Устройство, обслуживание и ремонт топливной аппаратуры автомобилей. Страница 1

Ю.В.БУРАЛЕВ, О.А.МАР ТИРОВ, E. В. КЛЕН НИКОВ
Устройство, обслуживание и ремонт топливной
аппаратуры
автомобилей
ББК 39.33—08 Б 90 УДК 629.113
Рецензент Б. Б. Соловьев (преподаватель Коломенского учебнокурсового комбината)
Буралев Ю. В. и др.
Б 90 Устройство, обслуживание и ремонт топливной аппаратуры автомобилей: Учеб. для сред. ПТУ/Буралев Ю. В., Марти-ров О. А., Кленников Е. В. 3-е изд., перераб. и доп.—М.: Высш. шк., 1987.—288 с.: ил.
Приведены сведения по автомобильным топливам, устройству систем питания карбюраторных дизельных и газобаллонных автомобилей, обслуживанию и ремонту приборов топливной аппаратуры.
3-е издание (2-е—в 1982 г.) дополнено сведениями о новых конструкциях топливной аппаратуры автомобилей.
Учебник может быть использован при профессиональном обучении рабочих на про*» изводстве.
„3603030000—134    ББК 39.33—08
052 (01)—87 137-87    6Т2.12
© Издательство «Высшая школа», 1982 © Издательство «Высшая школа», 1987, с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящий учебник написан в соответствии с программой подготовки в средних профессионально-технических училищах слесарей по топливной аппаратуре автомобилей. Учебный план и программа подготовки, утвержденные в 1984 г., переработаны с учетом более глубокого изучения вопросов, связанных с широким внедрением дизелей в автомобильный транспорт и применением сжатых газов в качестве моторного топлива для автомобилей, что учтено при переиздании учебника.
В третьем издании сохранена последовательность изложения материала, принятая в предыдущих изданиях: вначале излагается материал по устройству, работе и техническому обслуживанию приборов систем питания карбюраторных двигателей, затем эти же вопросы рассмотрены по отношению к дизелям и газобаллонным установкам автомобилей. Материал по ремонту приборов систем питания двигателей всех типов рассмотрен в отдельной главе. Сведения по топливной аппаратуре трех типов двигателей внутреннего сгорания — карбюраторного, дизеля и работающего на сжиженном или сжатом газе (газового) — систематизированы.
В настоящее издание учебника кроме сведений о конструктивных особенностях систем питания базовых автомобилей заводов ЗИЛ, ГАЗ, АЗЛК, ВАЗ, МАЗ, КамАЗ включены новые материалы по системе питания автомобиля ГАЗ-ЗЮ2, газобаллонным установкам для сжатых газов, конструкции и оснащению АЗС и газонаполнительных станций* а также обновлены материалы по автомобильным топливам.
Авторы
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года предусматривается ускоренное развитое транспорта на новой технической основе, увеличение и улучшение структуры выпуска автомобилей, наиболее полно отвечающим потребностям народного хозяйства и целям экономии топлива. При этом выпуск дизельных грузовых автомобилей с уменьшенным на 25—30 процентов (по сравнению с бензиновыми) удельным потреблением топлива должен быть доведен до 40—45 процентов общего выпуска автомобилей. Впервые ставится задача по организации производства дизельных легковых автомобилей и высокоэкономичных переднеприводных моделей.
В течение планируемого периода должно быть значительно расширено производство автомобилей, работающих на сжатом и сжиженном газе, снижен удельный расход топлива автомобилями за счет совершенствования конструкции двигателей, применения электронных устройств и улучшения аэродинамических показателей, уменьшена на 15—25 процентов удельная металлоемкость, увеличен ресурс работы и снижена трудоемкость технического обслуживания автомобилей.
В целях повышения экономической эффективности работы транспорта предусмотрено развитие его новых видов, повышение темпов обновления подвижного состава, укрепление материально-технической и ремонтной баз, значительное повышение уровня комплексной механизации ремонтных работ, снижение отрицательного воздействия транспорта на окружающую среду; запланировано в 1990 г, обеспечить экономию бензина и дизельного топлива на 18—20 процентов по сравнению с 1985 г.
При техническом обслуживании автомобилей в настоящее время начинают применяться все более сложные технические средства, в первую очередь диагностические; внедряются новые технологические процессы, обеспечивающие повышение качества работ. Применение диагностических средств при техническом обслуживании автомобиля позволяет не только своевременно выявить неисправности его агрегатов и систем, но и устранить их до того, как они вызовут серьезные нарушения в работе. Диагностические методы оценки технического состояния автомобилей повышают надежность и безопасность их эксплуатации. Кроме того, своевременное и высококачественное обслуживание автомобилей позволяет снизить расходы эксплуатационных материалов и затраты на ремонт, увеличить срок службы автомобилей и поддерживать их техническое состояние на должном уровне.
В результате быстрого развития автомобильного транспорта возникла проблема загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, содержащимися в отработавших газах автомобильных двигателей. С целью решения этой проблемы ученые и конструкторы автомобильной промышленности совершенствуют автомобильные двигатели, уделяя большое внимание улучшению их рабочего процесса и повышению экономичности за счет применения топливной аппаратуры более высокого качества, разработки новых методов и устройств, уменьшающих токсичность отработавших газов. Так, усовершенствование систем питания и выпуска отработавших газов должно уменьшить выброс в атмосферу вредных компонентов, содержащихся в продуктах сгорания автомобильных двигателей.
В нашей стране проводится большая работа, направленная на борьбу против загрязнения окружающей среды и шума в городах. В 1980 г. был принят Закон СССР «Об охране атмосферного воздуха», вступивший в действие с 1 января 1981 г. Статья 11 этого Закона непосредственно относится к тем, кто производит и эксплуатирует транспортные средства. Она устанавливает контроль за соблюдением нормативов на предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. В целом Закон закрепляет многие требования по вопросам сохранения чистоты атмосферы и определяет ответственность за нарушение законодательства об охране атмосферного воздуха.
Одним из путей снижения токсичности отработавших газов автомобильных двигателей является применение газообразного топлива, которое позволяет не только существенно снизить загазованность атмосферы, но и способствует экономии жидких автомобильных топлив.
Г Л А В A I. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ТОПЛИВА
§ 1* Общие сведения
Топливо — это горючее вещество, при сжигании которого образуется тепловая энергия. Топлива бывают твердыми, жидкими и газообразными. Для автомобильных двигателей внутреннего сгорания применяют главным образом жидкие и газообразные топлива.
В качестве жидких топлив используют автомобильные бензины и дизельные топлива, которые получают переработкой нефти или твердых горючих ископаемых (каменного угля и горючих сланцев).
В качестве газообразных топлив используют сжиженные и сжатые газы. Сжиженные газы получают переработкой нефти или газификацией в газогенераторе твердых видов топлив, а сжатые — из природного, а также из попутных газов, которые извлекают при добыче нефти. Широкое применение сжиженного газа в качестве топлива для автомобильных двигателей обусловлено высокой концентрацией энергии в единице его объема, хорошими антидетонационньши свойствами (см. § 3) и малой токсичностью после отработки. Сжатые газы применяют в меньшей степени, так как они уступают сжиженным по целому ряду свойств и эксплуатационных показателей.
§ 2. Нефть и способы ее переработки
Н е ф т ь — это жидкое ископаемое горючее вещество, представляющее собой вязкую маслянистую жидкость темно-коричневого (иногда буро-зеленого) цвета со специфическим запахом. Химический состав нефти неоднороден. Она представляет собой смесь большого количества разнообразных веществ — многочисленных углеводородов, сернистых, кислородных, азотистых и других соединений.
Нефти, добытые в разных географических районах и даже из разных пластов одного и того же месторождения, сильно различаются по составу.
Любая нефть состоит из следующих химических элементов (%): углерода — 83—87; водорода — 11—14; азота — 0,3—2,3; серы — 0,1—6; кислорода — 0,1—1,3 и небольшого количества различных металлов. В нефти содержатся углеводороды, которые делят на парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены).
Парафиновые углеводороды выражаются формулой СпН2„+2, где п — количество атомов углерода. При обычных условиях углеводороды от СН4 до С4Н10 — газы; от С5Н12 до С15Н32 — жидкости, входящие в состав бензинов, керосинов и дизельных топлив; угле-
водорода с большим количеством атомов углерода в молекуле — твердые вещества. Парафиновые углеводороды нормального строения повышают самовоспламеняемость дизельных топлив.
