Классификация трансмиссионных масел, показатели качества, характеризующие основные эксплуатационные свойства трансмиссионных масел

Содержание

1. Классификация трансмиссионных масел, показатели  качества,

характеризующие основные  эксплуатационные  свойства трансмиссионных масел…………………………………………..3

1.1 Отечественная классификация  трансмиссионных масел…..5

1.2 Классификация трансмиссионных масел по SAE и API……6

2. Особенности смесеобразования и сгорания в дизелях. Влияние различных факторов на воспламеняемость дизельных топлив. Цетановое число……………………………………………………12

1. Особенности смесеобразования в дизелях…………………12
2. Воспламеняемость дизельного топлива…………………….14
3. Влияние различных факторов на воспламеняемость дизельных топлив…………………………………………….16
4. Цетановое число дизельного топлива………………………20

Литература……………………………………………………23

1. Классификация трансмиссионных масел, показатели  качества,

характеризующие основные  эксплуатационные  свойства трансмиссионных масел.

Под трансмиссионными в широком смысле понимают масла, применяемые для смазывания различного рода механических и гидравлических трансмиссий. Трансмиссионные масла обычно рассматриваются вместе с редукторными маслами, так как условия их работы во многом близки между собой.

Агрегаты трансмиссий, отличающиеся друг от друга по конструкции и условиям работы, смазывают различными маслами. В зависимости от сезона, в течение которого применяются трансмиссионные масла, они делятся на зимние, летние и всесезонные. Различают масла, рекомендуемые для смазывания цилиндрических, конических, спирально-конических и гипоидных передач.

Существуют универсальные масла, используемые одновременно для смазывания передач различных конструкций. Кроме того, трансмиссионные масла делятся на рабочие, консервационные и рабоче-консервационные.

Как и моторные, трансмиссионные масла классифицируются по вязкости и уровню эксплуатационных свойств.

Трансмиссионным маслам незаслуженно уделяют меньше внимания, чем моторным. Однако надежная эксплуатация транспортного средства возможна лишь при условии применения высококачественного масла во всех узлах.

Работа масла в трансмиссии современного автомобиля имеет специфические особенности. Это высокие контактные давления, скорости скольжения и широкий диапазон температур. Пусковые свойства и длительную работоспособность масла надо обеспечивать в интервале от –60 до +150°С рабочей температуры в объеме масла. В зоне контакта зубьев шестерен фактическая температура может быть на 150–200°С выше.

Что касается режимов трения, то в зоне контакта наблюдаются гидродинамическое, смешанное и граничное трение. По мере совершенствования конструкции агрегатов и повышения интенсивности их работы доминирующими становятся граничное и смешанное трение.

К основным функциям трансмиссионного масла относят:

– предохранение поверхностей трения от износа, задира, питтинга и, в конечном счете, поломки зубьев;

– снижение потерь энергии на трение;

–отвод тепла из зоны контакта зубчатой передачи;

–снижение шума и вибрации, уменьшение ударных нагрузок.

Для обеспечения пуска трансмиссии при возможно более низкой температуре и снижения потерь на трение в передачах вязкость масла должна быть минимальной, а для обеспечения высокой несущей способности масляной пленки и предотвращения потерь масла через уплотнения – максимальной. При хороших низкотемпературных свойствах трансмиссионного масла и минимально допустимой вязкости при рабочей температуре достигается заметная экономия топлива, особенно при пуске и разогреве агрегатов автомобиля.

Масло должно обладать достаточными противозадирными, противоизносными и противопиттинговыми свойствами, быть стойким к окислению, физически стабильным, противодействовать коррозии меди и пенообразованию, обладать необходимой совместимостью с резиновыми уплотнениями и иметь хорошие защитные свойства при контакте с водой.

1.1 Отечественная классификация трансмиссионных масел

Отечественная классификация трансмиссионных масел отражена в ГОСТ 17479.2–85.

Трансмиссионные масла разделяют на четыре класса вязкости. В каждом из них ограничены кинематическая вязкость при 100°С и отрицательная температура, при которой динамическая вязкость не превышает 150 000 мПа·с (предел, при котором еще возможна надежная работа агрегатов трансмиссии).

