Расчет норм расхода топлива на автомобильном транспорте

эксплуатационные матералы.docx

Часть 1. Теоретические вопросы.
Теплота сгорания топлива. Высокая и низкая теплота сгорания. Способы определения теплоты сгорания.
Требования предъявляемые к моторным маслам. Классификация по SAE.
Влияние различных конструктивных факторов на топливную экономичность дизельных двигателей.
Часть 2. Расчет норм расхода топлива на автомобильном транспорте.
Нормирование линейного расхода топлива для легковых автомобилей
Нормирование линейного расхода топлива для грузовых бортовых автомобилей тягачей самосвалов и специального подвижного состава
Нормирование расхода топлива на внутригаражное потребление
Библиографический список ..36
При организации технически правильной длительной и безотказной эксплуатации автомобильного транспорта необходимо постоянное и неослабное внимание уделять вопросам грамотного применения автомобильных эксплуатационных материалов.
Самый совершенный по конструкции автомобиль будет показывать низкие эксплуатационные качества и может быстро выйти из строя при использовании несоответствующих или некачественных марок горючего смазочных масел пластичных смазок а также специальных жидкостей.
Нефтепродукты и синтетические материалы используемые для обеспечения чёткой и длительной работы узлов и агрегатов автомобиля должны отвечать требованиям стандартов и технических условий.
Каждый автомобилист должен знать эти требования и уметь их определять. Это так же важно как и содержание автомобиля в технической исправности. Широчайший ассортимент предлагаемых эксплуатационных материалов также определяет необходимость свободно ориентироваться в показателях качества.
Под термином «сгорание» применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов и примесей топлива с кислородом воздуха сопровождающуюся свечением и выделением значительного количества тепла.
Сгорание является важнейшим процессом обусловливающим полезную работу двигателя так как при этом происходит превращение химической энергии топлива в тепловую и далее в механическую. Процесс сгорания определяет мощностные и экономические показатели двигателя а характер его протекания существенно влияет на надежность и долговечность двигателя.
При сгорании топлива выделяется тепло количество которого зависит от состава горючей смеси и от свойств самого топлива. Способность топлива выделять при полном сгорании то или иное количество тепла обусловливается его теплотой сгорания (теплотворность или теплотворная способность). Теплота сгорания может быть отнесена к 1 кг (массовая) или 1 л (объемная) топлива.
Различают высшую и низшую теплоту сгорания. При определении высшей теплоты сгорания учитывается сумма тепла включая тепло выделившееся при конденсации воды образовавшейся за счет сгорания водорода входящего в состав углеводородов топлива.
На практике не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp) которую получают вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДжкг (600 ккалкг).
Низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДжкг или ккалкг):
(для твердого вещества)
(для жидкого вещества) где:
14 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении кДжкг;
и— содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе%;
— коэффициент показывающий что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.
В двигателях внутреннего сгорания температура выходящих газов выше температуры конденсации водяных паров поэтому при расчетах пользуются значением низшей теплоты сгорания. Величина высшей теплоты сгорания для бензинов обычно больше низшей примерно на 600 ккалкг.
Теплота сгорания топлива может быть экспериментально определена в калориметрах различной конструкции или ориентировочно подсчитана на основании данных по элементному составу топлива.
При полном сгорании 1 кг углерода до диоксида углерода выделяется 8140 ккал а при полном сгорании 1 кг водорода до водяного пара — 28 000 ккал.
Сгорание углерода и водорода связанных между собой в различные соединения (углеводороды) протекает значительно сложнее чем в свободных углерода и водорода. Наличие например тройной связи в углеводородах (ацетиленовые) повышает их теплоту сгорания.
Для практических целей теплоту сгорания топлива определяют по эмпирическим формулам например по формулам предложенным Д.И. Менделеевым.
— содержание в рабочей массе топлива углерода водорода кислорода летучей серы и влаги в% (по массе).