Кроме парафиновых углеводородов нормального строения существуют изомерные углеводороды. Изомерное строение могут иметь углеводороды парафинового ряда с четырьмя и более атомами углерода.
Бензин
еф! \ — ш
ЛЬ ] 100°,
. Лигроин
Керосин
Г 1 . 200*
_ Легкий газойль
Тяжелый
(,дизельное топлиВо) «Г
газойль
(мазут)
Гудрон
Рис. I. Схема разделения нефти на фракции
Изомерные парафиновые углеводорода улучшают процессе сгорания бензинов. Нафтеновые углеводороды, выражающиеся формулой СПН2П, содержатся в нефти в значительных количествах. Они обладают высокой химической стабильностью, т. е. способностью не вступать в химические реакции с другими веществами. Присутствие легких нафтеновых углеводородов в бензине улучшает его свойства. Ароматические у г л е-водор оды выражаются формулой CnH2n-6. В нефти таких углеводородов содержится не более 25%. Они меньше окисляются и являются ценными компонентами высокооктановых бензинов. Автомобильные топлива, смазочные масла и специальные жидкости являются продуктами переработки нефти. В них не должно быть кислородных, азотистых и особенно сернистых соединений, которые вызывают сильную коррозию металлов. Перед переработкой нефть очищают от механических примесей, обезвоживают и обессоливают, после чего подвергают переработке прямой перегонкой или деструктивными методами (вторичные процессы с изменением структуры углеводородов). На нефтеперерабатывающих заводах переработка нефти ведется в установках непрерывного действия, где осуществляются одновременно процессы атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута. В результате переработки нефть разделяется на фракции (рис. 1), имеющие различные температуры выкипания. При нагреве нефти первыми закипают и испаряются наиболее легкие углеводороды, которые отбираются и используются в качестве сжиженных газов и бензина. Затем закипают более тяжелые углеводороды, из которых получают лигроин, керосин и дизельные топлива. В конце прямой перегонки остаются самые тяжелые углеводороды, образующие мазут. При прямой перегонке (рис. 2) нефть в трубчатой печи 1 нагревается до определенной температуры и поступает в ректификационную колонну 2, где переходит в парообразное состояние и разделяется на ректификационных тарелках 3 на отдельные фракции. Тарелки представляют собой перфорированные пластины с патрубками и колпачками.Через них легкие углеводороды в парообразном состоянии проходят в верхнюю часть колонны, а более тяжелые конденсируются и стекают на тарелки, расположенные ниже. Таким образом, на каждую ректификационную тарелку снизу поступают пары углеводородов, а сверху на ней уже находятся углеводороды в жидкой фазе, которые могут быть отобраны в соответствии с их температурой конденсации через систему теплообменников 4 и 6. Так, фракции бензинов Рис. 2. Установка для прямой перегонки нефти и переработки мазута: 1 — трубчатая печь, 2 — ректификационная колонна, 3 — ректификационные тарелки, 4, 6 —* (теплообменники, 5 — вакуумная колонна отбираются при температурах от 30 до 200 °С, керосинов — от 150 до 300, дизельных топлив — от 200 до 300, мазутов — выше 350 °С (на рис. 1 указаны средние температуры выкипания получаемых продуктов) . Прямая перегонка является первой частью более глубокого процесса переработки нефти. После отбора фракций, кипящих при температурах до 300 °С, оставшиеся мазутные фракции подвергают вторичной переработке в вакуумной колонне 5, в результате чего происходит расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие с получением масляных дистиллятов — соляровых, веретенных, машинных и цилиндровых. Машинные дистилляты являются основой для получения автомобильных масел. Для увеличения выхода из нефти светлых нефтепродуктов (бензина, дизельного топлива) газойлевые фракции и гудрон подвергают также вторичным процессам переработки, которые называют к р е-кингами(в переводе с английского слово «крекинг» означает раскалывать, расщеплять). Применительно к процессу переработки нефти крекинг представляет собой процесс расщепления высокомолекулярных углеводородов на низкомолекулярные (типа бензинов). Процессы крекинга позволяют получать из нефти до 75% бензина. В нефтеперерабатывающей промышленности применяют в настоящее время термический и каталитический крекинги. Термический крекинг — это процесс, во время которого под действием высокой температуры (470—540 еС) и давления 2—7 МПа происходит расщепление молекул тяжелых углеводородов мазутных фракций на молекулы более легких углеводородов, входящих в состав газа, бензина, керосина и др. При термическом крекинге из мазута удается получить до 40% бензиновых фракций, однако бензины, полученные термическим крекингом, содержат значительное количество непредельных углеводородов, что ухудшает их химическую стабильность. Каталитический крекинг — процесс превращения высококипя-щих фракций (газойля, мазута) в высокооктановые компоненты бензинов, протекающий при 450—500 °С, давлении, близком к атмосферному, и в присутствии катализатора, ускоряющего расщепление молекул исходного сырья. Каталитический крекинг является более совершенным процессом, позволяющим получать высококачественные нефтепродукты. Разновидностью каталитического крекинга является гидрокрекинг, во время которого под давлением водорода и в присутствии новых эффективных катализаторов расщепляются даже тяжелые молекулы гудрона. При использовании гидрокрекинга выход из нефти светлых нефтепродуктов можно довести до 90%. § 3. Топливо для бензиновых двигателей Требования, предъявляемые к бензинам. Автомобильные бензины, являющиеся топливом для карбюраторных двигателей, должны удовлетворять определенным требованиям, основными из которых являются: быстрое образование бензино-воздушной (горючей) смеси необходимого состава; сгорание рабочей смеси с нормальной скоростью (без детонации); минимальное коррозирующее воздействие на детали системы питания двигателя; небольшие отложения смолистых веществ в системе питания двигателя; наименьшее отравляющее воздействие на организм человека и окружающую среду; сохранность первоначальных свойств в течение длительного времени. Основные технико-эксплуатационные свойства бензинов и их показатели. Основным свойством бензина является детонационная стойкость, характеризующая его способность сгорать в цилиндрах двигателя без детонации. Детонацией называется сгорание рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью, превышающей скорость звука. В рабочей смеси образуются углеводородные перекиси, которые самовоспламеняются и сгорают со сверхзвуковой скоростью. Это явление сопровождается резкими металлическими стуками, перегревом и падением мощности двигателя. При детонации и двигателе возникают ударные нагрузки, которые могут стать причиной его разрушения. Показателем, определяющим детонационную стойкость бензина, является октановое число: чем оно выше, тем меньше возможность появления детонации. Кроме октанового числа на возникновение детонации при работе двигателя влияют эксплуатационные факторы: перегрев двигателя свыше нормы; большая нагрузка при малой частоте вращения коленчатого вала; неправильная (ранняя) установка зажигания. Из конструктивных факторов, влияющих на возникновение детонации, нужно отметить такие, как форма камеры сгорания, расположен-ние свечи зажигания, диаметр цилиндра, а также важнейший конструктивный параметр двигателя — степень сжатия. Для каждого типа карбюраторного двигателя допускается применение бензина со строго определенным октановым числом, которое определяется степенью сжатия двигателя: чем выше степень сжатия, тем большее октановое число должен иметь бензин. Например, при степени сжатия 7—7,2 применяют бензин А-76, а при 8,5 — 8,8 — АИ-93. Октановое число определяют моторным и исследовательским методами, сущность которых заключается в сравнении работы одноцилиндрового двигателя на испытуемом бензине и эталонном топливе. В качестве эталонного топлива используют смесь двух углеводородов — изооктана и нормального гептана. Октановое число первого принимают равным 100 единицам, второго — нулю. Если составлять смесь из этих углеводородов в определенном процентном соотношении, то оно и будет характеризовать октановое число. Так, смесь из 76% изооктана и 24% гептана будет равноценна бензину с октановым числом 76. Испытание бензина моторным методом проводят следующим образом: вначале запускают двигатель на испытуемом бензине и доводят его при повышении нагрузки до возникновения детонации, которая фиксируется по шкале указателя детонации; затем переводят питание двигателя на эталонную смесь, имеющую предполагаемое октановое число на две единицы больше, чем у бензина. Если в фиксированном режиме нагрузки детонация не появится, двигатель переводят на другую смесь (с октановым числом, меньшим на две единицы) и опять наблюдают за возникновением детонации. При ее появлении подсчитывают октановое число как среднее арифметическое октановых чисел двух взятых эталонных смесей. С целью большей достоверности указанное испытание проводят три раза. Исследовательский метод испытания бензина по схеме проведения не отличается от моторного, разница заключается лишь в режиме нагрузки на двигатель в момент испытания: величина нагрузки устанавливается несколько меньшей, чем при моторном методе. В результате