Колесник П.А., Кланица В.С. Материаловедение на автомобильном транспорте

Подождите немного. Документ загружается.

ров, важнейшими из которых являются следующие: организация

транспортного процесса; соответствие применяемых топлив и ма

сел конструктивным особенностям автомобиля и условиям экс

плуатации; техническое состояние и регулировка узлов, прибо

ров и агрегатов автомобиля; мастерство вождения автомобиля.

От организации перевозок зависит степень использования по

лезной грузоподъемности и пробега автомобилей. Степень исполь

зования грузоподъемности автомобиля характеризуется отноше

нием массы перевозимого груза к номинальной грузоподъемности

автомобиля, т. е. коэффициентом использования грузоподъемности у.

С увеличением у уменьшается удельный расход топлива на едини

цу транспортной работы (тонно-километр), и при полном исполь

зовании грузоподъемности, когда у = 1, удельный расход топлива

будет минимальным. При увеличении коэффициента использова

ния грузоподъемности на 1 % удельный расход топлива снижается

на 1,6%.

Расход топлива на единицу транспортной работы может быть

сокращен при повышении коэффициента использования пробега р,

характеризующегося отношением пробега автомобиля с грузом к

общему пробегу. Увеличение коэффициента использования про

бега на 1 % снижает удельный расход топлива на 1,3 %. Для увели

чения коэффициента р автомобили должны быть загружены при

движении как в прямом, так и в обратном направлениях. Марш

руты движения составляют так, чтобы нулевые пробеги (без гру

за) были минимальны.

Большим резервом по сокращению расхода топлив и масел на

транспортную работу является применение прицепов. Многолет

ний опыт подтверждает, что организация перевозки грузов на

автопоездах дает сокращение расхода топлива на 25...30%,по

сравнению с одиночными автомобилями.

Использование топлива и масла, не соответствующих конст

руктивным особенностям двигателя, неизбежно приводит к пере

расходу топлива. В первую очередь соответствие должно соблю

даться по таким показателям качества топлива, как октановое число

и фракционный состав для бензинов, фракционный состав и

цетановое число для дизельных топлив. Кроме того, работа ав

томобиля на неподходящем топливе приводит к повышенному

износу, снижению надежности. Например, работа двигателя на

бензине с тяжелым фракционным составом может привести к уве

личению расхода до 70 % и повысить износ на 30...40 % и более.

Отрицательные результаты дает использование топлива, не

соответствующего климатическим и сезонным условиям.

Влияние качества топлива и качества масла оказывается вза

имным, что проявляется в их расходе. Так, если топливо имеет

тяжелый фракционный состав, то оно проникает в картер и преж

девременно приводит в негодность масло. В свою очередь, приме

190

нение несоответствующих трансмиссионных масел и масел для

двигателя вызывает увеличение расхода как самих масел, так и

топлива. Так, например, при дорожных испытаниях грузовых ав

томобилей зимой с агрегатами, заправленными трансмиссион

ным маслом с вязкостно-температурными свойствами, не отве

чающими данным климатическим условиям, расход бензина при

движении за городом по дороге с асфальтобетонным покрытием

оказался выше на 3... 6 % и при движении в городских условиях на

8... 12 % по сравнению с расходом бензина у тех же автомобилей,

но с агрегатами, заправленными соответствующим зимним транс

миссионным маслом.

На расход топлива влияет масло в двигателе, имеющее завы

шенную вязкость. Масло с недопустимо низкой вязкостью наряду

с другими отрицательными явлениями расходуется в больших ко

личествах, чем с нормальной вязкостью. Такое масло в больших

количествах попадает в камеру сгорания и вытекает через неплот

ности картера двигателя.

Пластичные смазки, имеющие недостаточные пределы проч

ности, вязкость и низкую температуру каплепадения, также рас

ходуются в больших количествах, так как они легко плавятся и

быстро вытекают из узлов трения. Масло или смазка, не обладаю

щие необходимыми свойствами, быстрее становятся непригод

ными для дальнейшей эксплуатации и их чаще приходится заме

нять свежими, что также увеличивает их расход.

