Процессы, происходящие при воспламенении и сгорании в цилиндре дизельного двигателя с построением графиков.

Введение

Эксплуатация легкового автомобиля невозможна без применения эксплуатационных материалов, которые расходуются при его работе, в результате чего требуется их периодическое пополнение или замена через определенный промежуток времени. К таким материалам, относятся:

автомобильное топливо – бензин, дизельное топливо;

автомобильные масла для двигателя (моторные) и для агрегатов трансмиссии (трансмиссионные);

пластичные смазки для узлов ходовой части и механизмов управления;

специальные жидкости для системы охлаждения двигателя и для тормозной системы автомобиля.

Так как автомобильный транспорт потребляет значительную часть жидкого топлива, проблема экономии горюче-смазочных материалов для этой отрасли является наиболее острой. В связи с повышением роли и значения ТСМ в экономике страны, как фактора увеличения надёжности, долговечности и экономичности работы техники, возникла потребность иметь научную основу их применения.

Норма расхода топлива (или смазочного материала), применительно к автомобильному транспорту, подразумевает установленное значение меры его потребления при работе автомобиля конкретной модели, марки или модификации.

Нормы расхода топлив (смазочных материалов) на автомобильном транспорте предназначены для расчетов нормируемого значения расхода топлива, для ведения статистической и оперативной отчетности, определения себестоимости перевозок и других видов транспортных работ, планирования потребности предприятий в обеспечении нефтепродуктами, осуществления расчетов по налогообложению предприятий, осуществления режима экономии и энергосбережения потребляемых нефтепродуктов, проведения расчетов с пользователями транспортных средств, водителями и т.д.

Теоретическая часть

Классификация моторных масел

Моторные масла классифицируются по вязкости и эксплуатационным характеристикам в соответствии с ГОСТ 17479.1-85 с изменениями 1-3. этот стандарт подразделяет моторные масла на классы по вязкости и на группы по эксплуатационным свойствам.

По вязкости масла подразделяются на три класса: летние, зимние, всесезонные. Летние масла нормируются значением кинематической вязкости при +100 °С, зимние – при +100 °С и -18 °С. Всесезонные масла обозначаются дробью – в числителе указывается класс вязкости зимнего, а в знаменателе – летнего масла.

Структура обозначения моторных масел включает группу букв и цифр. Буква М указывает на принадлежность к моторным маслам. Следующие через дефис цифры характеризуют класс кинематической вязкости (при обозначении дробными цифрами в числителе указывается класс вязкости масла при -18 °С, а в знаменателе – класс вязкости при - +100 °С). Прописные буквы после цифр (А, Б, В, Г, Д, Е) указывают на принадлежность к группе масел по эксплуатационным свойствам. Индекс «1» у букв обозначает что масло предназначено для бензиновых двигателей, а «2» - для дизельных. Универсальные моторные масла, предназначенные для использования как в дизелях, так и в карбюраторных двигателях одного уровня форсирования (обозначаемые одинаковой буквой) индекса в обозначении не имеют. Универсальные моторные масла, принадлежащие к разным группам, должны иметь двойное обозначение, в котором первое характеризует качество масла при применении в дизелях, второе – в бензиновых двигателях.

В необходимых случаях применяют дополнительные индексы: «рк» - рабочее-консервационные масла, «з» - масло, содержащее вязкостную (загущающую) присадку, «цл» - для циркуляционных и лубрикаторныхсмазочных систем, «20», «30» - значение щелочного числа, «к» - масло предназначено для автомобилей КамАЗ, «т» - трансмиссионное масло.

В международной практике широко используется классификация моторных масел по вязкости, разработанная Американским обществом автомобильных инженеров – SAEJ300 – по SAE, а эксплуатационные свойства масел и область их применения оценивается по классификации API (разработана американским институтом нефти). ГОСТ 17479.1-85 в справочных приложениях дает примерное соответствие классов вязкости и групп по назначению и эксплуатационным свойствам с классами вязкости по SAE и группам по API.