Для углеводородов существует зависимость теплоты сгорания от соотношения углерод:водород. Чем больше это соотношение в углеводороде тем ниже его высшая теплота сгорания.
Наибольшей высшей теплотой сгорания обладают парафиновые углеводороды. Их теплота сгорания с увеличением молекулярного веса понижается.
Ароматические углеводороды имеют самую
низкую высшую теплоту сгорания повышающуюся с увеличением их молекулярной массы. Поэтому бензины содержащие преимущественно парафиновые углеводороды будут характеризоваться более высокой высшей теплотой сгорания чем бензины содержащие значительное количество ароматических углеводородов (бензины каталитического крекинга и особенно каталитического риформинга жесткого режима).
Изомерное строение углеводородов не оказывает существенного влияния на их теплоту сгорания.
Соотношение углерод:водород в известной мере определяет значение плотности углеводорода: с увеличением соотношения в углеводороде повышается его плотность. На этом основании Е. Бассом предложена формула для вычисления низшей теплоты сгорания (в ккалкг) углеводородного топлива по его плотности.
Данные свидетельствуют о том что углеводороды и углеводородные топлива лишь незначительно различаются по теплоте сгорания поэтому повышение мощности или экономичности двигателей за счет использования бензинов с каким-то повышенным «энергозапасом» не представляется возможным. Каких-либо присадок или добавок резко повышающих теплоту сгорания пока не найдено. Для некоторых специальных целей теплоту сгорания углеводородных топлив увеличивают за счет использования индивидуальных углеводородов ацетиленового ряда добавления металлических суспензий боргидридов и т.п. Однако такие способы слишком дороги ограничены ресурсами и поэтому вряд ли применимы к таким массовым топливам как автомобильные бензины.
В двигателях сгорает смесь топлива с воздухом поэтому для энергетической оценки топлива имеет значение не только его теплота сгорания но и количество тепла выделяющегося при сгорании топливно-воздушной смеси стехиометрического состава (при а= 1). Его величина зависит от теплоты сгорания топлива и от количества воздуха в такой смеси.
Для углеводородов с повышением теплоты сгорания увеличивается количество воздуха необходимого для сгорания. В связи с этим количество тепла выделяемого при сгорании различных топливно-воздушных смесей изменяется весьма незначительно.
Автомобильный бензин
Следует обратить внимание на теплоту сгорания спирта-воздушной смеси. Спирты содержат большое количество кислорода и теплота сгорания их невелика. Но наличие кислорода в спиртах сокращает и количество воздуха необходимого для сгорания поэтому при сгорании спирта-воздушной смеси выделяется практически столько же тепла сколько и при сгорании такого же объема бензо-воздушной смеси.
При полном сгорании смеси автомобильных бензинов различного состава с воздухом выделяется 820—930 ккалм3 смеси или 665—675 ккалкг. Однако практически в двигателе выделяется значительно меньше тепла в связи с тем что состав смеси неоднороден и в различных местах камеры сгорания стехиометрическое соотношение топлива с воздухом не достигается. Теплота сгорания смеси поступающей в двигатель зависит также от общего коэффициента избытка воздуха.
Требования предъявляемые к моторным маслам.
Классификация по SAE.
