Сафонов А. С., Ушаков А. И., Гришин В. В.
ХИММОТОЛОГИЯ
ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Эффективность энергообразования, смазки, охлаждения.
Качество топлив, моторных масел, охлаждающих жидкостей

нпикц
Санкт-Петербург
2007
УДК 621.892
Книга издана при финансовой поддержке ЗАО «ВСК-РЕСУРС», г. Москва
Рецензент: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации Б. А. Ногин.
Химмотология горюче-смазочных материалов. Сафонов А. С., Ушаков А. И., Гришин В. В. НПИКЦ, 2007. -488 с.
ISBN5-902253-07-1
Научно-техническое издание
Содержит химмотологические основы энергообразования, смазки и охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), определяющие эксплуатационные свойства топлив, моторных масел и охлаждающих жидкостей и технические требования к ним.
Книга может быть использована в качестве учебного и справочного пособия при подготовке специалистов, связанных с разработкой и модернизацией горюче-смазочных материалов, эксплуатацией ДВС и нефтепродуктообеспечением.
ХИММОТОЛОГИЯ ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Сафонов Алексей Семенович, Ушаков Алексей Иванович, Гришин Валерий Витальевич
Подписано в печать 31.05.2007. Формат 70xl00'/it.
Печать офсетная. Печ. л. 30,5.
Гарнитура Times. Тираж 5000 экз. Заказ № 2029.
Отпечатано в ОАО «Издательско-полиграфическое предприятие «Искусство России»
198099, Санкт-Петербург, ул. Промышленная. 38. корп. 2.
© А. С. Сафонов, доктор технических наук, профессор, 2007
© А. И. Ушаков, доктор технических наук, 2007
© В. В. Гришин, 2007
© Оформление ООО “НПИКЦ”, 2007
Оглавление
Предисловие............................................................................7
Глава 1. Химмотология..................................................................8
1.1.	Предмет и задачи химмотологии.....................................................8
1.2.	Основные понятия химмотологии................................................... 10
1.3.	Модель хи.ммотологической системы поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС). 16
Часть 1. Химмотология топлив
Глава 2. Система эиергообразования поршневого ДВС.....................................19
2.1.	Рабочие и термодинамические циклы двигателя..................................... 19
2.1.1.	Рабочие циклы.............................................................. 19
2.1.2.	Термодинамический цикл......................................................25
2.2.	Эффективность энергообразования..................................................27
2.3.	Конструкционные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе.33
2.3.1.	Степень сжатия..............................................................33
2.3.2.	Камера сгорания.............................................................34
2.4.	Эксплуатационные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе.40
2.4.1.	Режимы работы...............................................................40
2.4.2.	Скоростные характеристики...................................................41
2.4.3.	Нагрузочные характеристики..................................................46
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив................50
3.1.	Классификация химмотологических процессов и эксплуатационных свойств топлив......50
3.2.	Испарение топлива и смесеобразование в двигателе.................................52
3.2.1.	Испарение...................................................................52
3.2.2.	Смесеобразование............................................................56
3.2.3.	Наддув......................................................................69
3.3.	Испаряемость топлив...............................................................71
3.3.1.	Теплофизические характеристики топлив.......................................72
3.3.2.	Стандартные показатели испаряемости.........................................73
3.4.	Воспламенение и сгорание топлив...................................................81
3.4.1.	Механизм воспламенения и сгорания углеводородных топлив.....................81
3.4.2.	Воспламенение и сгорание в бензиновом двигателе.............................88
3.4.3.	Воспламенение и сгорание в дизеле...........................................96
3.5.	Воспламеняемость топлив........................................................ 101
3.5.1.	Показатели воспламеняемости............................................... 101
3.6.	Горючесть топлив............................................................... 104
3.6.1.	Энергетические свойства топлив ........................................... 104
3.6.2.	Детонационная стойкость бензина........................................... 109
3.6.3.	Эффективность сгорания дизельных топлив................................... 112
3.7.	Образование отложений.......................................................... 120
3.7.1.	Виды отложений в двигателе................................................ 120
3.7.2.	Механизм образования отложений............................................ 123
3.8.	Склонность топлив к образованию отложений...................................... 126
3.8.1.	Склонность бензинов к образованию отложений............................... 126
3.8.2.	Склонность дизельных топлив к образованию отложений....................... 130
3.9.	Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)....................... 136
3.9.1.	Состав ОГ....................................................................136
3.9.2.	Механизм образования токсических выбросов.................................... 139
3.9.3.	Способы снижения токсических выбросов..................................... 143
3.9.4.	Показатели экологической безопасности двигателей.......................... 151
3.9.5.	Токсические свойства нефтяных топлив....................................... 156
3.10.	Взаимодействие топлив с конструкционными материалами........................... 157
3.10.1.	Коррозия металлов и коррозионная активность топлив........................ 157
3.10.2.	Пассивация металлов и защитные свойства топлив............................ 163
3.10.3.	Методы оценки коррозионной активности и защитные свойства топлив.......... 166
3.11.	Процессы подачи топлива......................................................... 168
3.11.1.	Закономерности процессов..................................................... 168
3.11.2.	Прокачиваемость бензинов.................................................. 173
3.11.3.	Прокачиваемость дизельных топлив........................................... 175
3.12.	Смазывающая способность и противоизносные свойства топлив...................... 178
Глава 4. Бензины......................................................................184
4.1.	Компонентный состав............................................................. 184
4.2.	Присадки........................................................................ 196
4.2.1.	Антидетонаторы............................................................. 197
4.2.2.	Антиокислители............................................................. 198
4.2.3.	Моющие присадки.............................................................201
4.3.	Требования к качеству бензинов...................................................202
4.3.1.	Требования к качеству неэтилированного бензина по Европейскому стандарту....202
4.3.2.	Требования Всемирной Хартии производителей топлива к качеству неэтилированного бензина............................................................................206
4.3.3.	Ассортимент автомобильных бензинов Российского производства и нормативные документы..........................................................................216
4.3.4.	Бензины автомобильные. Общие технические требования по ГОСТ Р51313-99.......219
4.3.5.	Неэтилированные бензины поГОСТ Р51105-97.................................... 220
4.3.6.	Бензины неэтилированные высшего качества. Премиум Евро-95, Супер-Евро-98 и обыкновенного качества марки регуляр Евро-92 по ГОСТ Р 51866-2002................. 227
4.3.7.	Бензин автомобильные неэтилированный по ГОСТ 2084-77........................232
Глава 5. Дизельное топливо............................................................234
5.1.	Компонентный состав..............................................................234
5.2.	Присадки.........................................................................237
5.3.	Требования к качеству дизельного топлива.........................................243
5.3.1.	Требования к качеству по Европейскому стандарту EN 590-1999 ............... 243
5.3.2.	Требования Всемирной Хартии производителей топлива к качеству дизельного топлива.. 245
5.3.3.	Топливо для быстроходных дизелей и газотурбинных двигателей по ГОСТ 305-82. 252
5.3.4.	Топливо дизельное автомобильное по ТУ 38.401-58-296-2001 (EN-590).......... 254
5.3.5.	Дизельное экспортное топливо по ТУ 38.401-58-110-94.........................254
5.3.6.	Зимнее дизельное топливо с депрессорными присадками по ТУ 38.101889081 и ТУ 38.401-58-36-01 ............................................................... 254
5.3.7.	Экологически чистое дизельное топливо по ТУ 38.1011348-99...................256
5.3.8.	Дизельное топливо с улучшенными экологическими характеристиками (городское) по
ТУ 38.401-58-170-96 ............................................................... 257
5.3.9.	Дизельное топливо из газовых конденсатов....................................258
5.3.10.	Топливо утяжеленного и расширенного фракционного состава УФС и РФС.........260
Часть 2. Химмотология моторных масел
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства моторных масел.......264
6.1.	Назначение .моторных масел......................................................264
6.2.	Общая характеристика системы смазки двигателя...................................264
6.2.1.	Схемы смазки...............................................................264
6.2.2.	Агрегаты и узлы смазки.....................................................267
6.2.3.	Условия работы моторных масел..............................................271
6.3.	Химмотологические процессы смазки и износа двигателя..........................274
6.3.1.	Основные понятия о трении и износе.......................................274
6.3.2.	Закономерности процессов смазки и износа.................................277
6.3.3.	Смазка подшипников скольжения............................................282
6.4.	Эксплуатационные свойства моторных масел, определяющие эффективность смазки......286
6.4.1.	Вязкость.................................................................286
6.4.2.	Смазывающая способность..................................................292
6.5.	Химмотологические процессы “старения” и эксплуатационные свойства моторных масел.296
6.5.1.	Причины старения моторных масел..........................................296
6.5.2.	Окисление. Стабильность к окислению и склонность к образованию отложений....297
6.5.3.	Характеристики изменения физико-химических свойств масел.................299
6.5.4.	Продукты окисления и их влияние на характеристики качества...............301
6.5.5.	Моющие свойства..........................................................302
6.5.6.	Коррозия. Коррозионная и защитная способность............................304
6.5.7.	Испарение. Испаряемость. Летучесть. Пожароопасность......................306
6.5.8.	Прокачиваемость...........................................,..............307
6.5.9.	Совместимость с материалами..............................................309
6.5.10.	Совместимость масел.................................................... 310
6.5.11.	Биологическая разлагаемость.............................................311
6.6.	Общие требования к эксплуатационным свойствам моторных масел.....................312
Глава 7. Состав моторных масел.....................................................313
7.1.	Базовые масла минеральные.....................................................313
7.2.	Базовые масла синтетические...................................................320
7.3.	Присадки......................................................................323
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел......................328
8.1.	Классификация масел по вязкости.............................................. 328
8.2.	Классификация моторных масел по назначению и уровню качества..................331
8.2.1.	Зарубежные классификации.................................................331
•	ASEA......................................................................331
•	API.......................................................................334
•	ILSAC.....................................................................343
•	JASO......................................................................344
•	Спецификации Производителей автомобилей...................................344
8.2.2.	Российские классификации.................................................352
•	Классификация моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 ......................... 352
•	Общие технические требования к автотракторным моторным маслам по ГОСТ Р 51634-2000........................................................... 355
•	Классификация и технические требования к моторным маслам автомобильных инженеров РФ СТО ААИ 003-98 ................................................ 356
•	Классификация и технические требования к моторным маслам автомобильных двигателей ВАЗ РД 3148.37.101-001-2000...................................... 362
•	Технические требования к моторным маслам для двигателей автомобилей КамАЗ РД 37.104.17-004-96..........................................................366
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел......................................370
9.1.	Зарубежные моторные масла.....................................................370
9.1.1.	Масла для бензиновых двигателей..........................................370
9.1.2.	Масла для дизельных двигателей...........................................371
9.1.3.	Масла для смешанного автопарка.......................................... 374
9.1.4.	Тракторные масла.........................................................375
9.1.5.	Масла для двухтактных бензиновых двигателей..............................376
9.2.	Моторные масла российских производителей..................................... 381
9.2.1.	Масла для бензиновых двигателей..........................................381
9.2.2.	Масла для дизельных двигателей...........................................383
9.2.3.	Масла для автомобильных двигателей ВАЗ.................................. 386
9.2.4.	Масла для автомобильных двигателей КамАЗ.................................388
9.2.5.	Масла для применения в г. Москве.........................................390
9.3.	Комплексы методов квалификационной оценки моторных масел..................... 393
Часть 3. Химмотология охлаждающих жидкостей
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС.......................................398
10.1.	Общая характеристика системы охлаждения......................................398
10.1.1.	Назначение и устройство системы.........................................398
10.1.2.	Характеристика процесса теплообмена.....................................403
10.1.3.	Тепловой баланс и тепловая напряженность двигателя......................408
Глава 11. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства охлаждающих жидкостей..........................................................................415
11.1.	Классификация эксплуатационных свойств.......................................415
11.2.	Эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости...............................415
11.2.1.	Охлаждающая способность.................................................415
11.2.2.	Прокачиваемость.........................................................419
11.2.3.	Совместимость с материалами.............................................423
11.2.4.	Вспепиваемость..........................................................427
11.2.5.	Сохраняемость...........................................................427
11.2.6.	Токсичность.............................................................428
11.2.7.	Пожароопасность.........................................................428
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей...........429
12.1.	Вола как охлаждающая жидкость................................................429
12.2.	Низкозамерзающие водные растворы гликолей, глицерина и одноатомных спиртов...435
12.3.	Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе...................442
12.3.1.	Охлаждающая низкозамерзающая жидкость ОЖ-К, ОЖ-65, ОЖ-40 по
ГОСТ 82084-89...................................................................442
12.3.2.	Антифриз “Тосол-AM” и автожидкости охлаждающие по ТУ 6-57-95-96........ 444
12.3.3.	Антифризы “Тосол АЛОМ”, “Тосол А-65М” и концентрат Тосола 90 % по
ТУ 2422-183-45076124-98.........................................................447
12.3.4.	Охлаждающая жидкость ОЖ по ТУ 6-01-7-136-8..............................448
12.3.5.	Жидкость охлаждающая “Тосол-С” по ТУ 6-15-170892........................450
12.3.6.	Жидкости охлаждающие низкозамерзающие ОЖ-К “Лена”, ОЖ-40 “Лена”, ОЖ-65 “Лена” по ТУ 113-07-02-88.................................................451
12.3.7.	Британская охлаждающая жидкость по стандарту BS 6580: 1992..............452
12.3.8.	Американская охлаждающая жидкость на базе этиленгликоля для автомобильных двигателей и легкой техники по стандарту D 3306-94..............................454
12.3.9.	Французская охлаждающая жидкость HF по стандарту R 15601-1991 ........ 456
12.3.10.	Другие охлаждающие жидкости...........................................457
12.3.11.	Изменение и восстановление качества этиленгликолевых охлаждающих жидкостей.......................................................................458
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих жидкостей.................................. 461
13.1. Комплекс методов квалификационной оценки жидкостей охлаждающих низкозамерзающих и жидкостей на водной основе.......................................................461
13.2. Методы испытаний.............................................................463
Литература.......................................................................  486
Предисловие
Книга предназначена для подготовки специалистов, профессиональная деятельность которых связана с разработкой и применением горюче-смазочных материалов и специальных жидкостей (ГСМ) в технике и эксплуатацией ДВС.
Авторы рассматривают вопросы химмотологической надежности поршневого двигателя внутреннего сгорания - способности сохранять работоспособное состояние и эксплуатационные показатели в зависимости от уровня качества топлива, моторного масла и охлаждающей жидкости, т. е. от степени соответствия их физико-химических свойств требованиям двигателя. Химмотологическую надежность техники представляют через функционирование системы “техника - ГСМ - эксплуатация”, а эксплуатационное свойство выражают как результат или особенность протекающих в системе химмотологических процессов.
Химмотология топлив, моторных масел и охлаждающих жидкостей для ДВС описана через процессы функционирования систем энергообразования, смазки и охлаждения. Путем анализа взаимосвязи между показателями физико-химических свойств топлива, моторного масла и охлаждающей жидкости и показателями, характеризующими работу дви гателя, определены требования к соответствующим эксплуатационным свойствам. В соответствии с этим книга состоит из трех частей.