детонация будет возникать при использовании эталонных смесей с большим содержанием изооктана, поэтому октановое число, получаемое исследовательским методом, будет на несколько единиц выше. Если испытание бензина проводят исследовательским методом, то это можно определить по марке бензина: после буквы А, означающей, что бензин является автомобильным, следует буква И (отсутствие этой буквы указывает на моторный метод проведения испытания). Для повышения октанового числа в некоторые бензины добавляют специальные присадки. Чаще всего это этиловая жидкость с антидетонатором ТЭС (тетраэтилсвинец). Бензин с антидетонационной присадкой называется этилированным и в отличие от обычных бензинов окрашивается, причем каждой марке бензина соответствует определенный цвет окраски. Применение этилированных бензинов ограничивается из-за повышенной токсичности их продуктов сгорания. Испаряемость бензина в процессе карбюрации характеризует его способность образовывать в карбюраторе однородную топливовоздушную смесь определенного качества. Это свойство бензинов зависит от их фракционного составам показателями последнего являются указанные в ГОСТ 2084—77 температуры, при которых испаряются начальные фракции, а затем 10, 50 и 90% бензина (соответственно tHf tio, /5о и /9о), а также температуры начала и конца перегонки (соответственно tHn и 4п)*Эти температуры свидетельствуют о наличии в бензине определенных фракций. По температуре i10 можно судить о наличии в бензине фракций, от которых зависит легкость пуска холодного двигателя: чем ннже эта температура, тем легче и быстрее можно пустить холодный двигатель. Устойчивость работы двигателя с малой частотой вращения коленчатого вала зависит от температуры U0: чем ниже эта температура, тем лучше испаряются средние рабочие фракции бензина, обеспечивая поступление горючей смеси в двигатель. Эти же фракции определяют приемистость двигателя, т. е. его способность переходить с малой частоты вращения коленчатого вала на большую. Температуры t90 и /кп свидетельствуют об интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси при работе двигателя на полной мощности. Применение бензина с высокой температурой конца перегонки приводит к повышенному износу двигателя и перерасходу бензина. Способность бензина давать при сгорании отложения в двигателе, а также его физическая стабильность (испаряемость при хранении) характеризуются остатками и потерями, определяемыми при перегонке. Качество бензинов определяет ГОСТ 2084—77 (табл. 1), который предусматривает повышенные требования к бензинам массового потребления и особенно к бензинам с государственным Знаком качества. По сравнению с бензинами массового потребления в бензинах А-76, АИ-93 и АИ-98 со Знаком качества значительно снижены кислотность (в 3—3,7 раза), содержание фактических смол (в 1,3—3,5 раза) и серы (в 5—10 раз). Бензины А-76 и АИ-98 со Знаком качества выпускают только летнего вида, а остальные — летнего и зимнего видов. Летние бензины применяют с 1 апреля по 1 октября, а зимние — с 1 октября по 1 апреля, причем в северных и северо-восточных районах круглогодично. Летние бензины можно также применять в течение всего года в южных районах. Бензины массового потребления А-76, АИ-93 и АИ-98 выпускают в основном этилированными, но в целях снижения их токсичности и отложений на деталях двигателей содержание свинца в антидетона-ционной присадке снижено (см. табл. 1). При использовании товарных бензинов на автотранспортных предприятиях необходимо контролировать их качество по паспорту, содержащему важнейшие показатели бензина: октановое число, фракцион- Показатели технико-эксплуатационных свойств Марка А-72 А-76 Октановное число, не менее, определяемое методом: моторным исследовательским Фракционный состав: tHt °С, не ниже t1Q, °С, не выше * ^5о» °С, не выше * t$о, СС, не выше * Температура конца перегонки, СС, не выше * Сумма остатков и потерь, % (мае.) Содержание тетраэтилсвинца, г/кг, не более ** Цвет этилированного бензина *** Бесцвет Желтый Оранже- во-крас- Синий Содержание серы, % (мае.), не более * В числителе—показатели для летних бензинов, в знаменателе — для зимних. ** Выпускают также высококачественные неэтилированные бензины А~7б, АИ-93 и АИ-98, содержащие меньшее количество серы и фактических смол. *** Некоторым заводам разрешается выпускать бензин А-72 розового цвета с содержанием тетраэтилсвинца 0,24 г (не более) на I кг бензина. ный состав, давление насыщенных паров, содержание ТЭС и фактических смол. Бензин считается удовлетворяющим ГОСТу, если основные показатели имеют отклонения в допустимых пределах (в этом случае его можно использовать по прямому назначению). Если отклонение какого-либо показателя превышает норму, бензин смешивают с другим бензином более высокого качества, пользуясь правилом среднеарифметического смешения. Например, для получения более высокого октанового числа бензин с низким октановым числом смешивают с бензином, имеющим высокое октановое число, в соотношении: у __0.ч2—-О.ч 1 —О.ч —О.чх’ где Xt — количество низкооктанового бензина, л, которое нужно смешать с 1 л высокооктанового бензина; О. ч — октановое число смеси бензинов; 0.4t — октановое число низкооктанового бензина; 0.ч2 — октановое число высокооктанового бензина. Улучшение какого-либо показателя топлива путем смешения ведут таким образом, чтобы не ухудшить другие показатели. § 4. Топливо для дизелей Требования, предъявляемые к дизельным топливам. Дизельное топливо представляет собой сравнительно вязкую жидкость желтоватого цвета со слабым характерным запахом. К дизельным топливам при эксплуатации предъявляют требования, аналогичные требованиям к бензинам, однако из них можно выделить специфические, обусловленные особенностями смесеобразования и воспламенения в дизелях: сохранение текучести и определенной вязкости при возможно более низких темпуратурах с целью обеспечения надежной подачи в цилиндры двигателя; хорошее смесеобразование и воспламеняемость при впрыскивании в камеру сгорания. Основные технико-эксплуатационные свойства дизельных топлив и их показатели. Все дизельные автомобильные топлива по климатическим условиям их применения делятся на летние (Л), зимние (3) и арктические (А). Летние дизельные топлива могут применяться при температуре воздуха выше О °С; зимние с температурой застывания не выше —35 °С предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды —20 °С и выше, а с температурой застывания не выше —45 °С — от —30 °С и выше. Арктические топлива предназначены для применения в холодной климатической зоне при температуре окружающей среды —50 °С и выше. В зависимости от содержания серы дизельные топлива разделены на две подгруппы. Топлива второй подгруппы содержат серы примерно в 2 раза больше, поэтому применять их можно в двигателях, где используется масло с присадкой, уменьшающей вредное воздействие серы. Основным технико-эксплуатационным свойством дизельного топлива является воспламеняемость, характеризующая способность его паров в определенных условиях воспламеняться без источника зажигания. Показателем воспламеняемости является цета-новое число, оказывающее решающее влияние на легкость пуска и характер работы двигателя: чем оно больше, тем легче пуск двигателя и мягче его работа. Цетановое число зависит от количества и группового состава углеводородов , входящих в дизельное топливо. Парафиновые углеводороды термически менее устойчивы, легко окисляются с образованием перекисей, поэтому относятся к наиболее легковоспламеняющимся и имеют высокие цетановые числа. Ароматические углеводороды для воспламенения требуют более высоких температур и значительных интервалов времени на окисление, вследствие чего их цетановые числа невелики. Нафтеновые углеводороды по воспламеняемости занимают промежуточное положение между парафиновыми и ароматическими. Повышение цетанового числа может быть достигнуто изменением группового состава углеводородов дизельного топлива или введением присадок. Второй способ наиболее прост, так как позволяет сравнительно легко влиять на воспламеняемость топлива. Такие присадки, как этилнитрат или изопропилнитрат, введенные в дизельное топливо в количестве 1%, вызывают повышение цетанового числа на 10—15 единиц. Оценка воспламеняемости дизельного топлива проводится, как и для бензинов, сравнением работы одноцилиндрового двигателя на эталонном топливе и на испытуемом. В качестве эталонного топлива применяют смесь углеводородов цетана и а-метилнафталина. Воспламеняемость цетана принимают за 100 единиц, а а-метилнафталина —> за 0. Составляя эталонное топливо из этих углеводородов в разных соотношениях, можно при работе одноцилиндрового двигателя на испытуемом топливе и на эталонном добиться одинаковой их воспламеняемости. В этом случае процентное содержание цетана в эталонном топливе будет численно равно цетановому числу испытуемого топлива. Испаряемость дизельного топлива определяется его фракционным составом. В дизеле испарение топлива происходит в среде очень сильно нагретого воздуха, поэтому, несмотря на слишком малое время для смесеобразования, большая часть топлива успевает испариться и образовать рабочую смесь. При этом фракции топлива с очень низкими температурами перегонки плохо воспламеняются. Следовательно, дизельное