Моторное масло - это важный элемент обеспечения работы двигателя. Оно может длительно и надежно выполнять свои функции обеспечивая заданный ресурс двигателя только при точном соответствии его свойств тем термическим механическим и химическим воздействиям которым масло подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя условий его эксплуатации и свойств масла - одно из важнейших условий достижения высокой надежности двигателей. Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям главные из которых перечислены ниже:
- высокие моющая диспергирующе-стабилизирующая пептизирующая и солюбилизирующая способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям обеспечивающие чистоту деталей двигателя;
- высокие термическая и термоокислительная стабильности позволяют использовать масла для охлаждения поршней повышать предельный нагрев масла в картере увеличивать срок замены;
- достаточные противоизносные свойства обеспечиваемые прочностью масляной пленки нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении и нейтрализовать кислоты образующиеся при окислении масла и из продуктов сгорания топлива;
- отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя как в процессе работы так и при длительных перерывах;
- стойкость к старению способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств;
- пологость вязкостно-температурной характеристики обеспечение холодного пуска прокачиваемость при холодном пуске и надежность смазывания в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды;
- совместимость с материалами уплотнений совместимость с катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;
- высокая стабильность при транспортировании и хранении в регламентированных условиях;
- малая вспениваемость при высокой и низкой температурах;
- малая летучесть низкий расход на угар (экологичность).
К некоторым маслам предъявляют особые дополнительные требования. Так масла загущенные макрополимерными присадками должны обладать требуемой стойкостью к механической термической деструкции; для судовых дизельных масел особенно важна влагостойкость присадок и малая эмульгируемость с водой; для энергосберегающих - антифрикционность благоприятные реологические свойства.
Классификации моторных масел SAE
SAEклассификация масел по вязкости разработанная Американской ассоциацией автомобильных инженеров (SAE) подразделяет масла на классы по текучести т.е. способности масла течь и одновременно "прилипать" к поверхности металла. Она действует в Европе США Японии и других странах.
В настоящее времякинематическая вязкостьмоторных масел измеряется при двух температурах (40°С и 100°С) в сантистоксах (сокращенно cST или сСт). Она и измеряется например в капилляр-визкозиметрах как время вытекания определенного количества масла из очень узкого сосуда при воздействии силы тяжести в мм2с.
Динамическая вязкостьизмеряется в миллипаскаль-секундах при температуре 150°С (сокращенно: mPas или мПа·с).
Прокачиваемость- способность масляного насоса прокачать масло при минимальной температуре.
Проворачиваемостъ- способность стартера проворачивать двигатель при минимальной температуре.
Класс SAE сообщает потребителю диапазон температуры окружающей среды в котором масло обеспечит проворачивание двигателя стартером (первая слева колонка) прокачивание масла масляным насосом по смазочной системе двигателя под давлением при холодном пуске в режиме не допускающем сухого трения в узлах трения (вторая слева колонка) и надежное смазывание летом при длительной работе в максимальном скоростном и нагрузочном режиме
Классификация SAE J 300 APR 97
Низкотемпературная вязкость
Высокотемпературная вязкость
Вязкость**** мПа с при 150 °С и скорости сдвига 106с-1 нe менее
Максимальная вязкость мПа с при t°С
* Вязкость измеряется по методу ASTM D 5293 на вискозиметре CCS.
** Вязкость измеряется по методу ASTM D 4684 на вискозиметре напряжение сдвига не допускается при любом значении вязкости.
*** Вязкость измеряется по методу ASTM D 445 на капиллярном вискозиметре (кинематическая).
**** Вязкость измеряется по методам ASTM D 4683 или CEC L-36-A-90 на коническом имитаторе подшипника.
*aЭто значение для классов SAE 0W-40 5W-40 10W-40.
*ааЭто значение для классов SAE 40 15W-40 20W-40 25W-40.
Классификация подразделяет моторные масла на шесть зимних классов (0W 5W 10W 15W 20W и 25W) и пять летних (20 30 40 50 и 60). В этих рядах большим числам соответствует большая вязкость. Всесезонные масла пригодные для круглогодичного применения обозначают сдвоенным номером один из которых указывает зимний другой — летний класс например SAE 5W-30 или 10W-40 15W-40 20W-50 и т. п.
Классификация SAE J 300 APR 97 для зимних масех устанавливает максимальные значения динамической вязкости при низких температурах и минимальные значения кинематической вязкости при 100°С. Для летних масех установлены пределы кинематической вязкости при 100°С и минимальные значения динамической вязкости при 150°С и скорости сдвига 106с-1.