При написании книги использованы научные разработки и публикации 25 Гос НИИ Химмотологии, Гос. университета нефти и газа им. Губкина, ВНИИ НП, а также опыт преподавания в военной академии тыла и транспорта при подготовке специалистов службы горючего Вооруженных Сил.
Авторы выражают благодарность заслуженным деятелям науки РФ профессору, д. т. н. Азеву В. С. и д. т. н., профессору Бурячко В. Р. за предоставленные материалы для написания книги, и д. т. н., профессору Ногину В. А. за рецензирование книги.
Также авторы выражают благодарность за помощь в издании книги Москаленко С. В. и Макармыжину М. И.
Глава 1. Химмотология
8
ГЛАВА 1. ХИММОТОЛОГИЯ
1.1.	Предмет и задачи химмотологии
Понятие “Химмотология” впервые предложил в 1964 году видный российский ученый, профессор Папок К. К. взамен “применение горючих и смазочных материалов” (ГСМ). Слово образовано от трех сокращений:
•	химия (chetnia - наука о веществе, греч.)
•	мотор (motor - двигатель, лат.)
•	логия (logos - учение, греч.)
Химмотология, как научное направление, возникла для решения проблем теории и практики рационального и эффективного использования в технике топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей. Это направление развивается на стыке таких наук, как органическая, неорганическая, физическая и коллоидная химии, нефтехимия, физика, химическая физика, машиноведение, теплотехника, экономика, экология и опирается на их теоретический фундамент.
Теоретической основой химмотологии является наука об окислении углеводородов, испарении и горении топлив, поверхностных явлениях, трении, износе и коррозии металлов в двигателях и механизмах.
Главный предмет изучения химмотологии-эксплуатационные свойства топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей, обеспечивающие эффективную эксплуатацию техники.
Методологической основой химмотологии являются методы квалификационной оценки эксплуатационных свойств ГСМ и контроля качества.
Метод исследования - системный анализ, моделирование и декомпозиция сложных систем.
Химмотология формулирует требования к уровню качества горюче-смазочных материалов и специальных жидкостей в зависимости от конструкции и условий эксплуатации техники с учетом обеспеченности сырьевой и производственной базой, требований экономики и экологии.
Химмотология играет роль координирующего и связующего звена при конструировании, изготовлении и эксплуатации техники и разработки и производства горючесмазочных материалов (рис. 1.1).
Она учитывает интересы нефтеперерабатывающей, химической, машиностроительной и других остраслей промышленности. Поэтому химмотологические проблемы являются комплексными и сложными с учетом возросших объемов потребления ГСМ, ужесточением требований к их эксплуатационным свойствам и экологической безопасности.
1.1. Предмет и задачи химмотологии
9
Рис. 1.1. Место химмотологии в решении общих научно-технических задач.
Основная задача химмотологии - установление устойчивых количественных связей между качеством ГСМ и надежностью техники. Эти связи реализуются в форме оценки степени достаточности качества ГСМ для обеспечения требуемой эффективности и заданных технических характеристик машин и механизмов путем регламентирования необходимого уровня качества ГСМ, исключающего сбои в работе техники и определения возможных негативных последствий при снижении уровня качества ниже допустимого.
Научные задачи:
•	разработка способов улучшения эксплуатационных свойств горюче-смазочных материалов и специальных жидкостей;
•	оптимизация требований к уровню качества;
•	совершенствование методов оценки и контроля качества;
Практические задачи:
•	обеспечение надежной и экономичной эксплуатации техники;
•	унификация применяемого ассортимента ГСМ;
•	снижение удельных норм расхода;
•	расширение ресурсов за счет использования альтернативного сырья;
•	сокращение сроков испытаний и внедрения новых сортов ГСМ с улучшенными эксплутационными свойствами.
Приоритетные задачи:
•	создание ГСМ с улучшенными эксплуатационными свойствами;
•	оптимизация уровня эксплуатационных свойств с учетом запасов источников энергии, перспектив развития техники, экологических и экономических требований;
•	совершенствование методов квалификационных испытаний и гармонизация отечественных стандартов с зарубежными;
•	разработка рекомендаций по унификации, экономному расходованию и
взаимозаменяемости.
Гпава 1. Химмотология
10
1.2.	Основные понятия химмотологии
Химмотологическая система.
Любая система представляет собой комплекс взаимосвязанных элементов, свойств, отношений, характеризующихся определенным функциональным предназначением, структурой, организацией и связями с другими системами. Каждая система имеет свою структуру и организацию в зависимости от цели функционирования. Элемент системы указывает на качественную определенность и относительную самостоятельность реальных объектов. Структура-упорядоченность элементов в системе, которая характеризует внутреннее ее устройство, состав, отношение пропорций, закон связи элементов, их взаимодействие. Организация отражает порядок расположения элементов в системе и процессы функционирования.
Система рассматривает способы и организацию работы при решении определенной проблемы или задачи.
В основе системы лежит конкретный исследуемый процесс, а структура системы задает общие рамки решаемой задачи и основные ее условия.
Химмотологическая система представляет собой комплекс взаимосвязанных элементов “техника - эксплуатация - ГСМ”, между которыми протекают процессы, определеяющие эффективность функционирования системы.
Модель универсальной системы показана на рис. 1.2.
Элементы системы:
техника-двигатели, оборудование, механизмы, технические средства хранения, транспортирования, заправки, испытаний, контроля качества и др.;
ГСМ-топлива, смазочные материалы и специальные жидкости, применяемые в процессе эксплуатации, изготовления и испытаний;
Эксплуатация - процесс систематического использования ГСМ и техники в соответствии их функционального предназначения и достижения максимальной эффективности.
Рис. 1.2. Универсальная модель 3-х звенной химмотологической системы.
1.2. Основные понятия химмотологии
II
Внутренние связи между элементами системы:
Требования техники к качеству ГСМ: соответствие уровня эксплуатационных свойств ГСМ конструкции техники, принципам ее работы и предназначению.
Требования ГСМ к конструкции техники, соответствие параметров конструкции техники уровню эксплуатационных свойств ГСМ согласно их функциональному предназначению.
Требования эксплуатации к конструкции техники-, соответствие параметров техники условиям ее эксплуатации согласно установленным нормам и ограничениям.
Требования эксплуатации к качеству ГСМ. соответствие уровня эксплуатационных свойств ГСМ нормам и ограничениям, установленным для техники по условиям ее эксплуатации.
Влияние качества ГСМ на эффективность эксплуатации техники проявляется через параметры ее надежности, сохраняемости и экологической безопасности, в соответствии с установленными эксплуатационными нормами и ограничениями.
Влияние качества техники на эффективность эксплуатации проявляются через параметры надежности, сохраняемости и экологической безопасности техники, в соответствии с установленными эксплуатационными нормами и ограничениями.
Глобальная цель функционирования химмотологической системы состоит в обеспечении рационального применения топлива, масел, смазок и специальных жидкостей в технике.
Химмотологическая система, используя методы системного анализа, позволяет решать проблемы качества ГСМ и обеспечения химмотологической надежности техники. Для этого универсальная модель системы должна быть адаптирована для решения конкретной проблемы или задачи.
Качество.
Существуют различные категории качества:
Философская категория выражает объективную всеобщую характеристику предмета в совокупности всех его свойств, обусловливает его различие или общность с другими предметами.
Техническая категория охватывает только те свойства, которые связаны с возможностью удовлетворения определенных технических требований.
Технико-экономическая категория включает свойства, которые связаны с возможностью удовлетворения продукцией определенных общественных или личных потребностей в соответствии с ее предназначением.
Качество ГСМ - совокупность свойств, обеспечивающих возможность выполнения техникой заданных функций в течение установленного ресурса с сохранением эксплуатационных показателей в требуемых пределах.
Термин употребляют когда:
•	отождествляют качество с главным свойством;
•	выражают соответствие или несоответствие качества продукции установленным требованиям;
•	определяют качество через “комплекс” отдельных полезных свойств.
Глава 1. Химмотология
12
Свойство - объективная особенность продукции, которая может проявляться при ее создании, эксплуатации или потреблении.
Свойство выражает отличительный признак качества продукции, ее особенность. Всякое свойство относительно. Оно не существует вне отношений с другими свойствами. Свойство выражает такую сторону предмета, которая обусловливает его различие или общность с другими предметами и обнаруживается в его отношении к ним.
Свойства горюче-смазочных материалов и специальных жидкостей проявляются в процессах создания, производства, испытания, хранения, транспортирования и применения в технике. Выделяют физико-химические и эксплуатационные.
Физико-химические свойства оценивают показателями физических, химических, электрофизических, спектральных и др. свойств, измеряемыми в стандартных условиях испытаний (плотность, вязкость, давление насыщенных паров, электродный потенциал, молекулярная масса, поверхностное натяжение и др.).
Эксплуатационные свойства проявляются в процессе эксплуатации, производства, испытания, транспортирования ГСМ, как особенности или результат химмотологического процесса.
Химмотологический процесс - совокупность взаимосвязанных и упорядоченных по времени физико-химических процессов превращения ГСМ, протекающих под воздействием внутренних и внешних факторов химмотологической системы и приводящих к изменению ее параметров.
Внутренние факторы:
•	конструкционные: принцип работы, устройство, параметры конструкции и рабочих процессов техники;
•	эксплуатационные: параметры техники и условий эксплуатации;
Внешние факторы:
•	характеристики окружающей среды: температура, давление, влажность, запыленность атмосферы и др. внешних воздействий.
Взаимосвязь факторов, определяющих химмотологические процессы и эксплуатационные свойства ГСМ показана на рис. 1.3.
Процесс (от латинского “продвижение”) - последовательная смена явлений в развитии чего-нибудь, либо совокупность последовательных действий в достижении каких-либо результатов.
Разновидностью процесса является эксплуатация техники.
Фактор (от латинского “делающий”, “производящий”) означает причину или движущую силу процесса, определяющую его характеристики. Эксплуатационный фактор относят к процессу эксплуатации.
Химмотологические процессы являются сложными и состоят из взаимосвязанных и упорядоченных по времени физических, химических и физико-химических процессов. Например, горение топлива в ДВС включает в себя процессы испарения, окисления, термического разложения углеводородов, тепло- и массопереноса.
Одни и те же физико-химические превращения ГСМ могут входить в разные химмотологические процессы. Например, окисление углеводородов лежит в основе
1.2. Основные понятия химмотологии
13
Рис. 1.3. Взаимосвязь элементов химмото.тогической системы в формировании эксплуатационных свойств ГСМ.
процессов воспламенения, горения, образования отложений, коррозии, изменения качества.
Каждое свойство измеряют количественно абсолютными и относительными показателями качества.
Показатель качества продукции -количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания, эксплуатации или потребления, определяемая в абсолютных или относительных величинах.
При относительной оценке сопоставляют значение некоторого показателя качества с показателем эталона.
При оценке качества продукции используют три группы количественных показателей: единичные, комплексные и интегральные. Единичные показатели характеризуют какое-то одно свойство, комплексные характеризуют различные, но взаимосвязанные свойства и включают несколько единичных показателей. Интегральный показатель качества отражает соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации продукции к суммарным затратам на ее создание, эксплуатацию или потребление.
Свойства и показатели качества представляют по уровням в соответствии со степенью их сложности. На каждом уровне качества располагают однотипные по физико-химической сущности и степени сложности свойства и показатели качества (рис. 1.4, рис. 1.5):
Глава 1. Химмотология
14
Уровень качества	Степень сложности	
	Свойства	Показатели качества
Нулевой (К(|) Первый (К,) Второй (К,) Третий (К,)	Совокупность всех эксплуатационных свойств Эксплуатационные Физико-химические Элементарные (простые)	Интегральные Комплексные Комплексные и единичные Единичные
Рис. 1.4. Представление качества ГСМ по степени сложности свойств и показателей качества.
снижение сложности показателя и свойства
снижение весомости показателя
о
п
------	0 уровень
1	Интегральный
______j	показатель П®
-ий
3 уровень
Единичные показатели П
Рис. 1.5. Иерархическая структура показателей качества: П - показатель качества;
О, 1,2, 3,к - номер показателя в ранжированном ряду:
1, 2, 3, ..., 1 - номер уровня в иерархической структуре.
Свойства и показатели низшего уровня являются составной частью комплексного
показателя качества.
Комплексный показатель качества выражают функцией:
Л' = /(Л2; Л2;...; П2) .
Для аддитивной модели комплексный показатель качества может быть рассчитан по формуле:
=Х п'Га„ к
где ак— коэффициент весомости показателя качества низшего уровня в высшем.
Комплексный показатель качества определить трудно, т.к. часто неизвестны аналитические выражения, количественно описывающие внутренние взаимосвязи разных по своей природе процессов и явлений.
1.2. Основные понятия химмотологии
15
Оценка взаимного влияния отдельных свойств на общий уровень качества -одна из наиболее сложных областей химмотологии. Часто улучшение одного свойства ухудшает другое. Например, низкокипящие компоненты в бензине улучшают пусковые свойства двигателя, но увеличивают склонность бензина к образованию паровых пробок в топливной системе; гидроочистка дизельных топлив снижает их коррозионную агрессивность, но ухудшает противоизносные и защитные свойства. В таких случаях устанавливают оптимальные соотношения между различными свойствами.
При оптимизации свойств и оценке качества ГСМ употребляют следующие характеристики.
Коэффициент весомости - количественная характеристика значимости данного показателя качества продукции среди других показателей.
Регламентированное значение —показатель, установленный нормативной документацией.
Номинальное значение - регламентированный показатель, от которого отсчитывают допустимое отклонение.
Предельное значение - наибольший или наименьший регламентированный показатель.
Оптимальное значение -показатель, при котором достигается наибольший эффект от эксплуатации или потребления продукции при заданных затратах, либо заданный эффект при наименьших затратах, либо наибольшее отношение эффекта к затратам.
Допускаемое отклонение - отклонение фактического показателя от номинального значения, находящегося в пределах, установленных нормативной документацией.
Основное требование к показателям качества ГСМ - сопоставимость с соответствующими показателями эффективности техники и их прикладная направленность.
Уровень качества продукции-относительная характеристика качества, основанная на сравнении показателей качества оцениваемой продукции с базовыми значениями соответствующих показателей.
Под уровнем качества ГСМ понимают количественную оценку степени удовлетворения требований.
С позиций экономики, под оптимальным уровнем качества понимают такой уровень, при котором достигается максимальное удовлетворение требований потребителя при минимальных затратах общественного труда.
Термин "уровень” относят не только для всей совокупности свойств, входящих в понятие “качество ГСМ”, но и для каждого свойства в отдельности. Наиболее важный показатель используют при маркировке продукции. Например, детонационную стойкость бензинов, как важнейший показатель качества отражают в марках бензинов в виде цифр, характеризующих октановое число. Для дизельных топлив важное значение имеют низкотемпературные свойства. Поэтому в зависимости от температуры застывания и помутнения топливо называют летним, зимним или арктическим.
Уровень свойств ГСМ формируют с учетом:
*	требований потребителей;
•	технических возможностей и затрат производства;
Гпава 1. Химмотология
16
•	экономического эффекта от использования;
•	взаимного влияния отдельных эксплуатационных свойств.
Экономический эффект от повышения качества ГСМ определяет эффективные направления дальнейшего технического прогресса как в нефтеперерабатывающей промышленности, так и в машиностроении.