Таким образом, одним из условий снижения расхода топлив,

масел и смазок на транспортную работу является соблюдение тре

бования о соответствии их сорта (марки) рекомендованным для

данных условий эксплуатации.

Технические состояние и качество регулировки узлов, прибо

ров и агрегатов автомобиля также оказывают непосредственное

алияние на величину расхода топлив, масел и смазок на единицу

транспортной работы. Следует отметить, что обычно износ деталей

влияет на расход топлива в меньшей степени, чем регулировка.

Так, значительный износ цилиндропоршневой группы, сопро

вождающийся дымлением из маслоналивной горловины, увели

чивает расход топлива на 10... 12 %, в то же время при нарушении

ряда регулировочных параметров возможно увеличение расхода

топлива до 20... 25 %. Влияние характерных неисправностей дета

лей и узлов автомобиля на расход топлива приведен в табл. 11.1.

Примерно в такой же зависимости находится и мощность дви

гателя. Так, если при износе двигателя возможно снижение его

мощности на 8... 15 %, то при отклонениях в регулировке и на

рушениях в работе уменьшение мощности двигателя может до

стигать 30%.

Повышенный расход топлива кроме отмеченных причин чаще

всего связан со следующим: неисправность или неправильная ре-

191

Таблица ll.l

Влияние неисправности деталей и узлов автомобиля

на расход топлива и масла

Неисправность

Увеличение расхода ТСМ по

сравнению с нормативным, %

Топливо

Масло

Неправильная регулировка тормозных

механизмов и ступиц колес

10...20

30... 50

Неправильное установленное

схождение передних колес

5...10

10... 15

Понижение давления воздуха в шинах

на 0,05 МПа

4 ...5

4...5

Тоже, на0,1 МПа

До 10

До ю

Неточность регулировки клапанов

5...8 15 ...20

Неисправность экономайзера

(дополнительное топливо подается

непрерывно)

10... 15

Увеличена пропускная способность

главного жиклера карбюратора на 10 %

5...10

—

Засорен воздушный фильтр или

впускной трубопровод

4... 5

15...20

Засорена система вентиляции картера

двигателя

—

150...200

Не работает одна свеча зажигания

у автомобиля:

с восьмицилиндровым двигателем 15 ...18

—

с шестицилиндровым двигателем

—

Неисправна одна форсунка

25... 30 —

Нарушена работа одного из автоматов

опережения зажигания

8... 10 —

Зажигание установлено с отклоне

нием 5° от наивыгоднейшего

6...8 —

Неправильно установлен зазор между

контактами прерывателя

5...7 —

Уменьшение зазора между электрода

ми свечей до 0,4 ...0,5 мм (норма 0,9)

10... 15

—

192

Окончание табл. 11.1

Неисправность

Увеличение расхода ТСМ по

сравнению с нормативным, %

Топливо

Масло

Повышение уровня топлива

в поплавковой камере на 4 мм

—

Неисправность центробежного

автомата опережения зажигания

2...4

—

Засорение воздушных жиклеров

главной дозирующей системы

карбюратора с уменьшением

пропускной способности на 7 %

2...4

гулировка карбюратора, топливного насоса, насоса-форсунки;

понижение компрессии в цилиндрах; неисправность прерывате

ля-распределителя; подтекание топлива из приборов и трубопро-

. водов систем питания; пробуксовывание сцепления; неисправность

рулевого управления.

В целом расход топлива может изменяться в зависимости от

технического состояния автомобиля в пределах 20...30%, а при

значительных неисправностях изменения расхода топлива могут

быть больше.

