - преобразователь индикаторной работы в эффективную (поршневая группа и кривошипно-шатунный механизм); 3 — техническое состояние двигателей.
Звено ТСМ: 1 - теплота сгорания топлива; 2 - детонационная стойкость, склонность к самовоспламенению (ОЧ, ЦЧ); 3 — фракционный состав; 4 — вязкостно-температурные свойства ТСМ.
Звено КЭВ: 1 — научно обоснованная система нормирования расхода ТСМ; 2 - уровень и эффективность контроля за расходованием ресурсов; 3 — организация перевозок грузов и пассажиров; 4 — техническое состояние транспортных средств 5 — квалификация и дисциплина технического персонала, занятого в сфере эксплуатации транспортных средств.
Для обеспечения экономии топлива необходимо осуществить ряд организационно-технических мероприятий. По первому звену: двигатель должен соответствовать современному, а лучше перспективному техническому уровню. Различными конструктивными и технологическими мерами его топливная экономичность по ездовому циклу должна быть доведена до уровня лучших мировых образцов. Если применить наиболее эффективные средства повышения топливной экономичности, например, двигателей с искровым зажиганием (комплексную адаптивную микропроцессорную систему управления силовым агрегатом, расслоение заряда, интенсификацию его вихре- образования и ряд других), то можно ожидать улучшения топливной экономичности по ездовому циклу до 15 %.
По второму звену системы: для эксплуатации транспортного средства, имеющего адаптивную систему угла опережения зажигания по критерию детонации, как показывают опытные данные, при неизменной степени сжатия октановое число бензина может быть понижено на 5—7 единиц. Например, бензин АИ-93, рекомендуемый для данного двигателя без адаптивной системы, может быть заменен бензином А-76 (имеющим меньшую стоимость).
Следует полагать, что для нового двигателя будут применены высоко индексные моторные масла с антифрикционными присадками. Использование таких масел позволит не только уменьшить расход топлива в период пуска и прогрева (сократив их продолжительность и понизив гидродинамические потери), но и увеличить механический КПД (путем уменьшения коэффициента трения). Эти мероприятия позволят сократить расход топлива на 5 - 10 %.
По третьему звену: комплекс КЭВ на различных этапах действий его элементов положительно воздействует на эксплуатационно-топливную экономичность транспортного средства в целом.
В реальных условиях все элементы этих звеньев не всегда могут дать положительный эффект, но несомненно, что их положительное или отрицательное влияние в той или иной мере проявится.
До тех пор, пока будут существовать двигатели, потребляющие масло, вопрос о его расходе будет оставаться актуальным. Для того, чтобы снизить расходы на содержание техники, не только водители легковых автомобилей, но, в основном, судовладельцы заинтересованы в минимальном расходе масла. Сегодняшние стандарты по ограничению количества выхлопных газов EURO 1 и 2 требуют минимального расхода масла, это является также необходимым условием для безотказной работы катализатора. Все эти моменты обязательно учитываются при разработке двигателя. На расход масла оказывают влияние многие факторы. В этой статье мы рассмотрим некоторые из них, связанные с ремонтом двигателя. Кроме того, очень важным моментом является тщательная сборка цилиндра, без повреждения при этом колец и канавок. Скорость и нагрузка во время обкатки влияют на количество расходуемого масла. Обычными факторами воздействия являются нагрузка и скорость при вождении, а также температура масла. Из-за таких параметров, как износ после продолжительной работы, а также образующихся в результате этого утечек, таких как сильный прорыв газов, быстро возрастает расход масла, и возникает необходимость в раннем капитальном ремонте.
Так каков же стандартный расход масла? За долгие годы использования ДВС ответ на этот вопрос значительно изменился. Обратим особое внимание на 4-х тактные двигатели, так как 2-х тактные двигатели со смазкой, которая осуществляется свежим маслом, являются отдельной темой. Ни один двигатель не будет работать без смазки. Небольшое ее количество в основном требуется для смазки поршневых колец. Несмотря на хромовое и молибденовое покрытие, им необходимо достаточное ее количество. Впоследствии это масло также расходуется. Каждый знает, что нагрузка на двигатель обуславливает расход топлива. Расход масла также зависит от нагрузки. Следовательно, соотношение удельного расхода масла с расходом топлива является подходящим стандартом для сравнения. Изготовители двигателя зачастую указывают предельно допустимым такой расход масла, который достигается при наиболее неблагоприятных условиях.
Например, значение в 1,5л / 1000 км в качестве предельно допустимого означает удельное потреблению масла в 1,5 % от расхода топлива, который в свою очередь составляет 10 л / 100 км. При постоянном использовании такой расход масла абсолютно неприемлем. Стандартные значения для новых обкатанных двигателей сегодня составляют около 0.2%. Удельный расход масла в 0,2 g/kWh приводит к расходу в 40 г/ч при допустимой нагрузке двигателя в 200 кW (что соответствует 80% номинальной выработки). При средней скорости движения около 75 км/ч расход топлива равен 0,54 г/км, т.е. приблизительно 0,6 л /1.000 км. Что приводит к высокому расходу масла? Высокий расход масла вызывает обычный износ, который возникает в результате продолжительного времени эксплуатации. Этот факт общеизвестен и поэтому претензии не возникает. Однако причины высокого расхода масла после непродолжительного времени работы вызывают интерес.
В отношении обработки цилиндра степень шероховатости особенно влияет на расход масла. Это также справедливо и для первичного расхода масла во время обкатки. Шероховатая поверхность с большим объемом снятия масла способствует хорошей смазке поршневых колец, но также приводит к его повышенному расходу из-за испарения или выгорания. Слишком малая шероховатость, конечно, приведет к отрицательным последствиям с уменьшенной смазкой и низкими показателями испарения. Поэтому рекомендации изготовителей двигателей по степени шероховатости поверхности должны всегда соблюдаться.
Такие перебои в работе, как слишком длинные интервалы между сменами масла, очень высокий уровень масла вместе с проблемой возникновения масляной пены (внимание: повреждение катализатора!) или неисправности при фильтрации воздуха также приводят к проблеме высокого расхода масла. Далее, о чем мы упомянем в этой статье - это увеличение расхода масла во время первой продолжительной поездки после частых перевозок на короткие расстояния зимой при низких температурах двигателя. При исследованиях в масле было обнаружено 20% топлива и воды, а это "симулирует" высокий расход масла, когда вода и топливо испаряются при нормальных температурах масла между 130 – 150 °С. Когда мы имеем дело с высоким расходом масел следует отметить появление четких следов царапин на контактных поверхностях поршневых колец и цилиндров. Причиной этого является, в основном, неправильная обработка цилиндра. Из-за некачественного хонингования возникает так называемое отслаивание, т.е. (сдавленный и шелушащийся) материал на поверхности цилиндра. Этот материал стирается поршневыми кольцами после непродолжительной работы. Это приводит к появлению царапин на контактных деталях и очень высокому расходу масла.
Дата добавления: 2020-11-27; просмотров: 962; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!