Использование ГСМ с необоснованным запасом качества приводит к нерациональным расходам, а с качеством, не отвечающим требованиям эксплуатации, — к снижению надежности и долговечности техники.
Химмотологическая надежность техники - способность техники сохранять работоспособное состояние и эксплуатационные показатели в установленных пределах в течение требуемого промежутка времени или наработки при эксплуатации на горючесмазочных материалах с предельно допустимым уровнем качества.
Такое определение следует из понятия надежность техники - как способность выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или наработки.
Химмотологическую надежность техники оценивают только в зависимости от уровня качества ГСМ и их эксплуатационных свойств.
Некоторые сопоставимые понятия для техники и ГСМ:
Техника	ГСМ
Эксплуатация Эффективность эксплуатации Долговечность Безотказность Сохраняемость Контроль надежности	Применение Эффективность применения Гарантийные сроки хранения Гарантированное применение Требуемый уровень эксплуатационных свойств Контроль качества
1.3. Модель химматологической системы поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС)
Для сложных систем обобщенная модель отображает взаимосвязи реальной ситуации и является технической основой системного анализа среди совокупности методологических средств, используемых для обоснования решений по сложным проблемам.
Проблема химмотологической надежности двигателя отображает взаимосвязь между качеством ГСМ и эффективностью двигателя.
Эффективность ДВС зависит от функционирования трех его систем: топливной, масляной и охлаждающей, а химмотологическая надежность - от уровня эксплуатационных свойств топлива моторного масла, охлаждающей жидкости и степени соответствия их установленным требованиям.
Модель химмотологической системы ДВС (рис. 1.6), предлагаемая для последующего изучения, устанавливает связь между химмотологической надежностью двигателя и процессами энергообразования, смазки и охлаждения.
1.3. Модель химматологической системы поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС)
17


Рис. 1.6. Структурная модель химматологической системы поршневого двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением.
Модель выделяет топливо, моторное масло и охлаждающую жидкость как самостоятельные элементы в трехзвенных системах. Каждая система может быть проанализирована отдельно с целью установления требований к качеству топлива, моторного масла и охлаждающей жидкости.
Система энергообразования двигателя характеризуется термодинамическими и рабочими процессами тепловыделения и теплопотерь, в основе которых находятся
2 Заказ № 2029
Гпава 1. Химмотология
18
химмотологические процессы превращения топлива, определяющие его эксплуатационные свойства. Анализ этих процессов и факторов (движущих сил) позволяет установить требования к качеству топлив.
Система смазки двигателя характеризуется трибологическими процессами трения и износа, в основе которых находятся химмотологические процессы превращения моторного масла, определяющие его эксплутационные свойства. Требования к качеству моторного масла устанавливают на основе изучения факторов, влияющих на эффективность смазки и химмотологическую надежность двигателя.
Система охлаждения двигателя характеризуется теплофизическими процессами, эффективность которых зависит от конструкции двигателя, свойств охлаждающей жидкости и условий эксплуатации. Требования к качеству охлаждающих жидкостей устанавливают на основе изучения факторов, влияющих на эффективность охлаждения двигателя.
При обосновании требований к ГСМ, определяющих химмотологическую надежность двигателя, используют принцип иерархии - расположение процессов, свойств, характеристик по степени их сложности и сопоставление показателей качества ГСМ с соответствующими показателями эффективности ДВС.
2.1. Рабочие и термодинамические циклы
19
ЧАСТЬ 1.
ХИММОТОЛОГИЯ топлив
ГЛАВА 2.
СИСТЕМА ЭНЕРГООБРАЗОВАНИЯ ПОРШНЕВОГО ДВС
2.1. Рабочие и термодинамические циклы
2.1.1. Рабочие циклы
В основе преобразования теплоты в работу в поршневом двигателе лежит рабочий цикл. Это круговой процесс, состоящий из расширения и сжатия рабочего тела, периодически повторяющийся с определенной частотой. Рабочее тело -газообразный носитель, который подвергается нагреванию и, расширяясь, оказывает силовое воздействие на подвижные детали двигателя и выполняет работу.
Преобразование теплоты в работу происходит в результате изменения состояния рабочего тела, заключенного в рабочей полости переменного объема.
Рабочую полость двигателя (рис. 2.1) образует цилиндр, закрытый головкой и замыкаемый поршнем. Поршень шарнирно с помощью шатуна связан с кривошипом, образуя кривошипно-шатунный механизм, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение кривошипа. В течение каждого полуоборота кривошипа поршень перемещается между крайними верхними и нижними положениями, называемыми мертвыми точками (ВМТ и НМТ). Объем надпоршневой рабочей полости при этом изменяется от минимального до максимального. Максимальный объем К называют полный объем, а минимальный В - объем камеры сжатия. Разность этих объемов называют рабочим объемом Vh = К-И, который является количественной характеристикой размерности поршневого двигателя. Расстояние от ВМТ до НМТ называют ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу кривошипа.
Рабочий цикл, осуществляемый за четыре хода поршня называют четырехтактным, а процесс происходящий в течение одного хода называют тактом.
Впуск-такт, в течение которого рабочая полость наполняется горючей смесью. Процесс наполнения свежим зарядом осуществляется при движении поршня от ВМТ к НМТ. Начало впуска и окончание выпуска происходит при одновременно открытых выпускном и впускном клапанах. Этот период называю! перекрытием клапанов. Запаздывание закрытия выпускного клапана улучшает очистку цилиндра от отработавших газов за счет их инерции, несмотря на прекращение вытесняющего действия поршня.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
Рис. 2.1. Схема четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания:
1 - картер; 2 - поршень: 3 - впускной клапан;
4 - свеча зажигания: 5 - выпускной клапан;
6 - цилиндр; 7 - шатун; 8 - кривошип;
9 - поддон
Впускной клапан открывается до завершения выпуска за 20...30 град. П.К.В. до ВМТ. Поскольку давление в рабочей полости в этот период превышает давление во впускном трубопроводе, то свежий заряд в цилиндр не поступает. Раннее открытие впускного клапана улучшает наполнение цилиндра свежим зарядом. При малой частоте вращения коленчатого вала и раннем открытии впускного клапана отработавшие газы попадают в свежий заряд и могут привести к неустойчивой работе двигателя на холостом ходу. После “остановки” поршня в НМТ продолжается наполнение цилиндра свежим зарядом вследствие “инерции” потока.
Для максимального поступления свежего заряда после прохода поршнем НМТ (“дозарядка”) необходимо, чтобы впускной клапан оставался открытым до того момента, пока давление в цилиндре сравняется с давлением во впускной системе (50-65 град. П.К.В. после НМТ). Момент закрытия впускного клапана выбирается оптимальным в зависимости от скоростного режима работы двигателя.
Сжатие - такт в течение которого горючая смесь сжимается. Процесс сжатия происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Повышение температуры и давления при сжатии обеспечивает благоприятные условия для воспламенения и сгорания топлива. Температура Т и давление Р в конце такта сжатия зависят от степени сжатия £ и показателя политропы п (для ДВС п.= 1,36... 1,37)
Рс = Ра  £"' МПа / = /£"-'К, с а	3
где Р и Т - давление и температура заряда при положении поршня в НМТ.
Различают геометрическую и действительную степень сжатия.
Геометрическая степень сжатия равна отношению полного объема цилиндра К к объему камеры сжатия К
£= VIV.
2.1. Рабочие и термодинамические циклы
21
Действительная степень сжатия £ отношение полного объема цилиндра к объему в момент закрытия впускного клапана
3? = Га'/Г(,
В современных бензиновых двигателях степень сжатия ограничивают значениями 8,5... И для предотвращения детонационного сгорания. В дизелях степень сжатия выше 15...22 для обеспечения надежного самовоспламенения топлив.
Рабочий ход - такт, в течение которого поршень перемещается от ВМТ к НМТ при расширении газов в результате сгорания топлива. При этом внутренняя энергия продуктов сгорания преобразуется в работу. Расширение газов сопровождается подводом теплоты и повышением давления и температуры. Максимум давления Р_ достигает при 15...20 град, после ВМТ в двигателях с искровым зажиганием и 5... 10 град. - в дизелях. Максимальная температура рабочего тела достигает через 20...30 град, после ВМТ.
Давление и температура рабочего тела к концу расширения зависят от степени расширения. Чем больше степень расширения, тем большая часть внутренней энергии преобразуется в работу' и тем ниже температура и давление в момент открытия выпускных клапанов.
Выпуск - такт, в течение которого поршень перемещается от НМТ к ВМТ и очищает рабочую полость от отработавших газов.
Процесс выпуска начинается с момента открытия впускного клапана за 50.. .60 град, до НМТ. Продукты сгорания обладают высокой потенциальной энергией и истекают через щель между клапаном и седлом со скоростью звука. Фазу, когда газы покидают рабочую полость под действием собственного давления, до момента прихода поршня в НМТ называют свободным выпуском. В течение свободного выпуска из цилиндра выходит до 50.. .60 % продуктов сгорания. При падении внутрицилиндрового давления уменьшается хвостовая часть работы расширения. Поэтому предварение выпуска выбирают оптимальным: достаточно большим, чтобы увеличить долю свободного выпуска, но не вызывающим чрезмерного сокращения работы расширения.
При движении поршня к ВМТ газы выталкиваются из надпоршневой полости через открытый выпускной клапан в выпускную систему. Это принудительный выпуск. Давление в цилиндре в ходе принудительного выпуска зависит от скорости поршня, соотношения площади поршня и площади открытого сечения клапана и на 0,01.. .0,015 МПа превышает давление в выпускном трубопроводе.
Процессы газообмена. В четырехтактных двигателях процессы газообмена протекают за два хода поршня: при впуске и выпуске.
Процессы впуска и выпуска являются результатом сложного совместного действия кривошипно-шатунного механизма, обеспечивающего изменение объема рабочей полости, газораспределительного механизма, периодически и синхронно с работой КШМ сообщающую рабочую полость с впускной и выпускной системами.
Газообмен существенно зависит от моментов открытия и закрытия клапанов, которые выражают в углах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек и называют фазами газораспределения (рис. 2.2).
22
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
Рис. 2.2. Фазы газораспределения:
- опережение открытия ВП клапана; р, - запаздывание закрытия ВП клапана: <р}' - опережение открытия ВЫП клапана;
р' - запаздывание ВЫП клапана.
Качество газообмена оценивают коэффициентом наполнения, коэффициентом остаточных газов и величиной так называемых насосных потерь.
Коэффициент наполнения гу — отношение массы свежего заряда G3, действительно поступившего в рабочую полость двигателя G3, к теоретически возможному количеству G'h, для заполнения рабочего объем цилиндра Kh’ при давлении (р0) и температуре окружающей среды
Учитывая, что

Рб
RP0
кг,
где R - газовая постоянная, Дж/кг . К, коэффициент наполнения представляют в виде
_ е Ра Та 1
V е-1 Ро Pq 1 =Тг
где s - степень сжатия: ра, Г - давление и температура в конце наполнения; у-коэффициент остаточных газов.
Для современных двигателей коэффициент наполнения находится в пределах 0,8...0,9.
Коэффициент остаточных газов /г - отношение количества остаточных газов Gr к количеству свежего заряда G3
2.1. Рабочие и термодинамические циклы
23
Характеризует качество очистки цилиндра от отработавших газов. Масса остаточных газов равна объему камеры сжатия умноженному на плотность газов. Она уменьшается при высокой степени сжатия в дизелях, при высокой температуре и низком давлении в цилиндре в конце выпуска.
Для бензиновых двигателей угсоставляет 0,04...0,07, для дизелей 0,02...0,03 (при полной нагрузке).
Насосные потери характеризуют затраты работы на процессы газообмена - это работы выпуска и впуска газов Lmc. Графически насосные потери эквивалентны площади “насосной петли” - площади, ограниченной линиями впуска и выпуска в координатах Р - V(рис. 2.3).
Р
Рис. 2.3. Изменение внутрицилиндрового давления в процессах выпуска и наполнения.
Насосные потери тем больше, чем выше скоростной режим двигателя и больше аэродинамическое сопротивление впускного и выпускного тракта.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя с принудительным воспламенением (бензиновый двигатель)
Цикл состоит из четырех тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск (рис. 2.4). Топливо-воздушную смесь воспламеняют с помощью электрической свечи зажигания от импульса высокого напряжения (15-20 кВ) в такте сжатия. В результате воспламенения и быстрого сгорания температура рабочего тела повышается до 2500.. .2700 К, а давление в камере растет до 3-5 МПа.
При осуществлении рабочего цикла химическая энергия топливного заряда превращается в тепловую, а затем в энергию давления - продуктов сгорания, которые при расширении совершают работу.
Площадь под кривыми изменения давления от объема эквивалентна работе. Разность между работой расширения и работой сжатия составляет полезную работу цикла, которая называется индикаторной L, а диаграмма - индикаторной диаграммой (рис. 2.4).
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
Рис. 2.4. Рабочий цикл четырехтактного двигателя с принудительным воспламенением: га - впуск: ас' - сжатие; zb' - рабочий ход:
Ь'г - выпуск.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя с воспламенением от сжатия
(дизель)
Цикл отличается от бензинового двигателя способом воспламенения. Дизельные двигатели имеют большую степень сжатия, при которой высокая температура воздушного заряда обеспечивает надежное испарение и самовоспламенение тяжелого углеводородного топлива.
Рабочий цикл дизеля в виде индикаторной диаграммы (рис. 2.5) представляет собой графическую зависимость внутрицилиндрового давления от объема. Площадь, заключенная между кривыми расширения и сжатия - индикаторная работа цикла L.
Энергетические показатели рабочего цикла определяются процессами газообмена сжатия и сгорания.
Рис. 2.5. Рабочий цикл четырехтактного двигателя с воспламенением от сжатия.
Z1. Рабочие и термодинамические циклы
25
2.1.2. Термодинамический цикл двигателя
В основе рабочих циклов поршневых ДВС лежит термодинамический цикл с
подводом теплоты при постоянном объеме является идеальный газ (рис. 2.6).
Рабочее тело из состояния, характеризуемого давлением Р и температурой Г сжимается по адиабате до давления Р и температуры Г. В точке С к рабочему телу при постоянном объеме И подводится теплота Qu, вследствие чего повышаются давление и температура до Pz и Г. При расширении рабочего тела из точки z в b давление и температура снижаются до Ръ и Тъ и выполняется полезная работа. Для возвращения рабочего тела в исходной состояние точку а необходимо его охладить путем отвода теплоты Q2i.
Действительные рабочие циклы отличаются от термодинамического с идеаль
(цикл Отто), в котором рабочим телом
Рис. 2.6. Термодинамический цикл с подводом теплоты при постоянном объеме.
ным газом протеканием реального процесса горения с изменением химического состава рабочего тела и теплообменом с окружающей средой.
(Д) (рис. 2.7), где площади диаграмм a - с -соответственно полезной работе L\\ Lt.
Работа действительного цикла (L) меньше работы термодинамического цикла z - Ъ и at- сх- zt~ эквивалентны
Рис. 2.7. Действительный цикл двигателя с принудительным воспламенением и его отличия от термодинамического цикла:
1, 3. 8 - влияние теплоотдачи в стенки рабочей полости;
2, 4, 7 - отклонение действительной характеристики тепловыделения от изохорного теплоподвода;
5 - увеличение теплоемкости рабочего тела;
6 - неполнота сгорания;
9 - предварение выпуска.