На расход масла большое влияние оказывает износ поршневых

Колец, поршней и цилиндров двигателя. По причине их неудов

летворительного состояния расход масла может возрасти вдвое. Так,

При увеличении прорыва газов в картер двигателя с 15... 25 л/мин

(новый двигатель) до 60... 100 л/мин (изношенный двигатель) рас

ход масла возрастает в 2—2,5 раза. Увеличивается расход масла и

при неисправной системе вентиляции картера, при перегреве и

переохлаждении двигателя.

Масла и смазки непроизводительно расходуются, когда неис

правны сальники или имеются другие неплотности в картерах и

узлах трения, через которые они вытекают.

Лишь при технически исправном автомобиле с тщательно

отрегулированными и смазанными приборами, механизмами и

агрегатами обеспечиваются минимальные потери энергии на тре

ние и устраняются потери топлив и масел вследствие подтекания.

Только в этих условиях можно обеспечить наиболее экономное

расходование топлив и масел. Здесь важно еще раз отметить и то,

что от исправности и регулировки двигателя автомобиля зависит

степень загрязненности окружающего воздуха токсичными вещест

вами, содержащимися в отработавших газах.

В значительной степени расход топлива и масел зависит от

Мастерства водителя. Мастерство вождения заключается в правиль-

193

ной оценке дорожных условий, максимальном использовании

экономичных режимов работы двигателя, движении автомобиля

по инерции (накатом) на спусках и при уменьшении скорости,

своевременном переключении передач, преимущественном дви

жении на высшей передаче и др. Длительное движение на проме

жуточных передачах увеличивает расход топлива на 15...20% и

расход масла на 40... 60 %. В результате проведенных исследований

установлено, что расход топлива в зависимости от техники вож

дения (квалификации водителя) изменяется на величину до

20...25 %.

При движении автомобиля необходимо как можно меньше

прибегать к торможению, так как при торможении запасенная в

автомобиле энергия без всякой пользы превращается в работу тре

ния тормозных накладок и барабанов, в то время как эта энергия

должна быть использована на движение автомобиля накатом, что

дает экономию топлива. Водители, экономящие топливо, расчет

ливо водят автомобили и при подъезде к препятствию или оста

новке производят лишь легкое торможение, не допускают буксо

вания колес. Они ездят преимущественно на режиме установив

шегося движения, при котором расход топлива в 1,5 раза и масла

в 2 раза ниже, чем при разгоне.

Поддержание нормального теплового режима двигателя создает

условия для экономного расходования топлива. Если же температу

ра охлаждающей воды снижается до 40... 50 °С вместо нормальной

80... 85 °С, расход топлива повышается на 8... 10 %. То же происхо

дит и при перегреве двигателя.

Вследствие неэкономной работы холодного двигателя, а также

из-за загустевших масел и смазок в картере двигателя, агрегатах

трансмиссии и узлах ходовой части после длительной стоянки

автомобиля при температуре -10...-15 °С расход топлива, особен

но на первых километрах движения, в 1,5—2 раза превышает нор

мальный и лишь после пробега 10... 12 км он будет соответство

вать норме.

Применение утеплительных капотов (при температуре +5 °С и

ниже),' а также умелое использование устройств для регулирова

ния температуры воды и масла позволяет поддерживать необхо

димый тепловой режим двигателя.

При больших скоростях движения значительная часть энергии

тратится на преодоление сопротивления воздуха. Так, при скоро

сти автомобиля 100 км/ч около 2/3 тягового усилия тратится на

преодоление сопротивления воздуха, а при скорости 70 км/ч на

преодоление сопротивления воздуха затрачивается мощность, при

мерно в 10 раз большая, чем при скорости 30 км/ч. Поэтому при

повышении скорости с 60 до 70 км/ч увеличение расхода топлива

составляет 9 %, а с 60 до 80 км/ч — на 20 %. В то же время эксплу

атационная скорость и производительность увеличиваются при этом

194

незначительно. Для уменьшения расхода топлива, связанного с

преодолением сопротивления воздуха, 1рузы укладывают так, что

бы они не увеличивали лобовую площадь автомобиля.