топливо должно иметь оптимальный фракционный состав, чтобы не затруднялось испарение и не ухудшалась воспламеняемость. В ГОСТе для дизельных топлив фракционный состав характеризуется температурами испарения 50 и 96% топлива (соответственно 4а и 4е)> служащими для сравнения топлив. Эксплуатационная оценка дизельного топлива по этим показателям не производится. Начало перегонки дизельных топлив происходит при 180—200 °С, а конец —* при 330—360 °С. Вязкость дизельных топлив характеризует их способность к прохождению по топливоподающей системе, т. е. текучесть. Использование дизельных топлив с чрезмерно высокой или низкой вязкостью вызывает нарушение в работе двигателя. ГОСТ устанавливает для каждой марки дизельного топлива вязкость при температуре 20 °С в единицах кинематической вязкости — мм2/с. Подача топлива в цилиндры двигателя может нарушаться вследствие образования в нем при понижении температуры микрокристаллов парафина или льда. Это явление наступает при температуре помутнения и характеризуется потерей топливом прозрачности. Кристаллы льда начинают образовываться уже при температуре немного ниже 0 °С, а кристаллы парафина — при более низких температурах. Для обеспечения надежной подачи топлива нужно, чтобы его температура помутнения была на 3—5 °С ниже его рабочей температуры. При понижении температуры на 5-—15°С ниже температуры помутнения топливо застывает и полностью теряет текучесть. Показатель Марка Цетановое число, не менее Фракционный состав: *50» °С, не выше f96, QC, не выше Кинематическая вязкость при 20°С, мм2/с Температура застывания, РС, не выше, для климатической зоны: умеренной холодной Температура помутнения, ЯС, не выше, для климатической зоны: умеренной холодной Температура вспышки, °С, не ниже Содержание серы, % (мае.), не более, в топливе: вида I * вида II Плотность при 20°С, г/см3, не более ** * Вид топлива указывается в паспорте, представляемом вместе с топливом на заправочную станцию. Если, например, паспортный жетон на топливо содержит запись Л-0,2-40, то это означает: Л—топливо летнее; 0,2 — содержание серы, % (вид I); 40—температура вспышки, °С. »* зт0т показатель необходим для ведения учета расхода топлива в АТП. Температура застывания — это такая температура в стандартной пробирке, при которой дизельное топливо загустевает настолько, что его уровень при наклоне пробирки на угол 45° не изменяется в течение 1 мин. Температура застывания определяет возможность использования топлива при данной температуре воздуха. Коррозионные свойства дизельных топлив, как и бензинов, зависят от содержания в них серы и ее соединений, минеральных и органических кислот, щелочей, фактических смол и непредельных углеводородов. Качество дизельных топлив должно соответствовать требованиям ГОСТ 305—82 (табл. 2). § 5. Топливо для двигателей газобаллонных автомобилей Для двигателей газобаллонных автомобилей в качестве топлива используют сжиженные нефтяные и сжатые природные газы, жидкий метан, водород и др. Сжиженные нефтяные и сжатые природные газы по технико-экономическим и санитарно-гигиеническим показателям являются наиболее полноценными заменителями жидких моторных топлив. Сжиженные газы. К сжиженным газам относятся такие, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при температуре окружающей среды и сравнительно небольших избыточных давлениях. Сжиженные газы должны удовлетворять следующим требованиям: иметь стабильный компонентный состав в условиях эксплуатации; обеспечивать определенное избыточное давление насыщенных паров; не образовывать жидкого неиспаряющегося осадка при испарении и редуцировании в автомобильной газовой аппаратуре. Характеристика сжиженных углеводородных газов, применяемых в качестве топлива для двигателей газобаллонных автомобилей, определена ТУ 38 001302—781 и приведена ниже. Характеристика сжижеииых углеводородных газов Компонентный состав, % (мае): пропан .........................80±5 пентаны, не более................3 непредельные углеводороды, не более.......6 бутаны .....................остальное Избыточное давление насыщенных паров, МПа: при +45°С, не более...............1,6 при —30°С, не менее...................0,07 Содержание, % (мае): сероводорода, не более..............0,003 серы, не более..................0,015 Количество газа, при котором ощущается его запах, % (об.)........................0,5 П р и м е ч а н и е. Жидкий остаток при 40°С, свободная вода и щелочь отсутствуют. В состав сжиженных газов входят простые углеводородные соединения, основными из которых являются этан, этилен, пропан, пропилен, бутаны и бутилены. Этан С2Н6 и этилен С2Н4 содержатся в сжиженных газах в небольших количествах. Их добавление в состав сжиженного газа считается нежелательным в летнее время и весьма полезным в зимний период для повышения давления насыщенных паров до необходимого для нормальной работы газовой установки автомобиля. Пропан С3Н8 и пропилен С3Н6 в значительной мере определяют свойства сжиженных газов, так как являются их основными составляющими. Пропан наиболее пригоден в качестве топлива для автомобильных газовых двигателей. Он обладает высокими антидетонационными свойствами и достаточной упругостью паров во всем диапазоне окружающих температур. Пропилен имеет сравнительно низкую детонационную стойкость, в связи с чем его содержание в газе должно быть ограничено. Нормальный бутан н-С4Н10, нормальный бутилен h-QH8 и другие их изомеры являются высококалорийным и полноценным топливом для автомобильных двигателей. Однако их применение в чистом виде возможно только при положительных температурах, так как при температуре ниже 0° С они не создают избыточного давления. В качестве автомобильного топлива бутаны и бутилены широко применяют в смеси с газами, имеющими высокое давление насыщенных паров (этаном, пропаном и др.). К загрязняющим веществам ивредным примесям в газах относятся сера и ее соединения, влага, механические примеси и тяжелые углеводороды. Сера находится в сжиженном газе в растворенном состоянии. При испарении и редуцировании газа часть ее выпадает в осадок в топливной аппаратуре, сужая проходные сечения газовых каналов и разрушая резинотехнические изделия; другая часть серы сгорает в цилиндрах двигателя, увеличивая токсичность отработавших газов. Влага в сжиженных газах может находиться как в свободном, так и в растворенном состоянии. Особенно недопустимо ее наличие в газах в зимнее время. При отрицательных температурах влага образует в газовой магистрали ледяные пробки, перекрывающие подачу газа к двигателю. Тяжелые углеводороды с содержанием С€ и выше при редуцировании газа скапливаются в виде неиспаряющегося осадка (конденсата) в газовой аппаратуре автомобиля. Наибольшее количество конденсата осаждается на мембранах газового редуктора, нарушая его работу. Одоризацию газа проводят, чтобы ощутить его наличие в воздухе (газу придают специфический запах с помощью веществ, называемых одорантами). В качестве одоранта широко применяют этилмеркап-тан (С2Н2СН). На 100 л сжиженного газа добавляют приблизительно 2,5 г одоранта (при таком количестве становится возможным по запаху определить в воздухе 0,4—0,5% газа). Указанная концентрация не вызывает опасности взрыва, так как составляет всего 20% от нижнего предела воспламеняемости. Свойства сжиженных газов характеризуются свойствами отдельных углеводородов, входящих в смесь. Благодаря идентичности строения молекул смеси пропана и бутана подчииаются правилу аддитивности, т. е. показатели, определяющие свойства смеси, пропорциональны показателям, определяющим свойства ее отдельных компонентов (табл. 3). В таблице для сравнения приведены свойства бензина А-76. К основным показателям, характеризующим сжиженные газы как топливо для автомобильных двигателей, относятся давление насыщенных паров, плотность газовой фазы, низшая теплота сгорания и др. Показатель н-С4Н10 Бензин А-7 6 Молекулярная масса Плотность газовой фазы при 0°С и 0,1 МПа, кг/м3 Плотность жидкой фазы при 15°С и 0,1 МПа, кг/л Относительная плотность газовой фазы (плотность воздуха принята за единицу) Температура кипения, °С Низшая теплота сгорания: +35 (не ниже) кДж/кг ккал */кг Объем паров при испарении 1 л жидкости, м3 Температура воспламене ния, °С Пределы воспламеняемости в смеси с воздухом, %: нижний верхний Октановое число, определенное моторным методом * Единицы использованы в связи с их применением в технической литературе. Давление насыщенных паров оказывает наибольшее влияние на работу газовой установки автомобиля. По максимальному давлению насыщенных паров газа рассчитывают на прочность газовый баллон. Кроме того, для обеспечения нормальной работы топливоподающей аппаратуры сжиженный газ должен иметь и достаточное минимальное избыточное давление (0,1—0,2 МПа). Чем выше температура, тем выше давление насыщенных паров, и наоборот (табл. 4). Но при одной и той же температуре различные углеводородные газы имеют разные давления насыщенных паров. Следовательно , давление паров смеси сжиженных газов будет зависеть как от температуры, так и от состава смеси. Числовое значение давления насыщенных паров газовой смеси можно определить по значениям давлений насыщенных паров входящих в ее состав углеводородных газов (давление насыщенных паров углеводородного газа