р, мПа
26
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
Разность подведенной £> и отведенной теплоты может быть преобразована в полезную работу £f
Полезная работа термодинамического цикла £( представляет собой разность между работой расширения £р и работой сжатия £сж
£ =£ — £ .
t р сж
При этом:
. =^Г,_______и КДЖ-
₽ £ -11 £k~l J кг
сж
КГ' (,	1
кДж кг
где R - газовая постоянная,
кДж кг-К
к- показатель адиабаты; Г - температура в точке
£
z, К; Г - температура в точке с, К.
После преобразований и замены что эквивалентно степени повышения давления при изохорном подводе теплоты, получают
(	1 ЛГ т ।
Д = £р - £с-ж = уД 1 - 7=4/ -11 =	(2 -1);
Д = £СЖ(Л—1).
Качество энергопреобразования в термодинамическом цикле оценивают термодинамическим КПД z/z, равным отношению полезной работы L{ = Q - Q2i к затраченной теплоте Q
£| _ Qu Qit _ ] _ C?2t
Qu ~	~	'
Для термодинамического цикла Отто это выражение может быть преобразовано в виде
где £- степень сжатия, равная отношению максимального (И) к минимальному (К) объему: £ = ~ .к- показатель адиабаты сжатия (к = 1,4).
"с
КПД цикла Отто, выполняемого с идеальным рабочим телом (£= const), зависит только от степени сжатия.
Полезная работа цикла £( увеличивается в (2 - 1) раз по сравнению с £ с увеличением степени сжатия, а работа расширения растет быстрее работы сжатия, что иллюстрируется графиком на рис. 2.8.
2.2. Эффективность энергообразования
27
Рис. 2.8. Изменение параметров термодинамического цикла при различной степени сжатия.
2.2. Эффективность энергообразования
Эффективность энергообразования зависит от тепловых потерь термодинамического цикла и механических потерь, которые характеризуют соответствующими изменениями коэффициентов полезного действия (д ??).
Технические потери теплоты связаны с несовершенством действительных рабочих процессов (д 71е>):
•	неполнота сгорания топлива и диссоциация продуктов окисления (д 7НСГ);
•	теплообмен в рабочей полости камеры сгорания и утечка рабочего тела (д ?;то);
•	изменение теплоемкости рабочего тела при повышении его температуры и изменении химического состава (д // );
•	несовершенства динамики сгорания (д 7ДСГ);
•	предварение выпуска и неиспользование части полезной работы расширения газов (д/7прв)
А7тех = А7НСГ + А7,(, + А?7р.т + А 7ДСГ + А?7пр.в-
=	характеризует относительное уменьшение полезной работы
действительного цикла по сравнению с термодинамическим вследствие технических потерь.
В современных двигателях относительная величина технических потерь теплоты составляет 20-30 % от количества вводимой теплоты (табл. 2.1).
Цля бензинового двигателя основные потери теплоты обусловлены изменением теплоемкости рабочего тела (43-45 % от технических потерь), вследствие неполноты сгорания (21-23 %) и несовершенства динамики сгорания (13-14 %).
Цля дизельных двигателей потери теплоты от изменения теплоемкости рабочего тела меньше, чем у бензиновых двигателей, более значительны потери от несовершенства динамики сгорания (до 25-28 % от технических потерь).
Значительная часть технических потерь обоих типов двигателей вызвана теплоотдачей в стенки рабочей полости камеры сгорания и утечкой топливного заряда.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
28
Таблица 2.1
Относительные технические потери теплоты действительных циклов на номинальных режимах работы двигателей
Составляющие технические потерь КПД по причине:	Обозначение	Величина потерь в %% к вводимой теплоте	
		Дизели	Бензиновые двигатели
Неполнота сгорания топлива и диссоциация продуктов окисления	Л7„сг	1-2	5-6
Теплообмен в рабочей полости и утечка рабочего тела Изменение теплоемкости рабочего		4-5	3-5
тела	Д'7рг	9-10	10-12
Несовершенство динамики сгорания Предварение выпуска и неиспользование части полезной		5-7	3-4
работы расширения	л'Афв	1	1
Общие технические потери		20-25	22-28
Механические потери теплоты, связанные с осуществлением рабочего процесса и обеспечением работы механизмов двигателя, достигают 8-12 % от введенной теплоты. Большую часть этих потерь составляют потери на трение в сопряженных парах подвижных деталей двигателя:
•	перемещение поршневой группы 42-50 % от общих механических потерь;
•	преодоление трения в подшипниках коленчатого вала (16-19 %);
•	потери на привод газораспределительного механизма и других вспомогательных агрегатов двигателя (28-41 %).
Механический КПД т/м, выраженный через эффективную Ne и индикаторную мощности N и средние значения индикаторного давления Pt и давления, затраченного на механические потери Рм, может быть рассчитан по формуле:
Механические потери зависят от совершенства конструкции двигателя, технологии изготовления деталей, оптимизации зазоров между трущимися деталями, шероховатости сопрягаемых поверхностей и от физико-химических и эксплуатационных свойств моторного масла и топлива.
Реальные резервы снижения механических потерь заключаются не столько в уменьшении абсолютной величины их составляющих, сколько в повышении индикаторной мощности двигателей, которая повышает эффективность преобразования теплоты в механическую работу и снижает удельный эффективный расход топлива - критерий экономичности ДВС.
2.2. Эффективность энергообразования
29
Удельный эффективный расход топлива ge рассчитывают по формуле:
3,6 -106	. R
, г/кВт-ч,
'Че
где Qh — низшая теплота сгорания топлива; ц — эффективный КПД двигателя.
Характеристики эффективности энергообразования
Индикаторный КПД действительного цикла - характеризует эффективность теплоиспользования в действительном цикле:
где Q2 - потери теплоты действительного цикла; Qt - количество теплоты, подведенной в цикле.
Эффективный КПД двигателя - характеризует эффективность преобразования теплоты в механическую работу
77е =77,- Фе
где - механический КПД двигателя, характеризует затраты энергии на работу механизмов и осуществление самого рабочего процесса.
Термический КПД термодинамического цикла rjt - характеризует эффекти вность использования теплоты в действительном рабочем цикле
где £>,t - неустранимые термодинамические потери теплоты, обусловленные вторым началом термодинамики; Q - количество теплоты, подведенное в цикле.
В современных ДВС общие потери теплоты составляют 68... 73 % в бензиновых двигателях и 59...64 % в дизелях. Из этих потерь соответственно 40 и 32 % являются принципиально неустранимыми термодинамическими потерями, определяемыми в основном степенью сжатия.
Полезная индикаторная работа цикла L, зависит от цикловой теплоты сгорания топлива и индикаторного КПД гр
Цикловая теплота сгорания Q зависит от цикловой подачи топлива gu и теплоты сгорания единицы массы топлива Q*.
Q =g .Q.
Цикловая подача топлива g выражается количеством топлива, поступающего в цилиндр за один рабочий цикл.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
30
Характеристики горючей смеси
Стехиометрический коэффициент 10 - количество воздуха, необходимое для полного сгорания единицы массы или одного моля топлива. Коэффициент соответственно называют массовым или молярным. Рассчитывают его на основании химических реакций окисления горючих элементов топлива кислородом воздуха.
Так, для бензина, состоящего из 85 % углерода и 15 % водорода массовый стехиометрический коэффициент /0 = 14,93 кг воздуха/кг топлива, а для дизельного топлива, состоящего в среднем из 87 % углерода, 12,6 % водорода и 0,4 % кислорода /0 = 14,32 кг воздуха/кг топлива.
Коэффициент избытка воздуха а - характеризует состав горючей смеси в реальном процессе сгорания, отличающимся от стехиометрического.
По своему физическому смыслу а отражает степень насыщения воздушного заряда топливом. При « равном 1,0 насыщение топливом соответствует теоретически необходимому при условии полного сгорания. Такая горючая смесь называется нормальной или стехиометрической. В ней содержится /0=14,32...14,93 килограмм воздуха на один килограмм топлива.
В случае если а> 1 смесь не насыщена топливом и называется обедненной, при а > 1,2... 1,3 - бедной. Если же а < 1, то смесь перенасыщена топливом, и называется обогащенной, а при а < 0,6...0,7 - богатой.
Для стехиометрической смеси, отношение Q/l0 имеет смысл теплоты сгорания, отнесенной к единице массы воздушного заряда, и практически не зависит от теплоты сгорания самого топлива. Это объясняется тем, что величины QK и /0 связаны между собой так, что при уменьшении низшей теплоты сгорания (QJ) увеличивается количество воздуха, необходимое для полного окисления топлива (10).
Так, для автомобильного бензина (Qu~ 44 МДж/кг, /0= 14,93 кг возд./кг топ.)
О 44 0
= —— s 2,95 МДж/кг.
/о 14,93
Для дизельного топлива (QK-42,7 МДж/кг, /о= 14,32 кг возд./кгтоп.)
О 42 7
s 2,98 МДж/кг.
/0	14,32
Различие в теплоте сгорания стехиометрических смесей бензина и дизельного топлива мало и составляет всего около 1,2 %. Из этого следует, что бытующее мнение о возможности увеличения энергоотдачи двигателя за счет использования топлива, обладающего большей теплотой сгорания, не всегда справедливо. Увеличенную энергоотдачу дает смесь, например, метанола с воздухом/О = 22 МДж/кг),требующего для полного сгорания одного килограмма всего 6,5 кг воздуха, т. е.
О 22
= —s 3,38 МДж/кг.
/0	6,5
2.2. Эффективность энергообразования
31
Практически считают, что цикловая теплота, как энергетический потенциал для получения полезной работы, зависит только от воздушного циклового заряда (бвц) и степени насыщения его топливом (а).
Воздушный цикловой заряд горючей смеси G определяется объемом, освобождаемым поршнем при его перемещении от ВМТ к НМТ, т. е. рабочим объемом цилиндра (р)', м3), плотностью воздуха на впуске (рв, кг/м3) и коэффициентом наполнения (77|.) по воздушному заряду
<ЭВЦ = К/- рв- 7|-кг/цикл.
Эффективная мощность Ne характеризует работу, совершаемую в единицу времени. Определяется отношением эффективной цикловой работы (Д) ко времени осуществления цикла (г )

Если
60-z
Гц=-----
И
где п - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1; z - коэффициент тактности, z = 1 для двухтактных двигателей и z = 2 для четырехтактных двигателей.
Тогда
кВт, 60-2
где i - число цилиндров двигателя; Д' - рабочий объем двигателя.
Эффективная мощность зависит от конструкционных и эксплуатационных параметров двигателя, физико-химических и энергетических свойств топлива. Опосредованно N зависит от свойств моторного масла и охлаждающей жидкости
= KVh ~~ т -  Рв  Пг Пн кВт
СГ/0	Z
где К - постоянный коэффициент зависящий от размерности входящих в уравнение величин; V - рабочий объем двигателя; Qv - низшая теплота сгорания топлива; /0 -количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива; а - коэффициент избытка воздуха; гц. - коэффициент наполнения; рв - плотность воздуха; Г]/ - индикаторный КПД; - механический КПД; п - частота вращения коленчатого вала; z - коэффициент тактности.
Литровая мощность двигателя характеризует степень использования рабочего объема для достижения номинальной мощности
О	и
Л'л = К 7?|..  рв  п,  7/ч -, кВт/л. al0	z
N зависит от:
• количества теплоты, вводимой на единицу рабочего объема двигателя за цикл:
Гпава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
32
•	эффективности преобразования введенной теплоты в механическую работу:
Ъ 
•	частоты рабочих циклов и
Увеличение литровой мощности за счет Qh, а, гц. имеет ограниченные возможности. Наиболее эффективным способом форсирования У является увеличение плотности заряда (р ) за счет наддува. Увеличение мощности за счет увеличения частоты вращения коленчатого вала сопровождается ростом газодинамических потерь на впуске и выпуске, ухудшением очистки цилиндров и снижением -коэффициента наполнения. С повышением частоты вращения возрастают механические потери, ухудшается процесс сгорания.
Повышение частоты вращения коленчатого вала дает положительный эффект только в том случае, когда обеспечивается нормальное протекание рабочего процесса и приемлемые механические потери.
Крутящий момент Мк является тяговой характеристикой двигателя - силовым фактором
Л/к=9550^- Н-м п
При заданной мощности тяговые (силовые) свойства двигателя будут тем больше, чем меньше частота вращения коленчатого вала.
Оценка эффективности энергообразования
Характеристики эффективности энергообразования (среднее индикаторное давление Р, среднее эффективное давление Р, эффективную Ne и литровую мощность К крутящий момент Л/) определяют на одноцилиндровых установках или стендах с полноразмерными двигателями, оснащенными приборами для снятия индикаторных диаграмм и измерения расхода топлива, и др. параметров работы двигателя.
Среднее индикаторное давление Р. характеризует эффективность энергообразования и выражает работу газов, приходящуюся на единицу рабочего объема двигателя.
Если индукторную работу £, выразить в виде
L, =	lh Ръ 'Лу ц, МДж,
/0 а
То
Р, = —11 Р*'-— 11 МПа.
/0 а
2.3. Конструкционные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе
Р можно рассматривать, как некоторое условное постоянное давление газов в цилиндре, которое действуя на поршень в течение одного хода расширения, производит работу, равную полезной работе газов за весь цикл.
Среднее эффективное давление Ре характеризует удельную эффективную работу, выраженную через среднее индикаторное давление (Р), учитывающее механические потери (
мПа.
/0 а
Из анализа этого выражения следует:
•	удельная работа определяется массой воздушного заряда (р ту,.), приходящегося на единицу рабочего объема, и степенью его насыщения топливом (1/а), которые обусловливают цикловую теплоту;
•	эффективность преобразования цикловой теплоты в работу определяется произведением индикаторного и механического КПД ( rj..
2.3.	Конструкционные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе
2.3.1.	Степень сжатия
Является основным фактором, обусловливающим величину термодинамических потерь тепла. Термический КПД зависит от степени сжатия е и показателя адиабаты к:
С увеличением степени сжатия т/ непрерывно возрастает, асимптотически единица
приближаясь к предельному значению ------- (рис. 2.9). В действительности за
Ч
счет дополнительных потерь индикаторный КПД повышается медленнее, чем растет термический КДП. При е= 14-16 ^достигает максимума. Повышение степени сжатия обусловливает рост механических потерь. Вследствие этого наивыгоднейшими для современных двигателей являются степени сжатия £•=11-14, при которых термодинамические потери минимальные.
При увеличении степени сжатия возрастают технические потери действительного цикла, обусловленные динамикой сгорания и изменением теплоемкости рабочего тела.
При повышении внутрицилиндровых давлений и температур рабочего тела интенсифицируется теплообмен с рабочей полостью и снижается темп роста индикаторного КПД по сравнению с термодинамическим. При степени сжатия, равной 14,0
3 Заказ № 2029
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
индикаторный КПД достигает максимума и при дальнейшем увеличении степени сжатия не повышается.
С ростом внутрицилиндрового давления увеличивается работа на преодоление сил трения, поэтому максимум эффективного КПД сдвигается в сторону меньших значений степени сжатия. Кроме того повышение степени сжатия способствуют увеличению содержа! шя оксидов в отработавших газах и детонации бензинов. Поэтому в двигателях с принудительным воспламенением повышение степени сжатия оправдано до уровня 14,0 единиц.