Всесезонные масла отвечают требованиям к одному из зимних и к одному из летних масел одновременно т. е. обладают очень пологой зависимостью вязкости от температуры. Это достигается загущеннием маловязких масел специальными макрополимерными присадками повышающими индекс вязкости иначе говоря загущающими масло в области высоких температур больше чем в области низких температур и (или) использованием синтетических компонентов в качестве основы масла.
Обращаем внимание на то что для двигателей различной конструкции температурные диапазоны работоспособности масла данного класса по SAE существенно различаются. Они зависят от мощности стартера минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала требуемоего для пуска двигателя от производительности масляного насоса от гидравлического сопротивления маслоприемного тракта и многих других конструктивных технологических и эксплуатационных факторов (техническое состояние автомобиля качество бензина или дизтоплива квалификация водителя и т. п.).
Сочетание значений вязкости летнего и зимнего сортов масла не означает арифметического сочетания свойств вязкости. Так например масло 5W-30 рекомендовано к эксплуатации при температурах окружающей среды от —30 до +20°С. Вместе с этим летнее масло 30 может работать при температурах до 30°С но только выше нуля. В целом же термин "рекомендовано к эксплуатации" очень и очень условный.
Каждый двигатель каждой марки автомобиля отличается уникальным сочетанием степени форсированности теплонапряженности особенностей конструкции применяемых материалов и так далее вплоть до качества обработки поверхностей. Таким образом владельцу Subaru не следует слепо использовать таблицу допустимых температур Chrysler.
Следует помнить что классификация SAE J 300 распространяется только на вязкостно-температурные свойства моторных масел и не сообщает никакой информации об их эксплуатационных качествах.
Влияние различных конструктивных факторов на топливную
экономичность дизельных двигателей.
Одним из главных преимуществ дизельного двигателя является его экономичность которая определяется пониженным расходом топлива. Экономичность дизельного двигателя объясняется во-первых более высоким КПД благодаря увеличению степени сжатия порядка 20-22 единиц. Во-вторых значительно меньшему расходу топлива способствует сбалансированное регулирование рабочей смеси. То есть количество подаваемого в цилиндры воздуха не зависит ни от нагрузки – это количество постоянно ни от оборотов коленчатого вала. Расход дизельного топлива прямо пропорционален нагрузке. При этом объём затрачиваемого топлива в 15 раза меньше чем у бензинового двигателя с аналогичным рабочим объёмом.
Мощность двигателя и расход топлива напрямую зависят от сопротивления воздухоочистителя. Данное сопротивление влияет на количество воздуха в цилиндрах угол впрыска качество распыления топлива форсунками характер подачи его насосом и начальное давление впрыска.
Кроме того у дизельных двигателей стабильность регулировочных параметров системы подачи топлива значительно выше чем у двигателей бензиновых. При этом в процессе эксплуатации требуется постоянно контролировать качество фильтрации топлива и воздуха а также не допускать перегрева двигателя.
К недостаткам дизельных двигателей относят:
Уменьшенную литровую мощность нежели у бензиновых двигателей;
Сильный шум из-за высокого давления;
Затруднённый пуск при низких температурах окружающей среды.
При длительной эксплуатации изнашиваются плунжерные пары топливного насоса теряет герметичные свойства посадка иглы форсунки. При пуске на низких оборотах это приводит к некачественному распылению шва. В результате появившегося износа цилиндропоршневой группы значительно увеличивается прорыв сжимаемого воздуха в картере. Исходя из этого давление и температура не достигают необходимых для воспламенения топлива значений.
Тем не менее применение дизтоплива наряду с высококачественным выполнением блока цилиндров а также деталей цилиндропоршневой группы в целом обеспечивает дизельным двигателям надёжность и долговечность.
На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха - интеркулер позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме а значит снизить массу двигателя.