прямо пропорционально концентрации этого газа в смеси). Плотность газовой фазы оказывает влияние на массовый заряд газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, на мощность и топливную экономичность двигателя. Она зависит от температуры и состава газа. В связи с тем, что у основных составляющих сжиженного газа (пропана и бутана) плотности паров различаются на 30 %# особо жесткие требования предъявляются к Температура, н-С4Н,0 стабильности состава сжиженного газа. Плотность газа в зависимости от температуры можно определять по формуле рт=рго+/у(71+Г0), где рг0 — плотность газа при температуре Т0; у — коэффициент, определяемый экспериментальным путем (для пропана y= 1,354; для н-бутана — 1,058; для изобутана — 1,145); Т — температура газа, при которой определяют значение его плотности, К; Тс ~ температура газа, при которой известно значение его плотности, К. Плотность жидкой фазы углеводородного газа позволяет судить о концентрации энергии в единице его объема. Вследствие того, что сжиженные газы являются легкими жидкостями (р—0,50...0,55 г/см8)* объем газового баллона у автомобилей превышает объем топливного бака на 30—40%. Кроме того, в связи с высоким коэффициентом объемного расширения сжиженных газов уровень максимального заполнения газового баллона не должен превышать 90%. Плотности жидких фаз углеводородов, входящих в состав сжиженных газов, зависят от температуры (табл. 5). Низшая теплота сгорания газа влияет на мощностные параметры двигателя и энергетический запас топливных баков автомобиля. В связи с тем, что низшая теплота сгорания газового топлива меньше, чем паров бензина, у газовых модификаций бензиновых двигателей мощ- 5. Плотности жидких фаз компонентов сжиженных газов, кг Температура, н-С4Н10 | н-С4На ность снижается на 6—10% в зависимости от вида применяемого газа. Относительная масса углеводородных газов показывает, во сколько раз их пары тяжелее или легче воздуха 2. Кроме того, она характеризует способность газов скапливаться в низких местах (канавах, приямках), образуя взрывоопасную смесь (при работе с такими газами это необходимо учитывать). Пределы воспламеняемости газа характеризуют его пожаро- и взры-вобезопасность. Наиболее показательным является нижний предел воспламеняемости, характеризующий минимальное содержание газа в воздухе, при котором может произойти воспламенение. Нижние пределы воспламеняемости у газообразных топлив несколько выше, чем у паров бензина, и составляют 1,8—2,4%. Октанобьт числом оценивают детонационную стойкость углеводородных газов: чем она выше, тем более стоек газ против детонации и лучше его эксплуатационные качества. Октановое число для большинства газов составляет 90—99 единиц. Лишь отдельные компоненты сжиженных газов (пропилен, бутилен) имеют сравнительно низкое октановое число, поэтому их содержание в сниженном газе ограничивают. Токсичность углеводородных газов проявляется косвенным воздействием на организм человека. Сами углеводородные газы не вызывают отравления, но, смешиваясь с воздухом, уменьшают содержание в нем кислорода. Человек, находящийся в такой атмосфере, испытывает кислородное голодание. В связи с этим санитарными нормами установлена предельно допустимая концентрация пропана в рабочей зоне— 1800 мг/м3, пли 0,09% (об.). Такая концентрация примерно в 3 раза ниже нижнего предела воспламеняемости. Сжатые газы. Сжатый газ является продуктом компремирования (сжатия) природного газа, запасы которого в нашей стране достаточно велики. В зависимости от месторождения и способа получения природные газы можно разделить на собственно природные и попутные нефтяные, а также газы газоконденсатных месторождений. Собственно природные газы получают из буровых скважин газовых месторождений. Они имеют высокие показатели по удельной теплоте сгорания и содержанию наиболее качественного компонента — метана. Эти газы, в которых, как правило, отсутствуют вредные примеси, могут быть непосредственно использованы в качестве моторного топлива. Попутные газы получают при добыче нефти. Ресурсы их весьма значительны, так как из 1 т добытой нефти выделяется от 50 до 100 м3 газа. Основным компонентом попутных газов также является метан, но кроме него они также содержат большое количество тяжелых углеводородов. В газах газоконденсатных месторождений значительно меньше тяжелых углеводородов, чем в попутных; по своему составу они приближаются к собственно природным газам. Использование конденсатных и попутных газов в качестве моторного топлива связано с дополнительной переработкой. Компонентные составы при- родных газов разных месторождений различаются между собой (табл. 6). Характеристика сжатых природных газов, используемых в качестве моторного топлива для автомобильного транспорта, дана ниже; она должна соответствовать требованиям ТУ 51-166—83, устанавливающим две марки газа — А и Б. 6. Примерный компонентный состав природных газов различных месторождений Состав газа, % (об.) Вид газа Мест о рожден и е и выше N* и другие газы Природный Медвежье Комсомольское Север о-Ста вр о-польское Попутный нефтя Туймазинское Ишимбайекое Г азокондексат- Уренгойское ных месторожде Заполярное Каневское Характеристика сжатых природных газов Компонентный состав, % (об.): метан..............95 ±5 90 ±5 этан, не более.......... 4 пропан, не более......... 1,5 бутаны, не более..................1 пентаны, не более................0,3 диоксид углерода, не более ....    1 азот...............0—4 4—7 Содержание примесей, г/м3*: сероводорода, не более............0,02 меркаптановой серы, не менее . .    0,016 механических, не более............0,001 влаги.............. 0,009 Температура газа, подаваемого на заправку газобаллонных автомобилей, °С, не более: для умеренной и холодной климатических зон........... +40 для жаркой климатической зоны . .    +45 * В нормальных условиях. Состав сжатых газов идентичен компонентному составу сжимаемых природных газов. Природный газ состоит из горючих и негорючих газов. К горючим относятся метан, пропан, зтан, бутаны; в негорючих газах большую часть составляют азот и диоксид углерода. Метан, являющийся основным составляющим природных газов, обладает рядом положительных свойств, необходимых для моторных топлив: высоким октановым числом, большой удельной теплотой и нормальной скоростью сгорания. Этан, пропан, бутан и пентаны, находящиеся в природных (попутных) газах, при сжатии в компрессорах конденсируются и выпадают в осадок в отстойниках или емкостях, нарушая работу газового оборудования газонаполнительных станций и газобаллонных автомобилей. Для обеспечения нормальной работы газового оборудования содержание тяжелых углеводородов ограничивается (%); этана — до 4, пропана — до 1,5, бутана — до 1, пентана — до 0,3. С этой целью нефтяные попутные газы, содержащие большое количество пропана, бутана и пентана, предварительно на газобензиновых заводах подвергают фракционированию (извлечению тяжелых углеводородов). К вредным примесям в природных газах относятся горючие (сероводород и оксид углерода) и негорючие (азот, углекислый газ, инертные газы и влага) вещества. Сероводород (H2S) и оксид углерода (СО) обладают сильным токсичным воздействием на организм человека. Содержание оксида углерода в воздухе в количестве 0,1—0,2 г/100 м3 вызывает у человека одышку при резких движениях, а при 4—6 г/100 м3 наступает мгновенная смерть. Сероводород и другие сернистые соединения являются сильными нервными газами. При содержании в воздухе сероводорода в количестве 0,15—0,23 г/м3 у человека через несколько часов появляются симптомы легкого отравления, а при 0,31 г/м3 через 5 мин наблюдается сильное раздражение глаз, носа и горла. Повышенное содержание сероводорода приводит также к образованию на поверхностях трубопроводов и баллонов, работающих под большим давлением, отдулин и расслоений. Кроме того, сероводород при сгорании образует сернистые соединения, разрушающие детали двигателей и газовой аппаратуры. Во избежание этого его содержание в газе, используемом как топливо, ограничивают до 3—5 г/100 м3. Азот (Na), углекислый газ (С02) и инертные газы снижают удельную теплоту сгорания природного газа, а следовательно, мощность двигателя и запас хода автомобиля. В связи с этим содержание азота в газе должно быть не более 5%, а углекислого газа — не более 1 %. Наличие в газе влаги ведет к образованию ледяных пробок при отрицательных температурах и дросселировании. С содержащимися в газе сернистыми и цианистыми соединениями влага образует кислоты, которые вызывают коррозию стенок баллонов и трубопроводов. Важным показателем, характеризующим качество газа, является степень осушки, которая определяется началом конденсации влаги — точкой росы. Точка росы для сжатых природных газов, используемых в качестве топлива для автомобилей в средней полосе нашей страны, должна быть не выше — 40 °С при давлении 20 МПа. Одоризация сжатого природного газа так же, как и сжиженного, производится этилмеркаптаном. Этилмеркаптан не агрессивен по отношению к материалам, из которых сделано газовое оборудование, а количество вредных веществ в продуктах его горения не превышает санитарно-гигиенических норм. При одоризации на 1 м3 газа добавляют 0,016 г этилмеркаптана. Такое количество одоранта позволяет на СО
со5
CH,
N.