11.4. Некоторые рекомендации по применению

масел и смазок в эксплуатации

При выборе моторного масла следует ориентироваться на спе

цификации (рекомендации) производителя автомобилей, изло

женные в инструкции но эксплуатации. Следует также принимать

во внимание, что перечень марок масел, допущенных к примене

нию производителем автомобилей, постоянно изменяется — по

лучают допуск новые марки, а некоторые масла его теряют. Далее

приводится ряд замечаний и рекомендаций, которые помогут при

выборе моторного масла.

Не всегда целесообразно применять масло с более высоким

уровнем свойств, чем указано производителем автомобилей. Как

правило, стоимость такого масла выше и комплекс его свойств

несколько иной, чем требуется, что может отразиться на надеж

ности работы элементов системы смазки.

Температурный диапазон применения, указанный на упаковке

, масла, носит лишь рекомендательный характер.

Не стоит ориентироваться на цвет масла. Большинство вводи

мых в него присадок делают его более темным.

Замену масла необходимо проводить в сроки, установленные

производителем автомобиля. При эксплуатации автомобиля в

городе, по бездорожью и т.д. движение осуществляется пре

имущественно на низших передачах, соответственно двигатель со

вершает большее число оборотов на 1000 км пробега, чем при

движении по трассе. Поэтому в таких условиях эксплуатации ме

нять моторное масло необходимо в 1,5—2 раза чаще, чем указано

в инструкции.

Для автомобилей со значительным пробегом замену масла про

водить чаще, так как условия работы масла в изношенных двига

телях более жесткие (прорыв раскаленных газов в картер из-за

увеличенных зазоров между поршнями и цилиндрами и т.д.).

Смену масляного фильтра проводить вместе с заменой масла.

При использовании топлива сомнительного качества и при боль

шом пробеге по запыленной местности желательно заменять мас

ляный фильтр чаще, чем масло (в разумных пределах), так как

большое количество продуктов неполного сгорания топлива и пыли

из воздуха может вывести фильтр из строя раньше времени.

Быстрое (через 1... 2 тыс. км пробега) изменение цвета масла в

Двигателе (масло «почернело») не обязательно указывает на пот

ерю его эксплуатационных свойств. Этот эффект, как правило,

195

связан с тем, что качественное моторное масло смывает различные

отложения в двигателе (нагар, лакообразные отложения и т.п.) и

накапливает в себе продукты неполного сгорания топлива.

Нежелательно смешивать минеральное и синтетическое масла,

а также доливать минеральное в частично синтетическое из-за

разной растворимости присадок в минеральной и синтетической

основах. Результатом смешивания может быть выпадение приса

док в нерастворимый осадок. Поэтому долив масла допустим только

в крайних случаях, например, чтобы доехать до гаража или авто

сервиса, где смесь, находящуюся в двигателе, необходимо сразу

заменить на подходящее масло.

Для долива следует использовать масло того же сорта, который

залит в двигатель. Масла разных производителей содержат иные

пакеты присадок, они могут оказаться несовместимыми.

Если в процессе эксплуатации масло заменялось своевременно

и имело соответствующее качество, то промывку двигателя при

замене масла проводить не нужно.

Если неизвестно, какое масло заливал прежний владелец ав

томобиля, перед заменой необходимо промыть систему смазки

специально предназначенным для этого промывочным маслом. В

противном случае свежее высококачественное масло может смыть

большое количество отложений, что приведет к быстрому засоре

нию фильтра системы смазки.

Добавление различных препаратов в моторное масло может

улучшить одни его свойства и резко ухудшить другие, что небла

гоприятно скажется на состоянии двигателя. Это связано с тем,

что в качественном масле пакет присадок точно сбалансирован, и

введение в него любого препарата, как правило, нарушает этот

баланс.