Common Rail– современная система питания дизельного двигателяпозволяет увеличить мощность двигателя также улучшить его экологические показатели. Аккумуляторная система впрыска топлива Common Rail (дословный перевод – общая магистраль) применяется на современных дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива. Такие двигатели устанавливают на грузовые а так же легковые автомобили система Common Rail (CR) так же получила широкое применение в специальных двигателях – тепловозные или судовые двигатели внутреннего сгорания. Топливная система CR разработана и запатентована фирмой BOSCH по сравнению с обычными топливными системами система CR позволяет обеспечить более гибкий процесс управления впрыском:
обеспечить высокое давление впрыска до 1500 бар;
изменить угол опережения впрыска в зависимости от нагрузки на двигатель;
произвести двухфазный или многофазный впрыск топлива;
изменять давление впрыска в зависимости от частоты вращения коленчатого валаи нагрузки двигателя.
Задание №1. Нормирование линейного расхода топлива
для легковых автомобилей и автобусов.
На основе базовой нормы расхода топлива на 100 км пробега произвести расчет нормативного расхода топлива при пробеге легкового автомобиля.
1 Легковые автомобили.
Для легковых автомобилей нормируемое значение расхода топлива рассчитывается по следующему уравнению
QH = 001· HS · S· (1 + 001·D) (1)
QH = 001· 85 · 125· (1 + 001·(15%+5%+10%+35%)) = 175 л.
где QH – нормативный расход топлива литры;
HS – базовая норма расхода топлива на пробег автомобиля л100 км;
S – пробег автомобиля км;
D – поправочный коэффициент (суммарная относительная надбавка или снижение) к норме в процентах.
Автобусы отечественные
Норма расхода НОТ лчас
Для автобусов нормируемое значение расхода топлива рассчитывается по следующему уравнению:
QH = 001· HS · S· (1 + 001·D) + НОТ · Т (2)
QH = 001· 46 · 250· (1 + 001·(20%+5%+35%)) + 25 · 8 = 1156 л.
HS – транспортная норма расхода топлива на пробег автобуса л100 км (с учетом нормируемой по классу и назначению автобуса загрузкой пассажиров);
S – пробег автобуса км;
D – поправочный коэффициент (суммарная относительная надбавка или снижение) к норме в процентах;
НОТ – норма расхода топлива при использовании штатных независимых отопителей на работу отопителя (отопителей) лчас;
Т – время работы автомобиля с включенным отопителем час.
Задание № 2. Нормирование линейного расхода топлива для грузовых
бортовых автомобилей тягачей самосвалов
и специального подвижного состава
На основании базовой нормы расхода топлива и особенностей конструкции бортовых автомобилей выполнить расчет нормативного расхода топлива при выполнении транспортной работы путем перевозки грузов.
1. Грузовые бортовые автомобили
Грузовые бортовые автомобили отечественные
Норма расхода НW л100ткм
Для грузовых бортовых автомобилей и автопоездов нормируемое значение расхода топлива рассчитывается по следующему уравнению:
QH = 001· (Hsan · S + Hw · W)·(1 + 001·D) (1)
QH = 001· (255 · 200 + 12 · 650)·(1 + 001·(5%+35%+10%)) = 882 л.
S – пробег автомобиля или автопоезда км;
Hsan – норма расхода топлива на пробег автомобиля или автопоезда в снаряженном состоянии без груза:
Hsan = Hs + Hg · Gпр л100 км (2)
где HS – базовая норма расхода топлива на пробег автомобиля (тягача) в
снаряженном состоянии л100 км (Hsan = Hs л100 км для одиночного
Hg – норма расхода топлива на дополнительную массу прицепа или полуприцепа л100 ткм;
GПР – собственная масса прицепа или полуприцепа т;
Hw – норма расхода топлива на транспортную работу л100 ткм
W – объем транспортной работы ткм:
где GГP – масса груза т;
SГP – пробег с грузом км;
Тягачи отечественные
Для седельных тягачей нормируемое значение расхода топлива рассчитывается аналогично грузовым бортовым автомобилям и автопоездам с прицепами и полуприцепами по формуле (1).