Н,
Показатель
Молекулярная масса Плотность при нормальных условиях, кг/м3 Относительная плотность (по воздуху) Низшая теплота сгорания: кДж/м3 ккал/м3 Температура воспламенения, Пределы воспламеняемости в смеси с воздухом, %: нижний верхний Октановое число, определенное моторным методом 33 860 8 087 640—800 0,967
1,529
2 875 625—675 10 229 2 443 550—600 рабочем месте и в рабочей зоне по запаху определить предельную концентрацию газа, которая, исходя из токсикологической опасности, не должна превышать 300 мг/м3. Свойства сжатых газов, характеризующие их как моторное топливо, определяются такими показателями, как плотность газовой фазы, удельная теплота сгорания, пределы воспламеняемости, температура воспламенения и др. Несмотря на наличие в составе нескольких компонентов с различными физико-химическими свойствами (табл. 7), свойства природных газов определяет основная их составляющая — метан. Плотность и удельная теплота сгорания газа влияют на мощност-ные параметры двигателя и энергетический заряд топливных баков автомобиля. В связи с тем, что плотность и удельная теплота сгорания метана значительно меньше, чем бензина (см. табл. 7), у модификаций бензиновых двигателей, работающих на природном газе, уменьшается массовый заряд горючей смеси и снижается до 20% мощность. Для повышения энергетического заряда на борту газобаллонных автомобилей природный газ сжимают до 20 МПа. Запас газа на автомобиле в этом случае определяется массой и объемом газовых баллонов высокого давления. С учетом этих параметров конструкция автомобилей позволяет создать запас хода при одной заправке сжатым природным газом не более 200 км. Объемно-массовые показатели топливных баков автомобилей приведены ниже. Объемно-массовые показатели топливных баков автомобилей Топливо    Масса бака с топливом, Объем бака, дм*! 100 тыс. кДж топлива 5,7—6,9 18,6—23,6 3,15
1 1 1'    кг) 100 тыс. кДж топлива Сжиженный нефтяной газ Сжатый природный газ Бензин « ....... 4,24—4,42 17,2—32,3 3,35
Относительная плотность метана определяет требования к производственным помещениям для технического обслуживания и ремонта газобаллонных автомобилей. Вследствие того, что метан в 2 раза легче воздуха, отсосы для вентиляции и датчики сигнализации загазованности должны устанавливаться в верхней части помещений. Пределы воспламеняемости характеризуют концентрацию газов в смеси с воздухом, при которой возможна работа двигателя. У метана более широкие пределы воспламеняемости, чем у бензина и пропана. Они обеспечивают эффективную работу двигателя на обедненных топливно-воздушных смесях, повышая его экономичность и снижая токсичность отработавших газов. Коэффициент сжимаемости газа учитывает непропорциональность изменения его объема с увеличением давления. Для метана коэффициент сжимаемости при О °С и изменении давления от 0,1 до 20 МПа колеблется в пределах от 1 до 0,82. С учетом коэффициента сжимаемости на газонаполнительных станциях разработаны таблицы вместимости газа в баллоны, используемые при заправке автомобилей. Снижение температуры газа при его дросселировании (эффект Джоуля—Томсона) в газобаллонной установке происходит при заправке газовых баллонов и редуцировании газа при питании двигателя. В этих случаях имеющаяся в газе влага способствует образованию гидратов, которые, замерзая внутри стенок коммуникаций и арматуры, перекрывают подачу газа. Для предотвращения этого явления на газонаполнительных станциях перед заправкой производятся ссушка и подогрев газа, а в системе питания автомобиля предусмотрен подогрев газа перед его редуцированием. Токсичность природного газа опредяется токсикологической характеристикой (ГОСТ 12.1.005—76), в соответствии с которой природный газ относится к малоопасным веществам 4-го класса, Тем не менее он вредно воздействует на центральную нервную систему человека, раздражает кожные покровы, слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. Содержание природного газа в рабочей зоне соответствует предельному содержанию паров бензина-растворителя и не должно превышать 300 мг/'м3. § 6. Токсичность отработавших газов автомобильных двигателей При сжигании любого вида топлива в атмосферу выделяются продукты его сгорания, содержащие токсичные (ядовитые) вещества, которые оказывают вредное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Основными источниками загрязнения воздуха больших городов в настоящее время являются промышленные предприятия и автомобили, но вредные вещества, выбрасываемые промышленным предприятием, распределяются возле него в ограниченной зоне, а отработавшие газы автомобильных двигателей загрязняют атмосферу всюду, где работают автомобили. Поэтому практически атмосферный воздух сейчас в большей степени загрязняется отработавшими газами автомобильных двигателей, чем Еыбрссами промышленных предприятий. Уменьшение загрязнения воздуха токсичными веществами продуктов сгорания топлив автомобильных двигателей превратилось в одну из проблем, стоящих перед человечеством. Токсичные вещества выделяются главным образом в составе отработавших газов, отводимых через систему выпуска из цилиндров двигателя, в виде картерных газов, а также в виде испарений из топливных баков (при заправке) и карбюратора. Современными методами газового анализа установлено около 200 вредных соединений и веществ, входящих в состав отработавших газов. К наиболее токсичным относятся оксид углерода СО, несгоревшие углеводороды CmHn и оксиды азота NOx. Законодательствами промышленно развитых стран установлены предельно допустимые нормы содержания этих веществ в атмосфере. Стандарты на выброс токсичных веществ автомобильными двигателями введены во многих странах мира. Для стран Европы оценку токсичности двигателей автомобилей рекомендуется проводить по Правилам Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН). В Советском Союзе нормирование токсичности введено в соответствии с рекомендациями ЕЭК ООН с 1970 г. В настоящее время оно производится в соответствии с ГОСТ 17.2.2.03—77 «Охрана природы. Атмосфера. Содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Нормы и методы определения», согласно которому содержание СО в отработавших газах не должно превышать норм, указанных в табл. 8. 8. Допустимые нормы содержания СО в отработавших газах автомобильных двигателей, % (об.) Для автомобилей, изготовленных Режим работы двигателя до 01.07.1978 г. е 0.1.07.1978 г. до 01.01.1980 г. после 01.01. 1980 г. Частота вращения коленчатого вала двигателя при холостом ходе: минимальная 60% номинальной Из таблицы видно, что нормы содержания СО в отработавших газах автомобильных двигателей с течением времени ужесточаются. Содержание СО в отработавших газах, установленное отечественными нормами, примерно на 35% ниже рекомендованного нормами ЕЭК ООН. В состав отработавших газов кроме остро токсичных компонентов входят в нетоксичные вещества, такие, как кислород, углекислый газ, азот, сера, но азот воздуха при высоких температуре и давлении в цилиндре двигателя реагирует с кислородом и образует ядовитые оксиды. Сера, присутствующая в топливах, также вступает в реакции с кислородом и водородом, образуя токсичные сернистый и сероводородный газы. Углекислый газ, хотя и не является токсичным для живых организмов, при повышении концентрации отрицательно воздействует на строительные материалы (известняки, бетон и др.), ускоряя «старение» каменных построек; кроме того, он вызывает коррозию металлов. Таким образом, отработавшие газы двигателей помимо прямого отрицательного влияния на человеческий организм наносят и материальный ущерб. Количество токсичных веществ в отработавших газах двигателей не остается постоянным и зависит от целого ряда факторов. К ним следует отнести прежде всего тип двигателя (бензиновый, газовый или дизель), его техническое состояние, режим работы, оптимальность регулировок и качество топлива. Например, отработавшие газы дизеля обладают меньшей токсичностью, чем отработавшие газы бензинового двигателя, так как оксиды углерода, азота и несгоревшие углеводороды присутствуют в них в значительно меньших количествах, но в то же время объем сажи, выделенной дизелем, значительно больше, чем выделенной бензиновым двигателем. При переводе бензинового двигателя на питание газовым топливом снижается количество выбросов оксида углерода и углеводородов. Уменьшение токсичности отработавших газов происходит за счет более совершенного смесеобразования и более полного сгорания газового топлива. Режим