В непрогретом до рабочей температуры масле присадки не ус

певают нейтрализовать кислоты, образующиеся из продуктов не

полного сгорания топлива, что вызывает усиленный коррозион

ный износ поршней, их колец и цилиндров. Под нагрузкой (при

движении автомобиля) двигатель продевается быстрее. Поэтому

в холодное время его прогрев «на месте» следует проводить не

более 3...5 мин.

Глава 12

ТЕХНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ

12.1. Охлаждающие жидкости

В большинстве современных автомобилей используется жидкост

ная система охлаждения двигателей. Через систему охлаждения от

водится 25...30 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива.

Эффективность, надежность и долговечность работы системы

охлаждения зависят от качества охлаждающей жидкости. В част

ности, от ее качества зависят надежность работы системы охлаж

дения при низких и высоких температурах окружающего воздуха,

интенсивность отложений в системе охлаждения, а следовательно,

и периодичность работ, выполняемых при техническом обслужива

нии и ремонте системы охлаждения двигателя, и объем этих работ.

Чтобы жидкость для системы охлаждения двигателя полностью

соответствовала своему назначению, она должна отвечать следу

ющим требованиям:

• обладать высокими теплоемкостью, теплопроводностью и оп

ределенной вязкостью;

• иметь высокую температуру кипения и низкую температуру

замерзания;

• не образовывать отложений на омываемых стенках и не за

грязнять систему охлаждения;

• не вызывать коррозию металлических деталей и не разрушать

резиновые детали;

• иметь высокую стабильность химических и физических

свойств;

• не вызывать поломок деталей системы охлаждения при за

стывании, возможно меньше изменять объем при нагревании и

не вспениваться при попадании нефтепродуктов;

• не обладать токсичностью и не повышать пожарную опас

ность;

• быть дешевой и недефицитной.

В качестве жидкости для системы охлаждения автомобильных

Двигателей применяют воду и жидкости, замерзающие при низ

кой температуре.

Вода как охлаждающая жидкость перечисленным выше требо

ваниям достаточно полно удовлетворяет только при положитель

ных температурах воздуха. Ее преимуществами по сравнению с

Другими жидкостями для системы охлаждения являются экологи

ческая безвредность, доступность приобретения, недефицитность,

197

негорючесть. Следует знать, что вода представляет собой универ

сальный растворитель, обладающий рядом аномальных физиче

ских свойств. Это единственное химическое соединение, которое

в природных условиях существует в трех агрегатных состояниях —

в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). Плот

ность льда при -2 °С меньше (0,92 г/см3) плотности жидкой воды

при 4°С (1 г/см3) (как правило, вещества в твердом состоянии

имеют большую плотность, чем в жидком). Температура кипе

ния воды (100 °С), плавления (0°С), а также теплоты испарения

(40,66 кДж/моль) и плавления (6,01 кДж/моль) слишком вы

сокие для вещества с такой небольшой молекулярной массой

(М = 18). Вода обладает также высокими теплоемкостью (при

15 °С удельная теплоемкость воды с ~ 4,2 кДж/(кг-К) (самая

большая среди известных веществ)) и теплопроводностью (при

0 °С X = 0,556 Вт/(м-К)), обеспечивающими хороший отвод тепло

ты, и необходимой вязкостью, создающей легкую циркуляцию в

системе охлаждения без потерь через уплотнения и соединения.

Но воде свойственны как положительные, так и отрицательные

качества.

Вода, замерзая, увеличивается в объеме на 9% (рис. 12.1) и

тем самым создает опасность для системы охлаждения, может

вызвать трещины стенок рубашки охлаждения двигателя, привести

в негодность радиатор, систему отопления. Давление на стенки

рубашки охлаждения, вызванное увеличением объема замерзаю

щей воды, порядка 250 МПа.