В зависимости от эксплуатационных свойств и возможных областей применения масла для трансмиссий автомобилей, тракторов и другой мобильной наземной техники отнесены к пяти группам. По ГОСТ 17479.2–85 масла маркируют по уровню напряженности работы и классам вязкости. Например, ТМ-5-18:

ТМ – начальные буквы слов «трансмиссионное масло»;

5 – группа по эксплуатационным  свойствам;

18 – класс вязкости.

В США и Западной Европе получили распространение две системы классификации автотракторных трансмиссионных масел:

– SAE J 306 – по вязкости (разработана Американским обществом автомобильных инженеров);

– API – по эксплуатационным свойствам (разработана Американским нефтяным институтом).

Эти классификации дополняют одна другую. Их совместное использование обеспечивает правильный выбор сорта масла.

Вязкость трансмиссионного масла должна соответствовать максимальной и минимальной температурам применения техники. Исходя из этого, стандарт SAE основан на определении вязкости смазочного материала, измеряемой при высоких и низких температурах. Другие характеристики масел не рассматриваются.

Масла для механизмов передач по системе API имеют индекс применяемости и качества, обозначенный буквами GL: от GL-1 до GL-6. Чем больше цифра, стоящая после букв, тем выше качество и, соответственно, гарантия надежности работы масла. К примеру, всесезонное трансмиссионное масло Shell Spirax ЕР относится к классу GL-5, т.е. маслам высокого качества по API.

1.2 Классификация трансмиссионных масел по SAE и API

Как и моторные, трансмиссионные масла классифицируют по вязкости и по уровню эксплуатационных свойств.

Международная классификация по вязкости SAE делит масла на 7 классов: 4 — с индексом W (Winter) — зимних и 3-летних. Если масло всесезонное, у него двойная маркировка, например, SAE 80W-90, SAE 75W-90 и т. д.

Классификация SAE трансмиссионных масел по вязкости

Для легковых автомобилей используются масла только групп GL-4 и GL-5. Масла группы GL-4 предназначены для обычных «ручных» коробок передач и редукторов со спирально-коническими или гипоидными главными парами при умеренных условиях эксплуатации. Масла группы GL-5 пригодны как для умеренных, так и для же стких условий эксплуатации в редукторах с гипоидными и другими видами передач. Их также можно применять в обычных коробках передач.

       Классификация по эксплуатационным свойствам API предусматривает деление масел на 6 групп в зависимости от области применения, которая определяется типом зубчатой передачи, удельными контактными нагрузками в зонах зацепления и рабочей температурой.

Классификация API трансмиссионных масел по уровню эксплуатационных свойств.

Группа GL-6 в настоящее время практически не используется. При необходимости область применения группы GL-5 дополняется соответствующей информацией в технической документации на эти масла.

В 1995 г. API ввел новую категорию МТ-1, ужесточив требования по термической стабильности и высокотемпературным отложениям.

В 1998 г. API, работая в контакте с SAE и ASTM, предложил две новые категории оценки качества трансмиссионных масел: PG-1 и PG-2 (PG-1 — для ручных коробок передач тяжелых грузовых автомобилей и автобусов; PG-2 — для ведущих осей грузовых автомобилей и автобусов). В обеих категориях масел особое внимание было уделено высокотемпературным свойствам. Категорию PG-2 в технической литературе иногда обозначают группой GL-7.

Масла для автоматических коробок передач не подчиняются требованиям API. В связи с тем, что к ним предъявляются особые требования, крупнейшие производители этих коробок разработали отдельные спецификации для автоматических трансмиссионных жидкостей — ATF (Automatic Transmission Fluids).

В настоящее время действуют следующие спецификации:

• для коробок передач производства «Дженерал моторс», Dexron, Dexron II и III и Allison;
• для коробок передач производства «Форд», Мегсоn - V2C 138-CJ или М2С 166Н.

Эти спецификации указываются на банках и канистрах, в которых расфасовано масло. Для европейских автомобилей, на которых установлены коробки фирмы ZF, заливаются масла по спецификации «Дженерал моторc».

Особое внимание следует обратить на масла, которые заливаются в автоматические коробки передач автомобилей «Ауди», БМВ и «Мерседес» последних лет выпуска. В них заливается только синтетическое масло для автоматических трансмиссий.

2. Особенности смесеобразования и сгорания в дизелях. Влияние различных факторов на воспламеняемость дизельных топлив. Цетановое число.