Рис. 2.9. Влияние степени сжатия на КПД рабочего цикла и двигателя.
2.3.2.	Камера сгорания
Форма и размеры камеры сгорания, число и расположение впускных и выпускных клапанов, форма впускных каналов в головке цилиндров влияют на:
•	процесс смесеобразования и наполнение рабочей полости свежим зарядом;
. динамику движения топливовоздушного заряда на входе в камеру и выходе продуктов сгорания:
•	вихревое движение заряда рабочего тела и его турбулизацию;
•	скорость распространения пламени, антидетонационные свойства двигателя и допустимую степень сжатия;
•	тепловые потери в стенки рабочей полости;
.	состав продуктов сгорания.
Бензиновые двигатели
Основные типы камер сгорания в современных бензиновых двигателях с верхним расположением клапанов:
•	плоскоовальные с вытеснителем;
•	полуклиновые и клиновые с вытеснителем;
. двухобъемные клиновые с цилиндрическим углублением в поршне;
2.3. Конструкционные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе
. полу- и полисферические;
•	полу- и полисферические с вытеснителем;
•	шатровые и шаровые с вытеснителем;
•	камеры в виде углублений различной формы в поршне.
Полуклиновые и клиновые камеры сгорания (рис. 2.10-2.12) с вытеснителем обеспечивают интенсивную турбулизацию заряда и бездетонационную работу двигателей со степенью сжатия 6,5...8,5 ед. Они имеют невысокие характеристики наполнения свежим зарядом, что ограничивает быстроходность двигателей.
а)
б)
Рис. 2.10. Плоскоовальная (а) и полуклиновая (б) камеры сгорания в бензиновых двигателях
Плоскоовалъные камеры сгорания при меньшей интенсивности турболизации имеют те же рабочие характеристики, как и полуклиновые.
Цвухобъемная (линзовая) камера, верхняя часть которой образована клиновой выемкой в головке цилиндров, обеспечивает интенсивную турболизацию за счет вытесняющего действия выступающих участков днища поршня и приближенного к центру расположения свечи зажигания. Линзовые камеры позволяют повысить степень сжатия до 10 единиц и улучшить топливную экономичность двигателей.
Центральное расположение свечи зажигания в сочетании с турбулизацией заряда дает возможность сократить продолжительность сгорания, повысить индикаторный КПД улучшить антидетонационные свойства двигателей.
Шатровые формы углублений в головке цилиндров обеспечивают оптимальное согласование вихревого движения воздушного заряда и топливной струи, и создают в зоне свечи зажигания обогащенную смесь при общем значении а» 1.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
36
а)	б)
Рис. 2.11. Клиновая камера сгорания с вытеснителем (с) и двухобъемная (линзовая) камера сгорания с дисковой выточкой в днище поршня (б).
Наиболее полно преимущества полусферических и шатровых камер сгорания проявляются в четырехклапанных схемах с центральным расположением свечи зажигания (рис. 2.13, а).
Наполнение цилиндров свежим зарядом увеличивают наклонным расположением клапанов с выводом впускных и выпускных каналов в разные стороны головки цилиндров.
Форма камеры сгорания, образованная головкой цилиндра и днищем поршня, влияет на условия возникновения детонации и образование очагов самовоспламенения. Детонация может быть подавлена турбулизацией свежего горючего заряда. Специально организованное вихревое движение смеси сокращает время распространения основного фронта пламени и обеспечивает нормальное протекания процесса сгорания. Пламя достигает периферийных зон до того, как в них возникают очаги самовоспламенения, являющиеся источниками образования ударных и детонационных волн. На возникновение детонации влияют размеры цилиндра двигателя, число и расположение свечей зажигания. Центральное расположение свечи зажигания и усиленная турбулизация заряда шатровых, полусферических и “линзовых” камер сгорания позволили повысить степень сжатия бензиновых двигателей до 10,0... П,0 единиц .
Применение двух свечей зажигания сокращает путь и время распространения
2.3 Конструкционные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе^
Рис. 2.12. Полусферическая (а) и шатровая (б) камеры сгорания.
пламени. Распространение пламени от периферии к центру камеры сгорания уменьшает вероятность образования очагов самовоспламенения и позволяет повысить степень сжатия до 12 единиц.
Дизельные двигатели
В дизелях применяют разделенные и неразделенные камеры сгорания.
Двигатели с разделенными камерами (рис. 2.14) работают при невысоком давлении впрыскивания топлива 22...32 МПа, имеют однодырчатые штифтовые форсунки и высокую степень сжатия 21 ...23 ед.
Двигатели с неразделенными камерами сгорания (рис. 2.15) работают при меньшей степени сжатия 17-19,5 МПадля снижения динамических нагрузок на детали цилиндро-поршневой группы. Для интенсификации процессов смесеобразования воздушный вихрь создают при помощи спиральных впускных каналов в головках цилиндров, топливо впрыскивают через четырех- и пятидырчатые форсунки под давлением 75-90 МПа. Неразделенные камеры сгорания уменьшают эксплуатационный расход топлива легковых автомобилей на 1,5-2,0 л/100 км.
Двигатели с неразделенными камерами сгорания (рис. 2.15) работают при меньшей степени сжатия 17-19,5 МПа для снижения динамических нагрузок на детали цилиндро-поршневой группы. Для интенсификации процессов смесеобразования
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
38
а)	б)
Рис. 2.13. Четырехклапанная шатровая камера сгорания с вытеснителем (о) и камера сгорания двигателя с непосредственным впрыскиванием бензина (б).
Рис. 2.14. Разделенные камеры сгорания дизелей:
1 - предкамера дизеля Daimler-Benz "Diesel-SQ"; 2 — вихревая камера с дополнительным клапаном дизеля AD-2 (Nissan-Diesel): 3 - наклонная вихревая камера дизеля Honda RF.
воздушный вихрь создают при помощи спиральных впускных каналов в головках цилиндров, топливо впрыскивают через четырех- и пятидырчатые форсунки под давлением 75-90 МПа. Неразделенные камеры сгорания уменьшают эксплуатационный расход топлива легковых автомобилей на 1,5-2,0 л/100 км.
2.3. Конструкционные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе
Рис. 2.15. Камеры сгорания неразделенного типа:
a _ щ-образная с суженной горловиной: б - камера с квадратным поперечным сечением (Quadrum). в - камера с зурбулпзнруюшими выемками: г - цилиндрическая камера сгорания в поршне.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
40
Интенсивность диффузионных процессов в неразделенных камерах повышают за счет “фонтанирования” заряда, выбрасываемого из сужающейся в верхней части (D-образных камер. Турбулизацию пристеночных объемов создают за счет отклонения контура камеры сгорания от формы тела вращения. Для этого камеры сгорания в поршне выполняют в форме квадрата (рис. 2.156) или со специальными выемками (рис. 2.15в). Это образует переменные радиальные составляющие скорости, инициирующие крупномасштабную турбулизацию рабочего тела.
Для снижения потерь воздуха, не принимающего участия в процессе сгорания, но влияющего на цикловую работу, уменьшают надпоршневой зазор - до 0,05 мм. При надпоршневом зазоре равном 1,1 мм в камере содержится до 10-12 % неиспользуемого воздушного заряда, а при зазоре 2 мм, - до 25 %.
2.4.	Эксплуатационные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе
Эффективность преобразования теплоты в работу зависит от условий эксплуатации двигателя. Двигатели работают в широком диапазоне внешних природно климатических условий и с разным уровнем востребованной энергии - холостом ходу без отдачи мощности, максимальной мощности, с переменной нагрузкой, скоростном или нагрузочном режиме.
На разных режимах рабочий процесс двигателя протекает с различной эффективностью.
Для выбора оптимальных режимов эксплуатации необходимо знать закономерности изменения эффективных показателей двигателя от режима работы.
2.4.1.	Режимы работы
Основные понятия
Режим работы - рабочее состояние двигателя, обусловленное нагрузкой и соответствующими ей подачей топлива, частотой вращения и ускорением коленчатого вала, а также тепловым состоянием условно оцениваемым температурой охлаждающей жидкости на выходе из двигателя.
Эксплуатационные характеристики - показатели, отображающие уровень и закономерности изменения основных показателей энергетических свойств двигателей в зависимости от режимных и регулировочных факторов.
Режимы работы двигателей и их эксплуатационные характеристики отображают результат преобразования теплоты, потенциально содержащейся в топливе, в работу в различных условиях эксплуатации.
Независимые компоненты режима - нагрузка и цикловая подача топлива.
Нагрузка применительно к транспортному средству определяется моментом
2.4.	Эксплуатационные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе^ сопротивления движению, который при равномерном движении равен крутящему моменту на валу двигателя.
Цикловая подача топлива определяется количеством топлива, подаваемого за рабочий цикл.
Зависимые компоненты режима - все остальные компоненты, которые устанавливаются автоматически в зависимости от нагрузки и цикловой подачи топлива (например, ускорение или замедление частоты вращения коленчатого вала двигателя).
Установившийся режим — при котором частота вращения коленчатого вала и нагрузка сохраняются постоянными во времени.
Неустановившийся режим - при котором все параметры работы двигателя переменные во времени.
Нагрузочный режим характеризует закономерности изменения основных показателей работы двигателя от нагрузки.
Скоростной режим характеризует закономерности изменения показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала. Например, работа двигателя при фиксированной подаче топлива, но с переменной частотой вращения коленчатого вала из-за изменяющейся нагрузки.
Скоростные характеристики — зависимость эффективных показателей двигателя: крутящего момента (Л/), мощности (АД, часового (C7J и удельного расхода топлива (ge) от частоты вращения коленчатого вала при фиксированной подаче топлива.
При максимальной подаче топлива получают внешнюю скоростную характеристику, отображающую максимально возможную мощность и крутящий момент во всем диапазоне рабочих скоростных режимов. При промежуточном положении органа регулирования подачи топлива получают частичную скоростную характеристику.
Нагрузочные характеристики - зависимость часового и удельного расходов топлива от нагрузки двигателя при постоянной частоте вращения коленчатого вала.
Независимой переменной при определении нагрузочной характеристики является нагрузка, выражаемая в величинах мощности или среднего эффективного давления или в процентах от максимальных их значений. При этом за 100 % принимают значение мощности, развиваемой двигателем при данной частоте вращения коленчатого вала в режиме полной подачи топлива.
2.4.2.	Скоростные характеристики
Бензиновый двигатель
Изменение параметров рабочего процесса бензинового двигателя от частоты вращения коленчатого вала показано на рис. 2.16.
Энергоотдача двигателя при определенном скоростном режиме зависит от циклового подвода теплоты, который пропорционален воздушному цикловому заряду (рв  7]() и степени насыщения его топливом (а), а также комплекса КПД: индикаторного (7].), механического (7]Д, эффективного (7]Д.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
42
Рис. 2.16. Скоростные характеристики бензинового двигателя: а - для параметров определяемых цикловым подводом теплоты: б - для коэффициентов полезного действия.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала сокращается время, отведенное на наполнение цилиндра свежим зарядом, вследствие чего коэффициент наполнения /^.снижается.
С ростом частоты вращения коленчатого вала усиливается турбулизация заряда, интенсифицируется процесс сгорания, уменьшается теплоотдача в стенки рабочей полости. Это приводит к увеличению индикаторного КПД до некоторого его предельного значения. При высоком скоростном режиме тдстабилизируется и может уменьшаться из-за неполноты окисления топлива.
С увеличением частоты вращения возрастают механические потери вследствие прогрессивного повышения инерционных нагрузок.
Крутящий момент достигает максимума при средней частоте вращения коленчатого вала (лм, рис. 2.17). При высокой частоте вращения М падает вследствие ухудшения наполнения цилиндров и роста механических потерь.
Рис. 2.17. Изменение крутящего момента бензинового двигателя (.V/J и определяющих его параметров (CL ту щ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.
2.4 Эксплуатационные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе^
На режиме максимальной частоты вращения холостого хода ихтах вся цикловая теплота затрачивается на преодоление возросших механических потерь и эффективные показатели равны нулю.
Крутящий момент и характер его изменения определяет остальные показатели скоростной характеристики (рис. 2.18).
Рис. 2.18. Формирование скоростной характеристики бензинового двигателя.
Вследствие изменения значения крутящего момента при росте частоты вращения коленчатого вала, характеристика реальной мощности отличается от теоретической (пунктирной) и зависимость = f(n) становится нелинейной.
При определенной частоте вращения темп увеличения частоты вращения (угол <т) оказывается равным темпу уменьшения крутящего момента (угол <т). В этой точке (>?х) произведение значений крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала (Л/ки), а, следовательно и мощность двигателя достигают максимума (7Vemax). Эта точка определяется в основном темпом снижения коэффициента наполнения и механического КПД при увеличении частоты вращения коленчатого вала.
Максимальная мощность отражает энергетические возможности поршневого двигателя.
Кроме крутящего момента и мощности, скоростные характеристики включают в себя изменение часового (Gt) и удельного (g ) расходов топлива.
Часовой расход топлива увеличивается с ростом частоты вращения, что определяется повышением поступления в цилиндр воздушного заряда за счет увеличения числа циклов в единицу времени.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
Удельный расход топлива представляет собой отношение часового расхода топлива к эффективной мощности
G'T
г/(кВт ч).
Удельный расход топлива является основной характеристикой топливной экономичности двигателя. В рабочем диапазоне частот вращения удельный расход топлива имеет минимальное значение (g ). Этот режим определяется улучшением индикаторного КПД за счет турбулизации заряда и уменьшением тепловых потерь в стенки рабочей полости при относительно малом изменении механического КПД. Рост удельного расхода топлива при дальнейшем увеличении скоростного режима работы двигателя обусловлен повышением механических потерь.
Таким образом, скоростные характеристики позволяют установить максимальную и номинальную мощности двигателя, изменение мощности и расхода топлива при различных частотах вращения коленчатого вала.
Дизельный двигатель
Скоростные характеристики дизелей обусловлены той же совокупностью факторов, которые формируют скоростную характеристику бензиновых двигателей. Однако особенности дизельного процесса и более узкий диапазон частот вращения коленчатого вала вызывают ряд отличий.
Коэффициент наполнения в дизеле с ростом частоты вращения коленчатого вала изменяется в меньшей степени, чем в бензиновом двигателе. При достаточно узких фазах газораспределения могут отсутствовать максимум коэффициента наполнения и его уменьшение при низкой частоте вращения коленчатого вала.
Работу дизеля регулируют путем изменения цикловой подачи топлива, которая обусловлена дозирующей характеристикой топливного насоса выского давления (ТНВД). Цикловая подача топлива изменяется в соответствии с величиной воздушного циклового заряда (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Характеристики цикловой подачи топлива, индикаторного и механического КПД при изменении скоростного режима работы дизеля:
/ - ТНВД без корректора топливоподачи:
2 - ТНВД с корректором топливоподачи.
2.4. Эксплуатационные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе^.
При корректировании цикловой подачи коэффициент избытка воздуха при различных частотах вращения коленчатого вала остается примерно постоянным, а цикловая теплота (QJ изменяется пропорционально коэффициенту наполнения (кривые 2, рис. 2.19).