Классификация SAE подразделяет моторные масла на шесть зимних классов (OW, SW, 10W, 15W, 20W и 25W) и пять летних (20, 30, 40, 50 и 60). Всесезонные масла, применяемые круглогодично, обозначают двумя значениями, один из которых указывает зимний, а другой – летний класс, например, SAESW-30, SAE 10W-40 и т.п.

Уровни эксплуатационных свойств по API в порядке их возрастания обозначают первыми буквами латинского алфавита, стоящими за буквами «S» или «С», указывающими область применения. До сих пор в категорию Service были введены девять классов (SA, SB, SC, SE, SF, SG, SH, SJ), а в категорию Commercial десять классов (CA, CB, CC, CD, CDII, CE, CF, CF-4, CF-2, CG-4). Цифры при обозначениях классов CDII, CF-2, CG-4 дают дополнительную информацию о применяемости масел данного класса в 2-тактных или 4-тактных дизелях соответственно. Для обозначения универсальных масел используют двойную маркировку, например CF-4/ SG, SH/CG-4 и т.п.

Устаревшие классы за ненадобностью исключены из классификации API. Сегодня в США сертифицируют только масла с высшими уровнями эксплуатационных свойств, а именно: SH и SJ для бензиновых двигателей, CF, CF-2, CF-4 и CG-4 – для дизелей (табл.2).

Ведущие российские производители моторных масел маркируют их как по ГОСТ 17479.1-85, так и по международным стандартам SAE и API. В обозначении моторных масел по SAE и API, как правило, сначала пишется торговая марка производителя, а затем соответствие классу вязкости по SAE и группе по API.

С 1 марта 1999 г. была введена классификация ACEA-98. В соответствии с этой классификацией моторные масла подразделяются на три категории уровней качества – А, В и Е и девять классов (по три в каждой категории) А1, А2, А3 – для бензиновых двигателей; В1, В2, В3 и В4 – для легких дизельных двигателей легковых автомобилей и фургонов на базе легковых автомобилей. Е1, Е2, Е3, Е4 – для тяжелых дизельных двигателей грузовых автомобилей. В 1999 г. введен еще один класс ACEA Е5-99 и исключен Е1-96. классы Е2-96, Е3-96 и Е4-98 переименованы в связи с некоторым ужесточением требований к их свойствам. Сейчас они называются – Е-96 выпуск 3, Е4-99 выпуск 3 и Е4-99 соответственно масла класса Е5-99 на получили широкого применения, но они перспективны. Масла соответствующие первому уровню качества в группах А и В – энергосберегающие, не хуже по эксплуатационным свойствам масел второго уровня. Качество масел повышается, чем больше цифра уровня качества, тем выше требования к ним.

От температуры окружающего воздуха в Кировской области для эксплуатации силового агрегата КамАЗ-740.10 автомобиля КамАЗ-5320 рекомендуется моторное масло (SAE 15W-40, APICF-4/SG) М-5з/14-Д(м), например « ЭКСПЕРТ ОЙЛ SAE15W-40APICF-4/SG» или «ЛЙКОЙЛ-Супер (SAE 15W-40, APICF-4/SG) М-5з/14-Д(м)», которое отвечает требованиям ГОСТ 17479.1-85.

Расшифровка моторного масла (SAE 15W-40, APICF-4/SG) М-5з/14-Д(м):

· SAE15W-40 - масло можно использовать в температурном интервале от минус 25°С до плюс 40°С;

· APICF-4/SG – CF-4 – дизельные двигатели выпуска с 1990 года. Обеспечивает низкий расход топлива и меньшее образование нагара. SG – моторное масло для бензиновых двигателей выпуска с 1989г. То есть масло подходит для дизельных и бензиновых моторов;

· М – моторное масло;

· 5з/14– класс вязкости (кинематическая вязкость 13, 0...15, 0 мм²/с (сСт) при 100 °С и 6000 мм²/с (сСт) при -18 °С);

· Д – масло для высокофорсированных дизелей с наддувом.