Дизельное топливо – это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения 200…350˚С.

Это прозрачная и более вязкая, чем бензин, жидкость желтого или светло-коричневого цвета (в зависимости от содержания в ней смол). С плотностью 0,8…0,83 кг/м3.

     Для автомобильных дизельных двигателей выпускаются топлива на базе керосиновых, газойлевых и соляровых дистилляторов прямой перегонки нефти. Для снижения содержания серы используют гидроочистку и депарафинизацию.

В силу этого ДТ по своему химическому составу представляет сложную смесь: алканов (от 10 до 40%), циклоалканов (20…60%) и ароматических соединений (14…30%) и их производных. С повышением температуры кипения фракции содержание ароматических углеводородов может увеличиваться до 40-47%. Средняя молекулярная масса ДТ находится в пределах от 110 до 230.

1. Особенности смесеобразования в дизелях.

Особенностью двигателей с самовоспламенением от сжатия, или, как их принято называть, дизелей (по имени изобретателя Р. Дизеля), является приготовление горючей смеси топлива с воздухом внутри цилиндров.

В дизелях топливо поступает от насоса высокого давления и посредством форсунки впрыскивается в цилиндры под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия. Смесеобразование начинается с момента поступления топлива в цилиндр. При этом в результате трения о воздух струя топлива распыливается на мельчайшие частицы, которые образуют топливный факел конусообразной формы. Чем мельче распылено топливо и чем равномернее распределено оно в воздухе, тем полнее сгорают его частицы.

Испарение и воспламенение топлива осуществляются за счет высокой температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия температура воздуха составляет 550-700°С, а давление—3,5—5,5 МПа).       Следует отметить, что после начала горения смеси температура и давление в камере сгорания резко возрастают, что ускоряет процессы испарения и воспламенения остальных частиц распыленного факела топлива.

Чтобы обеспечить наилучшие мощностные и экономические показатели работы дизеля, необходимо впрыскивать топливо в его цилиндры до прихода поршня в в.м.т. Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до в.м.т. в момент начала впрыскивания топлива, называют углом опережения впрыскивания топлива.

Для того чтобы форсунка впрыскивала топливо с требуемым опережением, топливный насос должен начинать подавать топливо еще раньше. Это вызвано необходимостью иметь некоторое время на нагнетание топлива от насоса к форсунке.

Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до в. м. т. в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называют  углом опережения подачи топлива.

В цилиндры дизеля фактически поступает одно и то же количество воздуха независимо от его нагрузки. При малой нагрузке в цилиндрах практически всегда имеется достаточное количество воздуха для полного сгорания топлива. В этом случае коэффициент избытка воздуха имеет большую величину. С увеличением нагрузки возрастает только подача топлива, но при этом значение коэффициента избытка воздуха уменьшается, вследствие чего ухудшается процесс сгорания топлива. Поэтому минимальное значение коэффициента избытка воздуха для различных типов дизелей, соответствующее их бездымной работе, устанавливают в пределах а= 1,3-1,7, что обусловливает также высокую экономичность дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями.

2.2  Воспламеняемость дизельного топлива

Воспламеняемость ДТ – это его способность самовоспламеняться внутри цилиндров двигателя, после его впрыска под большим давлением в сжатый и нагретый воздух.

Воспламеняемость ДТ зависит от температуры в очаге воспламенения. При этом мельчайшие капли топлива смешиваются с кислородом, испаряются и начинается процесс сгорания, т.е. самовоспламенение начинается без какого-либо источника зажигания.

Температура самовоспламенения зависит от химического состава ДТ, т.е. от содержания и строения углеводородов, входящих в его состав.

Время между началом впрыска и самовоспламенением называют периодом задержки самовоспламенения.

Весь этот период состоит из:

1) Из физической составляющей, т.е. из затраченного времени:

·   на распад топливной струи;

·   на образование мельчайших капель;

·   на их нагрев и испарение;

·   на смешивание их паров с кислородом воздуха.

2) Из химической составляющей, т.е. из затраченного времени:

·   на завершение предпламенных реакций;

·   на формирование очагов самовоспламенения.

Физическая составляющая задержки самовоспламенения зависит от конструктивных особенностей двигателя.

Химическая составляющая зависит от свойств применяемого дизельного топлива.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что период задержки самовоспламенения у разных топлив неодинаковый. Некоторые ДТ воспламеняются сразу после впрыска, а другие спустя некоторое время.