Составляющие технических потерь в дизеле изменяются иначе чем в бензиновом двигателе. Потери, обусловленные теплоотдачей в стенки цилиндра, сокращаются с ростом частоты вращения также, как и в бензиновом двигателе, а потери, связанные с динамикой сгорания, отличаются. Возрастающий дефицит времени при повышенной частоте вращения коленчатого вала удлиняет продолжительность сгорания и увеличивает потери, обусловленные несовершенством динамики тепловыделения. Повышается неполнота сгорания и появляется дымление на выпуске. В связи с этим индикаторный КПД уменьшается, а выброс твердых частиц увеличивается.
Механический КПД с ростом частоты вращения коленчатого вала снижается меньше, чем у бензиновых двигателей.
Внешняя скоростная характеристика дизеля (рис. 2.20) отличается незначительной крутизной изменения крутящего момента.
Поскольку темп падения крутящего момента с ростом частоты вращения коленчатого вала в дизеле замедлен, то точка, соответствующая максимальной мощности Ne m.ix, сдвинута в сторону более высоких скоростных режимов, находящихся вне пределов дымления. Для исключения режима максимальной мощности из рабочего диапазона скоростной режим работы дизеля ограничивают с помощью регулятора.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
46
Начало срабатывания регулятора определяет номинальную частоту вращения коленчатого вала, а развиваемая на этом режиме мощность является номинальной мощностью.
Номинальный режим не должен выходить за пределы дымления, установленные нормами предельно допустимой дымности отработавших газов.
Кривые часового и удельного расходов топлива аналогичны кривым бензиновых двигателей. Отличие заключается в меньшей крутизне повышения удельного эффективного расхода топлива при умеренном увеличении частоты вращения коленчатого вала. Однако при значительных частотах вращения коленчатого вала удельный расход топлива прогрессивно увеличивается, что обусловлено более резким падением индикаторного и эффективного КПД.
2.4.3.	Нагрузочные характеристики двигателя
Бензиновый двигатель
При различных нагрузках цикловая теплота, сообщаемая рабочему телу определяется коэффициентом наполнения (/д.) или избытка воздуха (а). При снижении нагрузки коэффициент наполнения уменьшается, соответственно уменьшается цикловой заряд. Наибольшую мощность развивает двигатель при а = 0,90-0,95. При средних и малых нагрузках а — 0,90-1,05. При изменении нагрузки соответственно изменяются технические потери (рис. 2.21).
При переходе с режима полной мощности на экономичный режим, (tz= 1,05) снижаются потери, связанные с неполнотой сгорания, ростом температуры рабочего тела и несовершенством динамики сгорания. В связи с этим индикаторный КПД несколько увеличивается. При увеличении подачи топлива растет коэффициент остаточных газов. Горючая смесь обогащается, растут технические потери и индикаторный КПД падает.
Потери на трение в бензиновом двигателе с уменьшением нагрузки снижаются, но возрастает отрицательная работа насосных ходов при дросселировании. В результате этого среднее значение механических потерь при уменьшении нагрузки не изменяется и механический КПД определяется снижением среднего индикаторного давления.
При уменьшении нагрузки снижается индикаторная работа и механический КПД уменьшается. Когда цикловая индикаторная работа снизится до значения работы механических потерь, т.е. двигатель будет работать на режиме холостого хода, механический КПД становится равным нулю. Удельный расход топлива изменяется от минимального до бесконечно большого на режиме холостого хода (рис. 2.22).
Снижение удельного расхода топлива при переходе с полной нагрузки на частичные обусловлено обеднением смеси и увеличением индикаторного КПД. Существенный рост удельного расхода топлива при дальнейшем понижении нагрузки определяется увеличением относительной доли механических потерь. Работа на частичных нагрузках неэкономична, поскольку, чем меньше нагрузка, тем большая доля топлива, затрачивается на вращение механизмов двигателя.
2.4. Эксплуатационные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе^
Рис. 2.21. Изменение параметров, формирующих нагрузочную характеристику бензинового двигателя:
а - цикловая теплота; б - технические потери
Нагрузочные характеристики позволяют определить наивыгоднейшие с точки зрения тепловой эффективности режим работы двигателя. Бензиновые двигатели характеризуются довольно узким диапазоном экономичной работы - 75... 85% от полной нагрузки. Одним из направлений повышения топливной экономичности является сужение диапазона нагрузок, на которых работает бензиновый двигатель. Одним из методов, позволяющим двигателям более длительное время работать в наивыгоднейшем диапазоне может быть выключение цилиндров или циклов.
Рис. 2,22. Нагрузочная характеристика бензинового двигателя.
Дизельный двигатель
В дизеле осуществляется качественное регулирование нагрузочных характеристик. Изменение нагрузки сопровождается принудительным изменением подачи топлива, а на расход воздуха органы управления не действуют.
Глава 2. Система энергообразования поршневого ДВС
В связи с этим (рис. 2.23) при уменьшении нагрузки коэффициент наполнения, и воздушный цикловой заряд не снижаются, как это происходит при количественном регулировании, а возрастают. Вследствие этого температура деталей и воздуха при снижении нагрузки уменьшаются.
а)
WO%Ne
Рис. 2.23. Изменение параметров, определяющих значение цикловой теплоты (о) и коэффициентов полезного действия дизеля (б) в зависимости от нагрузки.
Вследствие уменьшения цикловой подачи топлива в условиях мало изменяющейся цикловой подачи воздуха при снижении нагрузки существенно возрастает коэффициент избытка воздуха. При малых нагрузках коэффициент избытка воздуха превышает значения 3...4, а при работе на холостом ходу может достигать 6...8. В этих условиях уменьшаются технические потери, связанные с несовершенством динамики сгорания и неполноты сгорания и, соответственно, растет индикаторный КПД. Однако при увеличении коэффициента избытка воздуха более 4,0 увеличиваются потери, связанные с теплообменом и замедлением сгорания, что обусловливает снижение индикаторного КПД.
Среднее давление механических потерь дизеля, не подвергающегося дросселированию, со снижением нагрузки несколько уменьшается. Поэтому, хотя общая тенденция уменьшения механического КПД при снижении нагрузки сохраняется, но интенсивность его падения оказывается меньшей, чем у бензиновых двигателей.
Нагрузочные характеристики дизеля представлены на рис. 2.24.
В дизеле значительно больший диапазон нагрузок (от 50 до 80 %), при которых сохраняются малые удельные расходы топлива. Это объясняется ростом индикаторного КПД, обусловленного повышением избытка воздуха и также меньшим падением механического КПД при снижении нагрузки.
Если при 100 % нагрузке удельный расход топлива составляет 230 г/(кВтч), то при снижении нагрузки до 80, 60 и 40% от максимальной он соответственно равен 220, 240 и 275 г/(кВтч).
2.4. Эксплуатационные факторы, определяющие эффективность энергообразования в двигателе^
Рис. 2.24. Нагрузочные характеристики дизеля:
1 - дизель без наддува (при частоте вращения коленчатого вала 1600 мин1);
2 - дизель с газотурбинным наддувом (при частоте вращения коленчатого вала 1600 мин1)
Меньшее увеличение удельного расхода топлива на наиболее вероятных нагрузках, равных 50.. .60% от максимальных, определяет существенное (на 30.. .35%) снижение эксплуатационных расходов топлива автомобилями, оснащенными дизелями, по сравнению с автомобилями с бензиновыми двигателями.
4 Заказ № 2029
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
50
ГЛАВА 3.
ХИММОТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ
3.1.	Классификация
Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив делят по сущности физико-химических превращений топлива, уровню их сложности и условий эксплуатации (табл. 3.1).
Таблица 3.1 Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
X имм отологичес кие процессы	№№ пп	Эксплуатационные свойства по уровням сложности
1	2	3
	1	Эффективность применения
Прокачка (подача) топлива - перемещение топлива		в технике
в трубопроводах, топливных системах, средствах	1.1	Прокачиваемость
хранения, транспортирования и заправки под	1.1.1	Чистота
воздействием внешнего давления и сил гравитации.	1.1.2.	Текучесть
Прекращение подачи в экстремальных температурных условиях и при загрязнении	1.1.3.	Фильтруемость
Испарение топлива - переход из жидкой в паровую фазу.	1.2.	Испаряемость
Образование горючей смеси (смесеобразование).	1.2.1.	Пределы перегонки
Образование паровых пробок	1.2.2.	Летучесть
Воспламенение - возникновение очага пламени за счет	1.3.	Воспламеняемость
окисления топливовоздушной смеси под воздействием	1.3.1.	Тем пературы воспламенения
источника зажигания, внешнего давления, температуры, разряда статического электричества	1.3.2.	Пределы воспламенения
Горение - распространение пламени за счет передачи	1.4.	Горючесть
теплоты и диффузии активных веществ из зоны реакции	1.4.1.	Удельная энергоемкость
или под действием ударной волны.	1.4.2.	Детонационная стойкость
Детонационное горение. Нормальное горение	1.4.3.	Эффективность горения
Образование отложений - смол, осадков, лака, нагара	1.5.	Склонность к образованию
при низких и высоких температурах в объеме топлива, и		отложений
на поверхности деталей двигателя	1.5.1.	Низкотемпературная стабильность
	1.5.2.	Т ермоокисл ительная стабильность
	1.5.3.	Высокотемпературная стабильность
	1.5.4.	Моющие свойства
3.1. Классификация
51
Продолжение табл. 3.1
1	2	3
Взаимодействие топлива с конструкционными	1.6.	Совместимость с
материалами.		материалами
Коррозия металлов (химическая, электрохимическая,	1.6.1.	Коррозионность (коррозионная
газовая).		агрессивность)
Защита металлов от коррозии	1.6.2.	Защитные свойства
С вмазывание трущихся поверхностей деталей топливной аппаратуры с целью:	1.7.	Смазывающая способность
снижения изнашивания	1.7.1.	Прогивоизносные свойства
снижения потерь энергии на трение	1.7.2.	Антифрикционные свойства
	2.	Сохраняемость качества
Обеспечение стабильности эксплуатационных свойств	2.1.	Стабильность
топлив путем оптимизации химического состава,		эксплуатационных свойств
повышения стойкости к окислению при помощи	2.1.1	Окисляемость
присадок и улучшение хранимости	2.1.2.	Стойкость к окислению
	2.2.	Хранимость
	3.	Экологическая безопасность
Образование токсических концентраций топлива в окружающей среде, превышающих Г1ДК, в процессе испарения.	3.1.	Токсичность топлива
Загрязнение окружающей среды токсическими	3.2.	Токсичность отработавших
веществами отработавших газов, образующихся при сгорании топлива.		газов
Образование пожароопасных концентраций топлива в смеси с воздухом в условиях производств, хранения, транспортирования, перекачки.	3.3.	Пожароопасность
Образование зарядов статического электричества при перекачке топлива и заправке техники	3.4.	Электрнзуемость
Одни и те же физико-химические превращения в зависимости от условий эксплуатации могут определять разные эксплуатационные свойства. Например, процесс испарения является основой смесеобразования, воспламенения и сгорания в двигателе, а при хранении топлива - причиной изменения качества и возникновения пожарной опасности.
Все химмотологические процессы в той или иной степени связаны с энергообразованием и вносят вклад в эффекгивность двигателя. Воспламенение и горение топлива непосредственно определяют преобразование химической энергии в тепловую. Подача топлива, испарение и смесеобразование являются подготовительными процессами к ним. Образование отложений и токсических продуктов в отработавших газах можно рассматривать, как неизбежный результат процесса сгорания. Весь период эксплуатации двигателя сопровождается коррозионными процессами, определяемыми термодинамической неустойчивостью металла и коррозионной агрессивностью топлив. Смазывание трущихся деталей топливной аппаратуры обеспечивает работоспособность механизмов впрыска, снижает потери на трение и износ.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
52
Эффективность применения топлива в двигателе зависит от сохраняемости качества топлива, которая определяется стабильностью эксплуатационных свойств в условиях хранения, транспортирования и перекачки.
Экологическая безопасность применения топлива определяется, наряду с условиями эксплуатации, токсическими свойствами топлив, токсичностью отработавших газов и пожароопасными характеристиками топлив.
3.2.	Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
3.2.1.	Испарение
В зависимости от условий различают статическое и динамическое испарение.
Статическое испарение происходит с поверхности жидкости неподвижной относительно окружающей среды. В замкнутом пространстве переход жидкости в пар происходит до тех пор, пока пространство над жидкостью не заполнится насыщенным паром. Давление насыщенного пара однородной жидкости Ртс зависит только от температуры и повышается с ее возрастанием. Кривая зависимости Рнас от температуры Тназывается равновесной кривой испарения (рис. 3.1).
Температура, °C
Рис. 3.1. Кривая зависимости давления насыщенных паров Р ,с однородной жидкости от температуры.
Если Р становится равным внешнему давлению, то испарение переходит в кипение.
Температура кипения является критической температурой, которая вместе с давлением определяют критическую точку - на равновесной кривой, выше которой сосуществование двух фаз жидкости и пара невозможно.
При переходе из жидкости в пар молекулы преодолевают силы молекулярного сцепления и силу внешнего давления. Работа против этих сил совершается за счет кинетической энергии теплового движения молекул.
Для испарения жидкости при постоянной температуре каждой единице массы вещества необходимо сообщить определенное количество теплоты Л (Дж/кг или Дж/ кмоль), которое называется удельной теплотой испарения.
3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
53
Теплота испарения уменьшается с ростом температуры и вблизи критической точки обращается в ноль. Физический смысл Л-производная давления по температуре (dP\ на кривой фазового превращения - .
\дГГ )
Для изотермического процесса количество теплоты L, необходимое для испарения, по закону Клайперона-Клаузиса определяется из выражения
L = tKv2-vx\
где Т-температура перехода; V2 - К, - изменение объема вещества при переходе из 1-ой фазы во вторую.
Процесс статического испарения жидкости заключается в том, что ее пары в тонком слое у поверхности быстро достигают состояния насыщения и затем путем диффузии распространяются в окружающую среду.
Динамическое испарение имеет место, когда жидкость и газовая среда перемещаются относительно друг друга. К нему относится испарение распыленного топлива в турбулентном потоке нагретого воздуха.
Скорость испарения при статическом процессе измеряют количеством вещества, которое переносится с единицы поверхности жидкости в окружающую среду в единицу времени. При динамическом испарении скорость оценивают количеством вещества, которое испаряется в единицу времени в единице объема пространства.
Скорость испарения со свободной поверхности жидкости определяют по формуле:
dG = KS(C - C)dx= KS(P - P)dT, исп с жх ж	р Жу S 7	7
где Кс и Ар - коэффициенты испарения, отнесенные соответственно к разности парциальных давлений; Сж и С - концентрация паров топлива у поверхности испарения и в окружающей среде; Р нР- давление паров у поверхности испарения и в окружающей среде; S - поверхность испарения топлива.
Коэффициенты /С и К численно равны количеству вещества, испаряющегося с единицы поверхности в единицу времени при разности концентраций или давлений у поверхности жидкости и в окружающей среде, равной единице.
Тогда скорость испарения:
W =К{С-С) = К(Р-Р). исп	с v s z pv s 7
В случае свободного испарения в неограниченный объем можно принять концентрацию и давление паров в окружающей среде равным нулю, тогда:
W =КС=КР.