Каждое моторное масло должно иметь паспорт качества (Приложение 2) и сертификат соответствия (Приложение 3). Сертификация моторного масла – это процедура, которая необходима для удостоверения соответствия безопасности использования и качества продукции данного типа. Сертификация моторного масла проводится в обязательном порядке – в большинстве случаев она осуществляется посредством получения декларации о соответствии.

Технические жидкости

Надежность работы двигателей во многом зависит от состояния системы охлаждения и качества охлаждающей жидкости, которая должна удовлетворять следующим требованиям: обладать высокой температурой кипения и теплотой испарения, возможно большей удельной теплоемкостью и теплопроводностью; низкой температурой застывания (не выше – 60 °С); иметь небольшую вязкость (1 мм² /с); не вызывать коррозии металлов и сплавов, с которыми соприкасается; не разрушать резиновые изделия, используемые в системе охлаждения; не образовывать отложений; не вспениваться во время работы двигателя; жидкость должна быть недефицитной, дешевой, безопасной в пожарном отношении и безвредной для здоровья.

Рекомендуемые охлаждающие жидкости дляавтобуса МАРЗ-52661 с силовым агрегатом (ЯМЗ-236 НЕ): Тосол-А40М, Тосол-А65М.Они состоят из следующих веществ: Полиалкиленгликоль - 0, 1 - 20, 0%; Бензоат щелочного металла - 1, 6 - 3, 5%; Тетраборат натрия - 0, 3 - 1, 0%; Нитрит натрия - 0, 06 - 0, 2%; Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0, 005 - 0, 02%; Силикат щелочного металла - 0, 005 - 0, 06%; Пеногаситель - 0, 002 - 0, 02%; Краситель - 0, 001 - 0, 005%; Вода - 3, 0 - 45, 0%; Моноэтиленгликоль– Остальное.

Тормозные жидкости, находящиеся в гидроприводе тормозной системы автомобилей, передают энергию исполнительным механизмам.

Надежная работа тормозной системы – необходимое условие безопасной эксплуатации автомобиля. Тормозная жидкость, являясь ее функциональным элементом, должна отвечать определенным техническим требованиям.

Качество тормозных жидкостей оценивается, по результатам лабораторных, стендовых и эксплуатационных испытаний.

Рекомендуемая тормозная жидкость дляавтобуса МАРЗ-52661: DOT 4Данная тормозная жидкость способна образовывать меньшее количество влаги и гораздо дольше поддерживает необходимый уровень температуры кипения, что намного увеличивает срок ее службы.

Пластичные смазки

Пластичные смазки применяют в тех узлах трения автомобилей, в которых не удерживается масло или невозможно обеспечить непрерывное пополнение его запаса. Поэтому для ряда узлов и механизмов автомобиля используют густые мазеобразные продукты – пластичные смазки.

Рекомендуемые пластичные смазки для автомобиля КамАЗ-5320 с силовым агрегатом КамАЗ-740.10 указаны в табл. 1:

Таблица 1. Рекомендуемые пластичные смазки автомобиля КамАЗ-5320 с силовым агрегатом КамАЗ-740.10

	Узел	Марка	ТУ	Преприятие-изготовитель
Двигатель	Шлицевая часть вала якоря привода стартера	Лита	ТУ 38.1011308-90	Ростовский ОНМЗ
ЦИАТИМ-201	ГОСТ 6267-74
Подшипники водяного насоса Подшипники шкива натяжного устройства	Литол-24	ГОСТ 21150-87	Бердянский ОНМЗ ПО «Омскнефте- оргсинтез» Ростовский ОНМЗ ОАО «Слав- нефть-Ярос- лавнефтеорг- синтез»
ЦИАТИМ-201	ГОСТ 6267-74	Ростовский ОНМЗ
Коробка передач и сцепление	Муфта выключения сцепления Подшипник вала вилки выключения сцепления	ШРУС-4	ТУ 0254-001-05766076-98	Ростовский ОНМЗ
ШРУС-4М	ТУ 38401-58-128-95
Подшипник первичного вала коробки передач (в коленчатом вале двигател	Лита	ТУ 38.1011308-90	Ростовский ОНМЗ
Воздухораспределитель	№158	ТУ 38.1011308-90	Ростовский ОНМЗ
Литол-24	ГОСТ 21150-87	Бердянский ОНМЗ ПО «Омскнефте- оргсинтез» Ростовский ОНМЗ ОАО «Слав- нефть-Ярос- лавнефтеорг- синтез»
ЦИАТИМ-201	ГОСТ 6267-74	Ростовский ОНМЗ