В первом случае, когда период задержки самовоспламенения небольшой, то в цилиндр двигателя поступает относительно небольшое количество топлива и сгорание происходит с постоянной скоростью и равномерным давлением образовавшихся газов над поршнем.

Парафиновые углеводороды (алканы) входящие в состав молекул ДТ будут менее устойчивы и поэтому они быстро распадаются и окисляются с образованием продуктов неполного окисления. Двигатель при сгорании такого топлива работает мягко и устойчиво, т.к. давление нарастает плавно.Но если этот период будет сокращаться, то это приводит к ухудшению процесса смесеобразования, и как следствие, к снижению мощности и экономичности двигателя.

Во втором случае, когда период задержки воспламенения больше первого, то в цилиндр успевает поступить большое количество топлива. И оно из-за создавшегося большого давления и температуры в цилиндре, воспламеняется с момента впрыска, т.е. в таком топливе обычно содержатся парафиновые углеводороды изомерного строения, а также ароматические углеводороды. Сгорание носит взрывной характер. Давление повышается мгновенно, скачкообразно, рывками. Это явление напоминает детонацию в бензиновых двигателях.

Такая работа дизельного двигателя называется жесткой, при которой поршень подвергается повышенному ударному воздействию. Механизмы двигателя изнашиваются, снижается его мощность и экономичность, падает КПД.

Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что период задержки самовоспламенения определяется характером предпламенных процессов окисления (окисей, альдегидов, кетонов). То есть, чем больше в топливовоздушной смеси накопиться продуктов окисления, тем меньше будет период задержки самовоспламенения.

Следовательно, для воспламенения дизельного топлива от сжатия без постороннего источника зажигания необходимо, чтобы температура от которой ДТ самовоспламеняется была бы ниже температуры, до которой нагревается сжатый в цилиндрах воздух (~ 500…550˚С).

Наиболее высокую температуру самовоспламенения имеют арены (~ 600˚С), а наиболее низкую – алканы (до 500˚С).

Поэтому для нормальной работы дизельного двигателя необходимо применять топлива с оптимальной длительностью периода задержки самовоспламенения.

2.3 Влияние различных факторов на воспламеняемость дизельных топлив.

Существенное влияние на улучшение смесеобразования и процесса сгорания оказывают способы приготовления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания. По способу приготовления рабочей смеси различают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразования. Каждому из этих способов присущи свои характерные особенности, для реализации которых требуются камеры сгорания с соответствующими конструктивными решениями. Существующие камеры сгорания дизелей по общности основных признаков их конструкции объединяют в две большие группы: неразделенные (одно-полостные) и разделенные (двух-полостные).

Неразделенные камеры сгорания (рис. 8.1, а) представляют собой объем, заключенный между днищем поршня, когда он находится в в. м. т., и плоскостью головки. Такие камеры называют также однополостными с объемным смесеобразованием, так как процесс смесеобразования основан на впрыскивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находящегося в объеме камеры сгорания дизеля. При этом для лучшего перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему заряду сообщают при впуске вращательное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных каналов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемой форсункой. Такой принцип смесеобразования используется в дизелях ЯМЗ и КамАЗ.

Рис. 8.1. Камеры сгорания дизелей: а—ЯМЭ-236; б—ЗИЛ-645; в—вихревого типа

В современных дизелях используется также пленочное смесеобразование, которое характеризуется тем, что большая часть впрыскиваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной камеры сгорания, на которых оно образует пленку, а затем испаряется, отнимая часть тепла от стенок.

Принципиальная разница между объемным и пленочным способами смесеобразования заключается в том , что в первом случае частицы распыленного топлива непосредственно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется и в парообразном состоянии перемешивается с воздухом при интенсивном вихревом движении его в камере.