ПСП	С S	р S
Коэффициенты К и К определяют при помощи безразмерных параметров критерия Нуссельта Nu и критерия Маргулиса Л/, применяемые в процессах теплопередачи и переноса вещества. Критерий Nu применяют при расчете статического испарения. Критерий М — при расчете динамического испарения с развитой турбулентностью.
Для переноса вещества:
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
54
Nu =---------,
Г °,
Кс _ KpRT и и
р
Для теплопередачи:
ЛР
X
СсрРср^'
где d - линейный размер; Z) и £> - коэффициенты диффузии, отнесенные соответственно к градиенту концентраций и градиенту давления; и—скорость, Л- коэффициент теплопроводности; С - теплоемкость; ^-коэффициент теплопередачи.
Критерии Nu и М являются функциями от других безразмерных величин, выражающих физические свойства среды и характер ее движения.
Физические свойства среды, в которой осуществляется перенос вещества или тепла, характеризуют критерием Прандтля Рг:
V	V
Рг СР = СР
Dc	°сР
где аср=——— - коэффициент температуропроводности среды.
С ср Р ср
Характер движения среды определяется значением критерия Рейнольдса Re:
„ ud
Re-—.
Vcp
Зависимости Nu = /(Re, Pr) и M = (p(Re, Pr) определяют из экспериментальных данных по теплопередаче или диффузии.
Диффузия (от лат. diffusio - распространение, растекание) - взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении уменьшения концентрации вещества и ведет к его равномерному распределению по занимаемому объему. Диффузия осуществляется благодаря броуновскому движению частиц. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т. к. при столкновении она меняет направление и скорость движения. Поэтому диффузионное проникновение значительно медленнее свободного движения. Смещение частицы L меняется со временем случайным образом, но средний квадрат смещения за большое число столкновений растет пропорционально времени Г.
L ~ Dl.
Коэффициент пропорциональности D называют коэффициентом диффузии.
В зависимости от соотношения скоростей испарения жидкости из поверхностного слоя и диффузии паров в окружающую среду различают два режима испарения: кинетический и диффузионный.
3.2. Испарение топлива и смесеобразование е двигателе
55
В поршневом двигателе внутреннего сгорания топлива испаряется в диффузионном режиме, при котором процесс определяется тепломассопереносом, включающим молекулярную и конвективную диффузию.
Молекулярная диффузия подчиняется эмпирическому закону Фика:
i ~ £>ngrad С, где / - удельный поток пара; С - массовая концентрация пара; Dn — коэффициент диффузии пара.
Закон Фика справедлив для изотермических условий при испарении в неподвижной среде (например, испарение топлива в резервуаре).
Конвективная диффузия осуществляет перенос массы вещества, обусловленный турбулентным движением среды за счет турбулентных пульсаций.
Перенос массы вещества, обусловленный одновременной молекулярной и конвективной диффузией называют конвективным массообменом. Конвективный массообмен выражают зависимостью:
i = D grad С + wC,
где 1V - скорость движения среды.
Характер массообмена определяют при помощи критерия Пекле:
Ре = wl/D ,
где I — характерный линейный размер.
Если Ре « 1, процесс испарения определяется молекулярной диффузией. Если Ре » 1, доминирующим в процессе испарения является конвективный перенос, и молекулярной диффузией можно пренебречь.
Конвективный массообмен на границе раздела поверхность - среда описывают формулой Дальтона
где /3 - коэффициент массоотдачи (константа скорости диффузии); Г - средняя температура паров топлива; R - газовая постоянная паров топлива; Р - давление насыщенных паров топлива; Р°°- парциальное давление паров топлива в воздухе.
Коэффициент Р находят эмпирически или на основании подобия процессов тепло- и массообмена.
При смесеобразовании в поршневых двигателях происходит неизотермическое испарение, когда температуры топлива и среды не равны. При этом возможны два вида испарения: низкотемпературное, когда температура среды ниже температуры кипения топлива, когда С/)(, (Тв - Тп)/£(, < 1, высокотемпературное, когда температура среды выше температуры кипения топлива и С/)(.( Г - T^/Lv > 1. Г и Г - температуры соответственно воздуха и стационарного испарения. Для высоких температур принимают Т = Т.
Низкотемпературный режим характерен для испарения капель и пленки топлива во впускных трубопроводах в двигателях с внешним смесеобразованием (например, карбюраторных ДВС).
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив эб ----------------—-------------------------------------------------------
Испарение топлива в ДВС происходит одновременно с теплообменом. Удельный тепловой поток за счет молекулярной теплопроводности и переноса массы описывают формулой
q = -Л grad Т + СРп iT, где q - удельный тепловой поток; Л- коэффициент теплопроводности; grad Т- градиент температур; СРп - удельная теплоемкость пара; i - удельный поток пара; СРп iT -учитывает диффузионную теплопроводность заторможенных капель в относительно неподвижной среде.
Конвективный теплообмен при движении капель топлива в воздушной среде и обдуве пленок выражают зависимостью
^ = -Agrad7’+CpBpw7;
где Ср в, рв, w и Т - соответственно удельная теплоемкость, плотность, скорость и температура среды (воздух).
Более простая зависимость, выраженная через коэффициент конвективной теплоотдачи ОС и температуру поверхности испарения капли Г ов, имеет вид
я = ^-тпов).
Аналитическое решение задачи тепло- и массообмена в ДВС чрезвычайно сложно. Поэтому эти процессы обычно изучают экспериментально применительно к конкретному типу двигателя и виду топлива. Для глубокого изучения теоретических основ испарения углеводородных топлив рекомендуется книга А. А. Гуреева и Г. М. Камфера “Испаряемость топлив для поршневых двигателей”: М.: Химия, 1982, 264 с.
3.2.2.	Смесеобразование
Смесеобразование - процесс приготовления в двигателе горючей смеси топлива с воздухом, требуемого состава. Состоит из последовательно или одновременно протекающих процессов испарения, распыления и смешения топлива с воздухом.
Качество горючей смеси зависит от способа смешения топлива с воздухом и физико-химических свойств топлива.
Влияние состава смеси на работу двигателя
Состав смеси характеризуют соотношением “воздух - топливо”, измеряемым коэффициентом избытка воздуха ОС. При уменьшении а< 1 увеличивается содержание топлива в цикловом заряде, а при а > 1 уменьшается. Теплота сгорания смеси, отнесенная к единице массы воздушного заряда (QJa  10), при а < 1 увеличивается и возрастает цикловая работа. При а> 1 удельная теплота сгорания и цикловая работа воздушного заряда уменьшаются.
3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
57
Бензиновый двигатель
Состав смеси влияет на составляющие технических потерь. Обогащение горючей смеси до a = 0,9... 1,0 снижает потери за счет улучшения динамики сгорания и увеличивает потери, связанные с изменением теплоемкости рабочего тела (рис. 3.2).
Рис.3.2. Зависимость технических потерь от состава смеси а.
- составляющая потерь из-за несовершенства сгорания;
Ддя.. - составляющая потерь из-за динамики сгорания;
Ддво - поставляющая потерь связанная с изменением теплоемкости рабочего тела.
На номинальных режимах работы при а= 0,80.. .0,95 за счет обогащения горючей смеси и повышенной скорости сгорания цикловая работа и мощность двигателя возрастают, а удельные расходы топлива снижаются (рис. 3.3).
При изменении коэффициента избытка воздуха от 1,0 до 0,8 мощность повышается приблизительно на 15 %. Обогащенная смесь, обеспечивающая получение максимальной мощности (Л^етах), называется мощностной. При дальнейшем
Рис. 3.3. Регулировочная характеристика бензинового двигателя в зависимости от состава горючей смеси.
„	Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
2>о "  j-'- ,|1111 ,-и 1 "-1	... ... j... .    - -j  	и........с..  ,   ,
обогащении горючей смеси (« < 0,8) существенно возрастает неполнота сгорания и ухудшается его динамика. Переобогащение смеси не увеличивает реальную теплоту сгорания смеси, т. к. избыточное топливо не сгорает, а технические потери уменьшают индикаторный КПД, снижают цикловую работу и мощность двигателя.
При обеднении горючей смеси («> 1,0) избыток воздуха обеспечивает полное окисление топлива, в связи с чем резко снижаются потери, обусловленные неполнотой сгорания. Кроме того, вследствие понижения температуры продуктов сгорания и увеличения содержания двухатомных газов - азота (N,) и кислорода (О,) в избыточном воздухе, уменьшаются потери, связанные с изменением теплоемкости рабочего тела. Минимум технических потерь обычно приходится на обедненную смесь с a = = 1,05... 1,15. Потери из-за ухудшающейся динамики сгорания компенсируются более полным сгоранием топлива и снижением теплоемкости рабочего тела. Такую смесь называют экономической.
Дальнейшее обеднение горючей смеси (а> 1,2... 1,25) приводит к неустойчивой работе двигателя вследствие неидентичности циклов и разного состава смеси в зоне формирования очага пламени. Некоторые колебания состава обогащенной смеси в зоне свечи зажигания не оказывают заметного влияния на воспламенение и скорость формирования пламени. Обедненная смесь ухудшает воспламенение, затягивает формирование пламени, и снижает тепловыделение. Максимальное давление и цикловая работа снижаются и возникают перебои в работе двигателя.
При пуске холодного двигателя или при перебоях в подаче топлива на холостом ходу возможны вспышки горючей смеси во впускном трубопроводе и карбюраторе. Вспышки являются следствием медленного развития процесса сгорания при поджигании свежего заряда горячими отработавшими газами.
Для эффективного энергообразования необходим минимальный разброс количественных характеристик дозирования топлива. Отклонение от оптимального состава горючей смеси в пределах ±5 % увеличивает удельный расход на 5. ..6 %.
Оптимальные составы смеси находятся в сложной зависимости от внешних условий и режимов работы двигателя.
При увеличении температуры, давления в зоне зажигания и энергии искрового разряда оптимальные значения «увеличиваются.
Способы смесеобразования
В зависимости от конструкции камеры сгорания и способа подачи мелкораспыленного топлива различают объемное, пленочное и объемно-пленочное смесеобразование.
Объемное смесеобразование происходит при впрыске топлива в мелкораспыленном виде непосредственно в объем воздушного заряда, где оно прогревается, испаряется, перемешивается с воздухом, образуя топливовоздушную смесь равномерного состава.
При объемном смесеобразовании используют неразделенные и разделенные камеры сгорания.
Неразделенные камеры выполняют в форме соответствующей форме топливных
3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
струй. Эти камеры обеспечивают высокое качество смеси, за счет равномерности распределения топлива в объеме воздушного заряда и требуемой мелкости распиливания под высоким давлением (50-180 МПа).
Раздельные камеры выполняют в форме двух объемов - предкамеры и основного объема, которые соединены одним или несколькими каналами.
Пленочное смесеобразование осуществляют в камере сгорания размещенной в поршне и имеющей форму узкой горловины (рис. 3.4 а), обеспечивающей вращательное движение заряда.
Объемно-пленочное смесеобразование осуществляют в камере цилиндрической формы, выполненной в поршне и наклоненной по отношению к оси цилиндра под углом 20° (рис. 3.4 б).
Рис. 3.4. Схемы камер сгорания с пленочным (а) и объемно-пленочным (б) смесеобразованием.
Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки, проявляемые через характеристики процессов воспламенения и сгорания и показатели эффективности двигателя.
Смесеобразование в бензиновом двигателе
Двигатели с принудительным воспламенением очень чувствительны к составу горючей смеси и резко ухудшают мощностные и экономические показатели при отклонении концентрации топлива в воздухе от оптимальной. Состав и однородность смеси также существенно влияют на токсичность отработавших газов.
Топливную смесь в бензиновом двигателе готовят в специальном устройстве -карбюраторе, либо путем впрыскивания бензина в воздушный заряд.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
60
Карбюраторное смесеобразование
Карбюратор (рис. 3.5) обеспечивает распиливание, частичное испарение топлива и смешение его с воздухом, а также дозирование топливовоздушной смеси по цилиндрам двигателя.
Рис. 3.5. Схема устройства карбюратора:
I - поплавковая камера; 2 - поплавок; 3 - воздушный патрубок; 4 - диффузор: 5 - распылитель:
б - дроссельная заслонка; 7 - жиклер.
Карбюратор работает по принципу эжекиии—создания разряжения ДР в узком сечении трубопровода за счет перепада давлений и преобразования потенциальной энергии воздуха в кинетическую. В результате происходит “подсасывание” и истечение
топлива в потоке воздуха.
ДР =РП-Р , л 0 д’
где Ро и Рд - давления воздуха в атмосфере и в диффузоре; С, и С, - скорости движения воздуха в начальном и узком сечениях диффузора, м/с; р - плотность воздуха, кг/м3.
Состав смеси регулируют в зависимости от режима работы двигателя в соответствии с оптимальными нагрузочными характеристиками карбюратора (рис. 3.6.).
Рис. 3.6. Типовая нагрузочная характеристика идеального карбюратора:
a “состав смеси соответствующий минимальному удельному расходу топлива (gcm.„);
н ~ состав смеси, соответствующий наибольшей мощности; GB -относительный расход воздуха; / -режим холостого хода; 2,3,4,5 -скоростные диапазоны от минимальной до номинальной частот вращения коленчатого вала (от и . дои ).
v mm ном7
_________________3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе_ 61
Экономичную смесь с а =1,1... 1,2 получают по мере увеличения нагрузки двигателя, обеспечивая минимальный удельный расход топлива («экон)- Максимальную мощность получают при обогащении смеси до а = 0,9...0,95. Предельное обогащение смеси на всех режимах работы ограничивают по условию допустимой токсичности отработавших газов. На режимах холостого хода (малые нагрузки, небольшой расход воздуха) вследствие увеличения в цилиндрах доли остаточных -газов, смеси обогащают до a = 0,9.. .0,95.
Энергия воздушного потока в карбюраторе обеспечивает распыливание и испарение топлива.
Степень гомогенизации и равномерность распределения смеси по цилиндрам во многом зависит от процессов, происходящих во впускном трубопроводе.
При малой скорости воздуха капли жидкого топлива оседают на стенках впускного трубопровода, образуя жидкую пленку. Количество топлива в пленке может достигать 25.. .35 % от общего его расхода.
При увеличении скорости воздуха более 20 м/с разрушается поверхность пленки, образуя мелкие капли, количество жидкой фазы уменьшается.
Жидкая пленка существенно ухудшает равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя до 15...25 %. Это приводит к изменению фракционного состава топлива и его антидетонационных свойств. Для уменьшения отрицательного влияния пленкообразования впускной трубопровод и смесительную камеру карбюратора обогревают. Для улучшения однородности смеси применяют сдвоенные и строенные диффузоры и многокамерные карбюраторы. Для кардинального решения проблемы гомогенизации смеси и пленкообразования топливо впрыскивают непосредственно в цилиндр двигателя, либо во впускной трубопровод.
Непосредственный впрыск топлива в цилиндр и послойное смесеобразование
Этот способ обеспечивает устойчивое воспламенение и сгорание бедных смесей в бензиновых двигателях за счет создания направленного вихревого движения заряда и впрыскивания топлива в цилиндр в таком направлении и момент, чтобы в зоне расположения свечи зажигания образовывалась область обогащенной смеси на любом режиме работы двигателя. Эта часть заряда, воспламенившись от искры, обеспечивает интенсивное распространение пламени по объему камеры сгорания с бедной смесью с коэффициентом избытка воздуха 2,5...3,5.