QH = 001· (42 · 350 + 13 · 9450)·(1 + 001·(5%+35%+10%)) = 4048 л.
Самосвалы отечественные
Для автомобилей-самосвалов и самосвальных автопоездов нормируемое значение расхода топлива рассчитывается по следующему соотношению:
QH = 001 · HSANC · S· (l + 001· D) + HZ · Z (4)
QH = 001 · 160 · 150· (l + 001·(5%+35%+10%)) + 01 · 10 = 361 л.
где QH – нормативный расход топлива литры;
S – пробег автомобиля-самосвала или автопоезда км;
HSANC – норма расхода топлива автомобиля-самосвала или самосвального
HSANC = Hs + Hw · (Gnp + 05 · q) л100 км
где HS – базовая норма расхода топлива автомобиля-самосвала в снаряженном состоянии без груза или транспортная норма с учетом транспортной работы с коэффициентом загрузки 05 л100 км;
HW – норма расхода топлива на транспортную работу автомобиля-самосвала (если при расчете Hs не учтен коэффициент 05) и на дополнительную массу самосвального прицепа или полуприцепа л100 ткм;
GПP – собственная масса самосвального прицепа полуприцепа т;
q – грузоподъемность прицепа полуприцепа
(05 · q – с коэффициентом загрузки 05) т;
HZ – дополнительная норма расхода топлива на каждую ездку с грузом автомобиля-самосвала автопоезда л;
Z – количество ездок с грузом за смену;
4. Специальный и специализированный подвижной состав
Величины норм расхода топлива для спецавтомобилей
Автовышки телескопические
Специальные и специализированные автомобили с установленным на них оборудованием подразделяются на две группы:
- автомобили выполняющие работы в период стоянки (пожарные автокраны автоцистерны компрессорные бурильные установки и т.п.);
- автомобили выполняющие ремонтные строительные и другие работы в процессе передвижения (автовышки кабелеукладчики бетоносмесители и т.п.).
Нормативный расход топлива для спецавтомобилей выполняющие основную работу в период стоянки определяется следующим образом:
QH = (001 · HSC· S + НТ · Т) · (1 + 001 · D) литры (5)
QH = (001 · 285· 110 + 3 · 66) · (1 + 001 · (5%+35%+20%)) = 818 л.
где HSC – индивидуальная норма расхода топлива на пробег спецавтомобиля л100 км (в случаях когда спецавтомобиль предназначен также для перевозки груза индивидуальная норма рассчитывается с учетом выполнения транспортной работы: HSC' = HSC + HW · W);
S – пробег спецавтомобиля к месту работы и обратно км;
НТ – норма расхода топлива на работу специального оборудования лчас или литры на выполняемую операцию (заполнение цистерны и т.п.);
Т – время работы оборудования час или количество выполненных операций;
D – суммарная относительная надбавка или снижение к норме в процентах (при работе оборудования применяются только надбавки на работу в зимнее время и в горных местностях).
Нормативный расход топлива для спецавтомобилей выполняющие основную работу в процессе передвижения определяется следующим образом:
QH = 001 · (Hsc · S' + Hs" · S")· (1 + 001·D) литры (6)
где HSC – индивидуальная норма расхода топлива на пробег спецавтомобиля л100 км;
S' – пробег спецавтомобиля к месту работы и обратно км;
HS" – норма расхода топлива на пробег при выполнении специальной работы во время передвижения л100 км;
S" – пробег автомобиля при выполнении специальной работы при передвижении км.
Для автомобилей на которых установлено специальное оборудование нормы расхода топлива на пробег (на передвижение) устанавливаются исходя из норм расхода топлива разработанных для базовых моделей автомобилей с учетом изменения массы спецавтомобиля.