Для эффективного охлаждения температура кипения охлаждаю

щей жидкости должна быть на 20...30% выше температуры в

системе охлаждения. Вода, температура кипения которой при

нормальном давлении 100 °С, не во всех условиях эксплуатации

удовлетворяет данному требованию, что для воды как охлаждаю

щей жидкости является недостатком, особенно в жаркое время

года и в гористой местности.

Применение герметизированной

системы охлаждения позволя

ет повысить температуру кипе

ния воды в равнинной местнос

ти до 105... 108 °С.

Один из самых серьезных не

достатков пресной воды как

охлаждающей жидкости связан с

явлением образования накипи

(отложений) на стенках деталей

системы охлаждения.

Накипь — это выпадающие в

осадок при нагревании твердые

соли, в основном карбонаты и

VhjO, об.%

UOpT \

-------

1,08----------------------------------------

1,06----------------------------------------

1,04----------------------------------------

1,02---------------------------------------------

1,00------------------------------------------------■

-------------------------

0-081 1111

-5 0 10 20 30 40

/, "С

Рис. 12.1. Изменение объема воды

УНго в зависимости от темпера

туры t

об.%

198

сульфаты кальция. Накипь имеет плохую теплопроводность (при

мерно в 100 раз ниже, чем у чугуна), поэтому вызывает местный

перегрев стенок, ухудшает отвод теплоты от стенок двигателя,

кроме того, уменьшает проходное сечение каналов и нарушает

тепловой режим двигателя, вследствие чего при толщине слоя

накипи даже 1 мм увеличивается расход топлива на 3,5 %, а мощ

ность двигателя снижается на 5 %.

Интенсивность образования накипи в системе охлаждения за

висит от содержания в воде растворенных солей, в основном

кальция и магния, что характеризуется жесткостью воды Ж0.

Жесткость воды — это совокупность свойств, обусловленных

содержанием в воде катионов кальция Са2+ и магния Mg2+. Анио

нами растворимых солей могут быть гидрокарбонат-ионы HCOj

(ранее называли бикарбонат-ионы), сульфат-ионы SO|~ и реже

хлорид-ионы С1~. Кроме солей кальция и магния (солей жесткости)

в образовании накипи участвуют механические примеси, которы

ми бывает загрязнена вода, а также ржавчина чугунных деталей

системы охлаждения.

Жесткость воды характеризуется через суммарное содержание

ионов Са2+ и Mg2+. Количественно жесткость воды выражают чис

лом миллимолей эквивалентов (ммоль) ионов кальция и магния,

содержащихся в 1 л воды. Учитывая химические формулы солей

кальция (Са(НС03)2) и магния (Mg(HC03)2), а также относитель

ные эквивалентные атомные массы ионов кальция и магния, жест

кость воды 1 ммоль/л соответствует содержанию 20,04 мг/л ионов

Са2+ или 12,16 мг/л ионов Mg2+. Другими словами, вода, в 1 л

которой содержится 20,04 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов

магния, будет иметь жесткость, равную одному миллимолю экви

валента (1 ммоль/л).

Различают временную и постоянную жесткости, сумма кото

рых и определяет общую жесткость воды Ж0.

Временная жесткость обусловлена наличием в воде гидрокар

бонатов кальция Са(НС03)2 и магния Mg(HC03)2, которые при

нагревании воды до 80 °С и выше выпадают в осадок, образуя на

стенках системы охлаждения накипь в виде нерастворимых в воде

карбонатов кальция (СаС03) и магния (MgC03) (поэтому вре

менная жесткость иногда называется карбонатной). Количество

накипи при одной и той же временной жесткости пресной воды

возрастает по мере повышения температуры нагрева воды и при

кипячении временная жесткость воды устраняется, так как гид

рокарбонаты кальция и магния разлагаются полностью при на

гревании.

Жесткость воды, которая кипячением не удаляется, называет

ся постоянной. Постоянная жесткость связана с наличием в воде

Хлоридов и сульфатов кальция и магния и других солей, которые

Не выпадают при нагревании воды, но накипь могут образовать

199