Разновидностью указанных способов смесеобразования является объемно-пленочное смесеобразование, которое обладает свойствами как объемного, так и пленочного смесеобразования. Существенным преимуществом этого процесса является возможность создания многотопливных дизелей, позволяющих использовать наряду с дизельным топливом высокооктановые бензины и спиртовые (метаноловые) смеси. В отечественном автомобилестроении к таким двигателям можно отнести дизель ЗИЛ-645, у которого процесс смесеобразования происходит в объемной камере сгорания (рис. 8.1, б), расположенной в поршне 6 в виде наклонной цилиндрической выемки со сферическим дном. Вращение воздушного заряда в камере обеспечивается при помощи вих-реобразующего канала, создающего кольцевой вихрь, направления вращения которого показано стрелкой. Топливо в камеру сгорания впрыскивается из двухдырочного распылителя форсунки, расположенного в головке цилиндра. Пристеночная струя направлена вдоль образующей камеры сгорания, объемная струя пересекает внутренний объем камеры ближе к ее центру. Из-за пристеночной струи такой процесс часто называют объемным пристеночно-пленочным смесеобразованием. Этот процесс по сравнению с другими способами смесеобразования дает хорошую экономичность и обеспечивает более мягкую работу дизеля с плавным нарастанием давления в его цилиндрах, а также улучшает пусковые качества дизеля, снижая его дымность и токсичность отработавших газов.

Разделенные камеры сгорания состоят из двух объемов, соединенных между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, расположенного чаще всего в головке блока. Применяются в основном две группы разделенных, или двухполостных, камер: предкамеры и вихревые камеры. Дизели с такими камерами называют соответственно вихревыми и предкамерными .

В вихрекамерных дизелях (рис. 8.1, в) объем дополнительной камеры составляет 0,5 — 0,7 общего объема камеры сгорания. Основная и дополнительная камеры соединяются каналом, который располагается тангенциально к образующей дополнительной камере, в результате чего обеспечивается вихревое движение воздуха.

В дизелях с предкамерным смесеобразованием предкамера имеет цилиндрическую форму и соединяется прямым каналом с основной камерой, расположенной в днище поршня. В результате частичного воспламенения топлива в момент его впрыскивания в предкамере создается высокая температура и давление, способствующие более эффективному смесеобразованию и сгоранию топлива в основной камере.

Современные быстроходные вихре- и предкамерные дизели имеют достаточно высокие мощностные показатели при сравнительно высокой степени сжатия. К их основным недостаткам следует отнести увеличенный расход топлива по сравнению с дизелями с неразделенными камерами и затрудненный пуск двигателя, что вызывает применение специальных пусковых устройств.

2.4   Цетановое число дизельного топлива

Склонность дизельного топлива к самовоспламенению характеризуется величиной цетанового числа. В топливе присутствуют два углеводорода: цетан C16H34, α-метилнафталин C16H7CH. Самовоспламеняемость первого углеводорода – цетана – условно принята за 100 ед., а второго – за 0 ед. Смешивая их, можно получить смесь с самовоспламеняемостью от 0 до 100 ед.

Таким образом, цетановое число – это условный показатель самовоспламеняемости дизельного топлива, равный процентному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которая имеет период задержки самовоспламенения, как и испытуемый образец.

Оптимальное цетановое число ДТ находится в интервале 40…50. Если применять топливо с цетановым числом менее 40, то двигатель будет работать жестко.Если применять топливо с цетановым числом более 50, то это приведет к увеличению удельного расхода топлива и оно будет сгорать не полностью.

Для работы дизельных двигателей в нормальном режиме требуется топливо, у которого цетановые числа будут: летом – не менее 45 (если будет ниже, то будет жесткая работа двигателя); зимой – 50.

Если летом использовать топливо с цетановым числом выше 45, то двигатель будет работать мягко.Если использовать ДТ с цетановым числом выше 60, то такое топливо будет нерентабельным, т.к. жесткость работы двигателя будет изменяться незначительно, но удельный расход топлива возрастет. Это объясняется тем, что при повышении цетанового числа выше 55, период задержки самовоспламенения будет настолько коротким, что топливо воспламениться вблизи впрыска из форсунки. Оно не успеет перемешаться с воздухом, и часть воздуха, находящегося дальше от места впрыска не будет участвовать в процессе сгорания. В результате топливо сгорит не полностью и экономичность двигателя понизится.

Для того, чтобы ДТ всегда обеспечивало бы необходимую самовоспламеняемость, поэтому возникает необходимость в повышении цетанового числа.

Для этого существуют два метода:

1) изменение химического  состава топлива, т.е. одновременное  увеличение концентрации нормальных  парафинов (алканов) СnН2n+2 и уменьшение ароматических углеводородов (аренов) CnH2n-6;