У пластичных смазок также есть показатели качества. В качестве примера рассмотрим показатели качества (табл.2) смазки «Литол-24», у которой состав определяет: нефтяное масло вязкостью 60-75мм 2 /С при 50°С, загущенное литиевым мылом 12-гидроксистеариновой кислоты; содержит антиокислительную и вязкостную присадки.Основные эксплуатационные характеристики: высокая коллоидная, химическая и механическая стабильности, водостойка даже в кипящей воде, при нагревании не упрочняется. Работоспособна при температуре от -40°С до +120°С, (кратковременно до 130°С).

Таблица 2. Показатели качества смазки «Литол-24».

Наименование показателя	Норма по ГОСТ 21150-87
Внешний вид	Однородная мазь от светло- желтого до коричневого цвета
Температура каплепадения, °С, не ниже
Пенетрация при 25 С с перемешиванием (60 двойных тактов), мм·10-1	220-250
Вязкость Па·с:
при минус 20 С и среднем градиенте скорости деформации 10 с-1, не более
при 0 С и среднем градиенте скорости деформации 10 с-1, не более
при 50 С и среднем градиенте скорости деформации 100 с-1, не менее
Коллоидная стабильность (массовая доля выделенного масла), %, не более
Предел прочности, Па:
при 20°С	500-1000
при 80°С, не менее
Испаряемость при 120°С, %, не более
Массовая доля свободной щелочи в перерасчете на NаОН, %, не более	0, 1
Содержание свободных органических кислот	Отсутствие
Содержание воды	Отсутствие
Массовая доля механических примесей, %, не более	0, 05
Смазывающие свойства на четырехшариковой машине при (20±5)°С, не менее:
нагрузка сваривания (Рс), Н
критическая нагрузка (Рк), Н
индекс задира (Из)
Набухание резины марки 26-44, %:
изменение объема	±8
изменение твердости	±8
Коррозийное воздействие на металлы	Выдерживает

Расчетная часть

Литература

1. Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб. для вузов / Л.С. Васильева – М.: Наука-Пресс, 2003. – 421 с.

2. Лышко Г.П. Топливо и смазочные материалы. – М.: Агропромиздат, 1985. – 336 с., ил. – (Учебники и учеб.пособия для высш. с.х. учеб. заведений).

3. Неклюдов В.Б., Логинов В.В., Сидыганов Ю.Н. Износ и смазка в эксплуатации машинно-тракторного парка: Учебное пособие. – 2-е изд., перераб. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 1998. – 126 с.

4. Определение показателей качества автомобильных бензинов и дизельного топлива: лабораторный практикум / Г.М.Гаджиев, В.Б.Неклюдов, Е.М.Онучин[и др.]. Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2010. – 76 с.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Введение

автомобильное топливо – бензин, дизельное топливо;

автомобильные масла для двигателя (моторные) и для агрегатов трансмиссии (трансмиссионные);

пластичные смазки для узлов ходовой части и механизмов управления;

специальные жидкости для системы охлаждения двигателя и для тормозной системы автомобиля.

Теоретическая часть

Процессы, происходящие при воспламенении и сгорании в цилиндре дизельного двигателя с построением графиков.

Двигатели внутреннего сгорания проектируются и создаются таким образом, чтобы максимально использовать энергию сгорающего в них топлива.

От процесса сгорания зависят надежность работы двигателя, мощность, экономичность, токсичность и дымность отработавших газов.