работы двигателя оказывает решающее влияние на токсичность отработавших газов. Наибольший выброс оксида углерода происходит при холостом ходе двигателя, когда он работает на обогащенной горючей смеси. Именно этот режим и положен в основу нормирования токсичности отработавших газов в законодательствах разных стран. Проблема снижения токсичности отработавших газов решается в двух направлениях: 1) совершенствование рабочих процессов существующих двигателей внутреннего сгорания с частичным изменением их конструкции, введением различных дополнительных приспособлений и регулировок, а также использованием более высококачественного топлива; 2) создание малотоксичных двигателей, принцип работы которых отличен от принципа работы применяемых теперь бензиновых двигателей и дизелей. В качестве возможных малотоксичных двигателей автомобилей исследуются: газотурбинный; внешнего сгорания — двигатель Стирлинга и паровой; электрический с аккумуляторной батареей; электрический с топливными элементами. § 7. Снижение токсичности отработавших газов автомобильных двигателей Одним из наиболее эффективных способов, обеспечивающих значительное снижение токсичности отработавших газов автомобильных двигателей без серьезного изменения их конструкции, является физико-химическая обработка отработавших газов, называемая нейтрализацией. В настоящее время применяют каталитическую* жидкостную и термическую нейтрализацию. Устройства, в которых осуществляют перечисленные виды нейтрализации, называются соответственно каталитическими, жидкостными или термическими нейтрализаторами. Сущность всех видов нейтрализации состоит в том, что про-дукты неполного сгорания топлива при работе двигателя подвергаются в системе его выпуска дополнительному окислению (восстановлению) и утилизации. Для этого создаются определенные благоприятные условия: производится ускорение процесса окисления с помощью твердого катализатора; повышается температура прохождения реакции и подается дополнительный воздух в нейтрализатор; отработавшие газы пропускаются через Рис, 3. Каталитический нейтрализатор: /, 3 — впускной и выпускной патрубки, 2 — реактор с гранулированным катализатором
слой жидкости (воды или какого-либо химического раствора). Наибольшее применение для снижения токсичности отработавших газов бензиновых двигателей и дизелей получила в последнее время каталитическая нейтрализация, во время которой ускоряются реакции окисления несгоревших углеводородов и оксида углерода, а также восстанавливается оксид азота. В качестве катализаторов используют редкоземельные дорогие металлы — палладий и платину (окислители), родий и рутений (восстановители). В качестве окислителей могут использоваться также относительно дешевые ката-оксиды марганца, никеля, хрома, железа, цинка и др., но I сопло, 2 Рис. 4, Эжектор: смесительная камера, 3 — диффузор
лизаторы они менее долговечны. Слой активного химического катализатора наносится на инертное тело — носитель, имеющий вид либо отдельных шариков (гранул), либо многослойной решетки (блока). Блочные носители по своим газодинамическим качествам лучше, чем гранулированные, но они дороже и не восстанавливаются после отработки заданного срока службы. Каталитический нейтрализатор (рис. 3), устанавливаемый в системе выпуска автомобиля, состоит из корпуса с входным 1 и выходным 3 патрубками. Внутри корпуса помещается реактор с блочным или гранулированным катализатором. Условия работы нейтрализатора очень жесткие, поэтому для деталей реактора применяют чаще всего никельсодержащие стали, а корпус нейтрализатора изготовляют из обычных сталей (лучше нержавеющих). Система каталитической нейтрализации отработавших газов бензиновых двигателей для эффективной работы должна иметь устройство подачи в нейтрализатор дополнительного воздуха. Наиболее простым устройством, используемым с этой целью, является нагнетатель воздуха с приводом от коленчатого вала. Например, для автомобиля ГАЗ-24 «Волга» разработана система нейтрализации отработавших газов, включающая в себя палладиевый катализатор и ротационный нагнетатель. Наиболее простым устройством, дозирующим подачу в нейтрализатор дополнительного воздуха, является эжектор (рис. 4), состоящий из сопла 7, смесительной камеры 2 и диффузора *3. Недостатком эжектора является повышенное газодинамическое сопротивление при большой частоте вращения коленчатого вала, т. е. большом выбросе отработавших газов. Для уменьшения этого сопротивления увеличивают активный диаметр сопла и объем смесительной камеры. В зависимости от типа и назначения автомобиля системы нейтрализации отработавших газов бензиновых двигателей могут иметь различные варианты конструктивного исполнения. Наиболее эффективны системы, воздействующие одновременно на три основных токсичных компонента: СО, С?гНот и NOx. Их выполняют по схеме с последовательно установленными окислительными и восстановительными блоками нейтрализаторов. Анализ структуры и назначения автомобильного парка СССР показал, что системы каталитической нейтрализации отработавших газов бензиновых двигателей целесообразно устанавливать на автомобили городского назначения марок ЛиАЗ-677, ЛАЗ-695, ЗИЛ-180, ГАЗ-24 и -3102. Количество продуктов неполного сгорания топлива в дизеле в 5— 10 раз меньше, чем в бензиновом двигателе, но при их одинаковой мощности выброс отработавших газов у дизеля выше вследствие более высокого наполнения цилиндров (его можно сопоставить с выбросом карбюраторного двигателя). Конструктивные особенности системы каталитической нейтрализации отработавших газов дизелей заключаются в больших габаритных размерах реакторов, что диктуется малыми допустимыми потерями давления при выбросе газов, и в отсутствии устройства подачи дополнительного воздуха, так как отработавшие газы дизелей имеют высокое содержание кислорода. Важной особенностью каталитических нейтрализаторов для дизелей является также то, что уровень температуры в реакторе должен быть не ниже 250 °С. Для выполнения этого условия нейтрализатор либо оборудуют теплоизоляцией, либо осуществляют двухконтурный подвод отработавших газов. В настоящее время разработаны отечественные каталитические нейтрализаторы для карьерных автосамосвалов грузоподъемностью 30—40 т с двигателями ЯМЗ-840 и -8401, а также для самосвалов БелАЗ~540А и -548А. Для дизелей городских автобусов «Икарус» разработан каталитический нейтрализатор, обеспечивающий кроме общих требований высокую степень глушения шума. Его можно будет использовать также для автобусов марок ЛиАЗ и ЛАЗ с дизелями. Катализаторы, применяемые в системе выпуска дизелей, могут вое-станавливать свои качества в результате регенерации, которая производится путем жидкостной промывки. Сейчас разработаны методы регенерации катализатора, включающие три стадии: промывку его водой для удаления сажи; вымачивание в течение 1 сут в воде с целью 2    У Рис. 5. Жидкостный нейтрализатор автосамосвала МоАЗ-6401: i — впускной патрубок с каталитическим фильтром, 2 — газораспределнтель, 3 — успокоитель, 4 — выпускной патрубок растворения сульфатов; окончательную промывку водой под давлением сжатого воздуха. Выпускаемые отечественные катализаторы не имеют строгого разделения по назначению и могут использоваться для нейтрализации отработавших газов как бензиновых двигателей, так и дизелей. Жидкостная нейтрализация отработавших газов, основанная на их пропускании через слой воды, получила широкое распространение только на дизельных автомобилях МоАЗ, работающих в подземных выработках. В жидкостном нейтрализаторе (рис. 5) отработавшие газы проходят через каталитический фильтр во впускном патрубке 1 и далее через газораспределитель 2 и успокоитель 3, преодолевая сопротивление слоя воды с образованием мелких пузырьков (барботаж), выходят в выпускной патрубок 4. В процессе барботажа сажевые частицы отработавших газов осаждаются, а водорастворимые компоненты (альдегиды, оксиды серы, азота и др.) нейтрализуются и также улавливаются жидкостью. Рассмотренная конструкция жидкостного нейтрализатора проста и достаточно эффективна, но имеет недостатки — нестабильность очистки в связи с ее зависимостью от режима работы двигателя и необходимость каждосменного удаления н замены воды и шлаков в нейтрализаторе. Во избежание указанных недостатков разрабатываются жидкостные нейтрализаторы с другим принципом действия (поверхностные, распыливающие и др.). Термическая нейтрализация отработавших газов основана на процессе интенсификации окисления несгоревших продуктов путем повышения температуры и времени прохождения реакции. Принципиально термический нейтрализатор представляет собой теплоизолированный объем, проходя через который отработавшие газы доокисляются за счет его теплоты. Термический нейтрализатор имеет довольно сложное конструктивное решение и перспективен только для форкамерных карбюраторных двигателей, работающих на обедненных смесях. ГЛАВА II. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ § 8. Основные понятия надежности автомобилей Автомобили, выпускаемые в настоящее время, отличаются сложностью конструкций и состоят из тысяч деталей. Являясь безрельсовым транспортом, они работают в самых разнообразных дорожных и климатических условиях. В процессе работы техническое состояние автомобилей ухудшается и его можно характеризовать следующими понятиями: исправное; неисправное, но работоспособное; неработоспособное (отказ); предельное. Для объективной оценки технического состояния автомобиля нормативнотехнической документацией установлены соответствующие параметры, с помощью которых определяется качество работы автомобиля в целом и отдельных его агрегатов и систем. Отклонение параметров автомобиля от установленных документацией свидетельствует о переходе его из исправного состояния в неисправное; если же они изменились настолько, что автомобиль неспособен выполнять транспортную работу, то это означает наступление неработо-с пособного состояния, т. е. отказ. Предельное состояние автомобиля или его агрегата характеризуется полным нарушением работоспособности. В этом случае его эксплуатация невозможна и он должен быть подвергнут капитальному ремонту. Признаками предельного состояния различных агрегатов автомобиля являются неустранимые отклонения их параметров от установленных предельных. Переход автомобиля и его агрегатов из работоспособного состояния в неработоспособное и предельное определяется методами теории надежности. Н адежность — это свойство объекта сохранять значения установленных параметров в течение заданного времени работы. Как сложное свойство технического объекта надежность по отношению к автомобилю характеризуется такими показателями, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Эти показатели зависят от продолжительности работы автомобиля — наработки, измеряемой в тысячах километров или часах пробега. Безотказность — это свойство автомобиля сохранять работоспособность в течение некоторого времени пробега. Для оценки этого свойства проводят анализ отказов, критерии и признаки которых указаны в нормативно-технической документации. Отказы устанавливают путем наблюдений или точных измерений с помощью соответствующих приборов. Выводы по безотказности отдельных агрегатов автомобиля делают с учетом наработок на отказ, устанавливая при этом такие показатели, как вероятность безотказной работы, среднюю наработку до отказа, интенсивность отказов и др. Долговечность — это свойство автомобиля сохранять работоспособность агрегатов и узлов до наступления предельного состояния. Она оценивается техническим ресурсом по пробегу автомобиля и сроком службы по продолжительности времени работы. Срок службы автомобиля определяется его физическим старением в процессе работы, а также моральным старением, вызванным обесцениванием в результате технического прогресса. Долговечность автомобиля в целом чаще оценивают величиной технического ресурса. Ремонтопригодность — это свойство автомобиля, определяющее возможность предупреждения и устранения его неисправностей. Она характеризуется временем, затрачиваемым на техническое обслуживание и ремонт, трудоемкостью этих работ, а также затратами на запасные части, материалы и оплату труда рабочих. Сохраняемость — это способность автомобиля сохранять значения безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение срока его хранения. Надежность автомобилей комплексно оценивается эффективностью использования и затратами на техническое обслуживание и ремонт. § 9. Виды, периодичность и трудоемкость технического обслуживания автомобилей Цель технического обслуживания — поддержание подвижного состава в работоспособном состоянии и надлежащем внешнем виде, уменьшение интенсивности изнашивания деталей, предупреждение отказов и неисправностей, а также выявление их с целью своевременного устранения. Оно является профилактическим мероприятием, проводимым принудительно в плановом порядке через определенные пробеги или время работы подвижного состава. Техническое обслуживание включает контрольно-диагностические, крепежные, смазочные, заправочные, регулировочные, электротехнические и другие работы, выполняемые, как правило, без разборки агрегатов и снятия с автомобиля отдельных сборочных единиц (узлов). По периодичности, перечню и трудоемкости выполняемых работ техническое обслуживание подразделяются на ежедневное (ЕО), первое (ТО-1), второе (ТО-2) и сезонное (СО). При ежедневном техническом обслуживании (ЕО) выполняют общий контроль, целью которого является обеспечение безопасности движения и поддержание надлежащего внешнего вида автомобиля, заправка топливом, смазочными материалами и охлаждающей жидкостью, а для некоторых специализированных автомобилей — санитарная обработка кузова. Выполняют ЕО после работы подвижного состава на линии и перед его выездом на линию. При смене водителей на линии ими выполняются работы по осмотру и проверке технического состояния автомобилей. Категория условий эксплуатации Группы условии эксплуатации автомобилей Техническая категория дорог 1. Автомобильные дороги с асфальтобетонным и приравненным к нему покрытие*м за пределами пригородной зоны 2. Автомобильные дороги с асфальтобетонным, цементобетонным и приравненным к ним покрытием в пригородной зоне; улицы небольших городов (с населением до 100 тыс. жителей) 3.    Автомобильные дороги с асфальтобетонным, цементобетон ным и приравненным к ним покрытием в горной местности 4.    Улицы больших городов 5.    Автомобильные дороги с щебеночным или гравийным покрытием в горной местности 6.    Автомобильные грунтовые профилированные и лесовозные дороги 7.    Непрофилированные дороги и стерня 8.    Карьеры, котлованы и временные подъездные пути 9.    Естественные грунтовые дороги в горной местности 10. Периодичности технического обслуживания автомобилей, км (I категория условий эксплуатации) Тип автомобиля Марка Легковой ГАЗ-24-0! ГАЗ-ЗШ2 Автобус ПАЗ-672 ЛАЗ, ЛиАЗ Г рузовой УАЗ-452, ГАЗ-53А, ЗИЛ-130 КамАЗ-5320, MA3-5335 Первое (ТО-1) и второе (ТО-2) технические обслуживания включают в себя контрольно-диагностические, крепежные, регулировочные, смазочные и очистительные работы. Их выполняют через определенные пробеги, устанавливаемые в зависимости от категории условий эксплуатации (табл. 9). Максимальная периодичность технического обслуживания автомобилей установлена для I категории условий эксплуатации (табл. 10). Для II категории условий эксплуатации периодичность уменьшается на 10%, для Ш категории — еще на 10% и т. д. Это связано с тем, что при переходе с I категории условий эксплуатации на более высокие ухудшаются условия работы подвижного состава. Сезонное обслуживание (СО) проводится 2 раза в год при подготовке подвижного состава к эксплуатации в холодное или теплое время года. В качестве отдельно планируемого вида сезонное обслуживание рекомендуется проводить в районах холодного климата. В остальных районах оно совмещается с ТО-2 (или ТО-1) с соответствующим увеличением объема работ. Все виды технического обслуживания подвижного состава проводятся в объеме перечня основных операций, приводимых в «Положении о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта» и инструкциях заводов-изготовителей автомо-билей. Соблюдение режимов и высококачественное выполнение всех видов технического обслуживания в установленном объеме обеспечивают высокую техническую готовность автомобилей и снижают потребность в ремонте. Нормативы трудоемкости технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей, рассчитанные на автотранспортные предприятия с 150—300 единицами подвижного состава одного типа, при пробеге с начала эксплуатации 50—75% от пробега до первого капитального ремонта для Центральной природно-климатической зоны при оснащении надлежащими средствами механизации приведены в табл. 11. 11. Нормативы трудоемкости технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей, чел-ч Тип автомобиля Марка Легковой ГАЗ-21-01 Автобус ПАЗ-672
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я