В связи с тем, что в курсовой работе рассчитывают 4 автотранспортных средств работавших на разных двигателях внутреннего сгорания, то, в качестве примера, для рассмотрения выберем автомобиль КамАЗ-5320 работающий на дизельном топливе.

Процесс сгорания в дизеле делят на четыре периода;

1 - период задержки воспламенения;

2 - период быстрого (интенсивного) горения;

3 - период диффузионного (управляемого и основного) горения;

4 - период догорания.

На рис. 1 показана индикаторная диаграмма дизеля, работающего на номинальной частоте вращения, с номинальной цикловой подачей топлива, свойства которого соответствуют ГОСТ 305-2013."

Рисунок 1 - Развернутая индикаторная диаграмма дизеля

Точка А соответствует моменту начала впрыскивания топлива, определяется величиной установочного угла опережения впрыскивания топлива, который, в свою очередь, устанавливается с учетом свойств топлива, давления и температуры в цилиндре.

Первая фаза (период задержки воспламенения), промежуток времени от момента начала подачи топлива (т. А) до момента отрыва линии нарастания давления на диаграмме расширения-сжатия (т. В) составляет первый период процесса сгорания - период задержки воспламенения (ПЗВ). ПЗВ характеризуется тем, что первые порции топлива, поданные форсункой, воспламеняются не сразу, а после того, как претерпевают физико-химические изменения. В течение этого времени происходит распад струи на капли, перемещение капель по объему цилиндра. При этом топливо испаряется, нагревается, изменяется его молекулярная структура. Пары топлива смешиваются с воздухом. В ходе физико-химических изменений получают развитие предпламенные реакции, возникают очаги самовоспламенения.

Второй период (фаза быстрого горения). Отрезок времени от момента воспламенения топлива (т. В) до момента достижения максимального давления в цилиндре (т. z) называют периодом быстрого (интенсивного) горения. Продолжительность этого периода зависит от положения точек А и В (установочного угла, свойств топлива, давления и температуры в цилиндре), а также закона топливоподачи (профиля кулачка и величины номинальной подачи). Давление и температура резко повышаются вследствие сгорания значительной части заряда (смеси испарившегося в течение периода задержки воспламенения топлива с воздухом) и топлива, впрыскиваемого во второй фазе. Второй период характеризуют - максимальной скоростью нарастания давления (жесткостью процесса сгорания) и степенью повышения давления.

Третья фаза горения (фаза быстрого диффузионного горения). Она условно измеряется отрезком времени от точки достижения максимального давления газов в цилиндре дизеля до точки достижения максимальной температуры цикла. Ктечение управляемого горения в цилиндре имеются избыток воздуха, высокая температура и пламя из очагов возгорания легко распространяется на всю камеру сгорания (КС). А во время основного горения коэффициент избытка воздуха уменьшается, Основное внимание в это время уделяется возможности подвода к несгоревшему топливу неизрасходованного кислорода. Чем интенсивней в этот период диффузия, тем меньше образование сажи.

Четвертая фаза (фаза догорания). Последним, до момента открытия выпускных клапанов, является период догорания топлива. Он характеризуется малым выделением тепла, вялым горением из-за уменьшения кислорода, ухудшает экономичность дизеля, поэтому его желательно сократить. Сгорание в этот период характеризуется постепенным замедлением скорости тепловыделения, поскольку скорость процесса догорания определяется скоростью диффузии и турбулентного смешения остатков топлива и продуктов неполного сгорания с воздухом. В целом, период догорания топлива характеризует техническое состояние дизеля и уровень его конструкции или исполнения.

Таким образом, для организации экономичной работы дизеля необходимо:

- начать подачу в соответствии со свойствами топлива и режимом работы дизеля;

- в период задержки воспламенения подавать в цилиндр минимальное количество топлива, достаточное только для его воспламенения на любых режимах работы;

- обеспечивать качественное перемешивание частиц топлива с воздухом;

- максимально сократить период догорания.

12 3 Следующая ⇒