Двигатели с непосредственным впрыском и послойным смесеобразованием имеют высокую топливную экономичность и хорошие экологические свойства. За счет формы впускного трубопровода и направления оси впускного клапана создается интенсивное движение воздуха в камере "фасолевидного” типа, расположенный в поршне (рис. 3.7).
При малых нагрузках топливо впрыскивают в конце такта сжатия, что обеспечивает наибольшее расслоение заряда.
При увеличении нагрузки топливо впрыскивают в два этапа: в процессе впуска, и в конце такта сжатия. Первая фаза обеспечивает частичное насыщение всего воздуш-
62
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Рис. 3.7. Схема непосредственного впрыскивания бензина в цилиндр: 1 - форсунка: 2 - свеча зажигания.
ного заряда топливом. Вторая доза обогащает состав в зоне воспламенения. Средний состав горючей смеси а= 1,7...3,0.
При дальнейшем увеличении нагрузки увеличивают дозу при впуске, уменьшая пространственную неравномерность состава смеси при сохранении нужного обогащения запальной зоны. Средний состав смеси характеризуется (Х = 1,35...2,0.
В режиме полной нагрузки вся цикловая подача осуществляется в процессе впуска, обеспечивая равномерный по объему состав рабочей смеси и возможность ее полного сгорания при а, близком к стехиометрическому (а- 0,9... 1.0).
В двигателях с послойным смесеобразованием и непосредственном впрыске используются все преимущества сжигания бедных горючих смесей - повышение топливной экономичности (до 30 %), улучшение экологических показателей при повышенном уровне мощности и крутящего момента.
Впрыск топлива во впускной трубопровод
Этот способ (рис. 3.8) уменьшает гидравлические потери впуска и повышает коэффициент наполнения за счет создания инерционного наддува.
Эффективность смесеобразования зависит от согласования момента впрыскивания топлива с фазами впуска свежего заряда. Бензин впрыскивают циклически в виде отдельных порций или непрерывно. Циклическое впрыскивание состоит в синхронизации впрыска в зону впускного клапана с тактами рабочего цикла каждого цилиндра (фазированное впрыскивание), либо в виде группового впрыскивания парой или одновременно всеми форсунками.
Гомонизирование бензовоздушной смеси включает несколько стадий: дробление струй топлива на капли, прогрев и испарение капель, смешение с воздушным зарядом. Испарение топлива ускоряют впрыскиванием на стенки впускного трубопровода и горячего впускного клапана. До 80 % цикловой подачи топлива образуется из пленки. Остальное топливо испаряется с горячих поверхностей рабочей полости в процессе впуска и сжатия. Пленочный механизм испарения характерен и для внутри-цилиндрованного впрыска топлива.
3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
63
Рис. 3.8. Схема непосредственного впрыскивания бензина в зону впускного клапана:
1	- электромагнитная форсунка;
2	- впускной трубопровод;
3	- впускной клапан.
Организация вихревого движения топливовоздушной смеси
Трубулизация заряда ускоряет перемещение фронта пламени по гомогенной топливовоздушной смеси.
Вихревое движение достигают путем совмещения радикального перемещения
масс заряда с предварительно организованным вращательным движением, которое формируют установкой на тарелке клапана специальных направляющих или за счет придания впускному каналу в головке цилиндров улиткообразной формы. Поток смеси приобретает в них движение по спирали в течение всего процесса впуска (рис. 3.9).
Вследствие радиальных перетеканий заряда уменьшается его диаметральный размер и момент инерции. В соот-ветствии с законом сохранения момента количества движения сокращение момента инерции усиливает вращение без дополнительных затрат энергии.
В конце такта сжатия за счет радиального вытеснения заряда из объемов между поршнем и выступающими частями головки вращательное движение смеси усиливается, создавая в камере сгорания высокий уровень крупномасштабной турбулентности. При этом увеличивается скорость распространения пламени, повышается интенсив
Рис. 3.9. Схема формирования вихревого движения заряда.
ность и сокращается продолжительность тепловыделения.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Турбулизация заряда существенно улучшает анти детонационные свойства двигателей. Ускорение движения основного фронта обеспечивает нормальное сгорание смеси в периферийных зонах камеры сгорания, поскольку в них не успевают произойти самовоспламенение топлива и образоваться очаги детонации. На двигателях, в которых использовано усиленное вихревое движение заряда, оказалось возможным повысить степень сжатия без увеличения исходного октанового числа топлива (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Влияние интенсивности турбулизации заряда на степень сжатия и требуемое октановое число топлива.
Вихревые процессы на 10... 15 % расширяют пределы эффективного обеднения смеси, увеличивают оптимальные значения коэффициента избытка воздуха (а),уменьшают межцикловые колебания максимальных давлений при оптимальных регулировках по составу смеси и углу опережения зажигания.
Смесеобразование в дизельном двигателе
Смесеобразование в дизеле организуют в соответствии с особенностями его рабочего процесса:
•	воспламенение и сгорание происходит в гетерогенной топливовоздушной смеси, характеризующейся крайне неравномерными концентразионными полями;
•	общее соотношение “воздух - топливо”, оцениваемое коэффициентом избытка воздуха О'., не характеризует действительных условий сгорания;
•	процессы окисления паров топлива определяются локальными концентрациями топлива в воздухе, которые изменяются от а=°° на периферии струи до «=0 в ее ядре и а= 1 на поверхности отдельных капель;
•	скорость и полнота сгорания в наибольшей степени определяются микро- и макроструктурой заряда в рабочей полости.
Распиливание осуществляют путем впрыскивания топлива в камеру сгорания под высоким давлением и с большой скоростью. Возмущенное внутренними турбулентными пульсациями струя топлива дробится на капли, которые попадая в плотную воздушную среду, разбиваются на более мелкие частицы под действием сил аэродинамического сопротивления (рис. 3.11).
3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
65
Рис. 3.11. Формирование горючей смеси при смесеобразовании в дизеле:
1 - топливная струя; (яй) - капли топлива; 1111II - пары топлива (ОС —> О);
- смесь паров топлива с воздухом (ОС = 0,3—0,8); У/7\ - смесь паров топлива с воздухом, близкая к стехиометрическому составу (ос ~ 1); |	| — следы паров топлива в воздухе (ос —> <*>)
Начальные возмущения струи вызваны впрыскиванием и вибрацией стенок соплового отверстия и зависят от скорости истечения топлива, геометрической формы и размеров каналов. При высокой скорости истечения, усиливаются возмущения в струе топлива и возникают вихревые движения внутри струи и на ее периферии (турбулентность).
При выходе из соплового отверстия струя топлива, попадая в среду с меньшим давлением, расширяется и распадается на отдельные шнуры и капли (рис. 3.12).
Движущиеся с большой скоростью капли, испытывая лобовое сопротивление воздуха, принимают форму колец с тонкой пленкой в средней части. Впоследствии эти пленки прорываются, а кольца распадаются. Дробление капель продолжается до тех пор, пока силы поверхностного натяжения не станут больше суммарных сил, вызывающих изменение размеров капли.
5 Заказ № 2029
66
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
о
Рис. 3.12. Схема распиливания топлива.
Распыленное топливо имеет широкий спектр размеров капель, которые в пространстве распределяются неравномерно.
Требуемая дисперсность струи зависит от давления и скорости истечения из
сопла.
С увеличением давления впрыскивания средний диаметр капель уменьшается, что благоприятно влияет на испарение и сгорание топлива. Мелкость распиливания улучшается также при уменьшении диаметра сопловых отверстий и длины соплового
канала.
Макрораспределение распыленного топлива по объему камеры сгорания зависит от скорости перемещения фронта топливной струи и ее дальнобойности (рис. 3.13). Равномерная макроструктура заряда, необходимая при объемном смесеобразовании, достигается только в том случае, если за время задержки воспламенения струя распыленного топлива распространится вплоть до стенки камеры сгорания. Скорость перемещения фронта струи и ее дальнобойность возрастают при увеличении давления впрыскивания и снижения противодавления струи. Дальнобойность увеличивается с ростом диаметра сопловых отверстий.
Рис. 3.13. Динамика развития струи при впрыскивании:
IV - скорость перемещения фронта топливной струи; L - длина струи в каждый момент времени г, В - ширина струи.
3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
Повышение давления впрыскивания благоприятно сказывается на мелкости распиливания топлива и позволяет “простреливать” весь объем воздушного заряда за период задержки воспламенения.
Вместе с тем, повышение давления впрыскивания увеличивает скорость распространения струи, способствует оседанию топлива на стенках камеры сгорания, затрудняет его воспламенение и сгорание, увеличивает выброс несгоревших углеводородов и образование отложений.
Высокое давление впрыскивания повышает число мелких капель, которые ыстро теряют свою скорость и концентрируются вблизи распылителя форсунки. Это приводи! к закоксоваванию распылителей.
Давление впрыска увеличивают при наддуве. Сокращение продолжительности впрыскивания увеличивает цикловую дозу топлива.
Таким образом основным условием качественного распиливания и оптимального макрораспределения топлива по объему камеры сгорания в дизеле является создание и поддержание в течение всего процесса впрыскивания наивыгоднейшего давления впрыскивания, которое достигает в современных двигателях с наддувом 150... 180 МПа.
Организация вихревого воздушного заряда в дизеле
Вихревое движение воздушного заряда в цилиндрах дизельного двигателя обеспечивает равномерное распределение топлива, впрыскиваемого форсунками и ускоряет процесс его испарения.
Вращательное движение масс воздушного заряда вокруг оси цилиндра вызывает снос шлейфов топливных струй и наполнение парами свободного сектора между ними. Движение инициируют во впускных каналах специальной формы, которые закручивают поступающий в цилиндр воздушный заряд и сообщают ему определенный момент количества движения. Для сильной закрутки применяют винтовые впускные каналы.
Скорость вращательного движения, приобретенная зарядом во время впуска, в процессе сжатия затухает вследствие трения воздуха о неподвижные детали.
По мере приближения поршня к ВМТ воздух вытесняется из объемов между выступающими периферийными частями поршня и головкой и перетекает в радиальном направлении в углубленную камеру. Радиальное движение, наложенное на вращение основного вихря, увеличивает угловую скорость вращательного движения заряда.
В результате сложения вращательного, радиального и осевого движения в камере образуется тороидальный вихрь вокруг вертикальной оси камеры. Угловая скорость вихря должна иметь строго определенное значение. “Недозавихривание” или “пере-завихривание” влияет на равномерность распределения топлива по воздушному заряду и на показатели рабочего процесса дизеля (рис. 3.14).
Наряду с макродвижением заряда на рабочий процесс влияют пульсационные составляющие скорости, образующиеся при общей турбулизации. Пульсации ускоряют молярный массоперенос топливной струи и интенсифицируют диффузионные процессы в завершающих стадиях горения.
68
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
а)
Рис. 3.14. Влияние интенсивности вихревого движения заряда на показатели рабочего процесса дизеля.
Мелкость распиливания и динамика развития топливной струи
Мелкость распиливания определяет микро- и макроструктуру рабочей смеси, от которых зависят процесс воспламенения, скорость и полнота сгорания в дизеле.
Мелкие капли с диаметром 12-15 мкм испаряются за очень короткое время в непосредственной близости от сопла, что ухудшает равномерность распределения топлива по объему камеры. При высокой скорости испарения пары малых капель диффундируют в окружающий воздух до того, как оптимальные по составу зоны успеют прогреться до температуры самовоспламенения. При высокой дисперсности распиливания растет задержка воспламенения и возможно самовыключение дизеля.
Крупные капли с диаметром 15-50 мкм успевают частично испариться за период задержки воспламенения. Вокруг них образуется паровая оболочка, в центре которой находится жидкое ядро. Жидкие остатки, продолжая ускоренно испаряться после появления очагов воспламенения, успевают полностью прореагировать с кислородом воздуха и продвинуться в удаленные зоны камеры сгорания.
Очень крупные капли с диаметром выше 50-100 мкм испаряются медленно и образуют жидкий остаток, который нагревается без доступа кислорода, образуя частицы сажи. Крупные капли повышают дальнобойность струи и ухудшают равномерность ее макроструктуры. Капли диаметром более 100 мкм вызывают чрезмерное дымление двигателя.
Для полного и своевременного сгорания в дизеле оптимальная мелкость распиливания от 15 до 50 мкм.
Мелкость распиливания зависит от давления впрыскивания, от противодавления среды, диаметра сопловых отверстий форсунки и отношения длины соплового отверстия к его диаметру. При малой скорости перемещения фронта струи основной массив капель топлива к моменту воспламенения сосредотачивается в центральной части камеры сгорания. В этих зонах образуется обогащенная смесь, в то время как периферийный воздух остается неиспользованным. При быстром продвижении струи
3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
69
значительная часть жидкого топлива достигает стенок камеры сгорания, что затрудняет его дальнейшее испарение и сгорание.
При объемном смесеобразовании требуется равномерная макроструктура заряда. Она достигает в том случае, если за период задержки воспламенения головная зона топливной струи распространится на весь объем камеры сгорания и приблизится к ее стенкам, не сходит с ними в контакт.
Динамика развития топливной струи определяется кинетической энергией капель топлива и степенью их торможения в воздушном заряде. Интенсивность перемещения фронта струи возрастает при увеличении давления распыливания и скорости истечения топлива из сопловых отверстий. Дальнобойность струи растет при увеличении диаметра сопловых отверстий. Оптимальное сочетание этих факторов формирует наивыгоднейшие условия, при которых весь объем воздушного заряда “простреливается” топливной струей за время задержки воспламенения, обеспечивая максимальное использование в цилиндре воздуха.
Динамика развития топливных струй изменяется на разных режимах работы двигателя и влияет на длительность периода задержки воспламенения. Скорость продвижения топливных струй существенно изменяется на частичных скоростных и нагрузочных режимах при уменьшении давления впрыскивания, что затрудняет охранение требуемых показателей эффективности.
3.2.3.	Наддув
Наддув предназначен для обеспечения сгорания увеличенной дозы топлива и повышения цикловой работы двигателя.
При естественном всасывании атмосферного воздуха удельная эффективная цикловая работа поршневого ДВС (выраженная в не может превышать для бензинового двигателя 0,8-1,0 МПа, для дизелей 0,7 МПа. Повышение плотности воздуха при помощи наддува на впуске путем его предварительного сжатия позволяет увеличить воздушный цикловой заряд (рк  pv), а при пропорциональном увеличении подачи топлива - увеличить удельную эффективную работу (Ре)
Ре = -Д-  рк  pv  Pi • рм МПа,
где Qk - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; /о - количество воздуха, теоретически необходимое для полного окисления одного кг топлива; pv - коэффициент наполнения; р - плотность воздуха после компрессора, кг/м3; а- коэффициент избытка воздуха; р., р - соответственно индикаторный и механический КПД двигателя.
Плотность воздуха рк после компрессора зависит от давления наддува Рк и температуры Г
р.
RTK
где R - газовая постоянная, Дж/кг • К.
Глава 3, Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
70
В результате политропического сжатия воздух в компрессоре нагревается и для достижения заданной цикловой работы требуется повышение давления наддува, либо охлаждение наддувного воздуха (ОНВ), что требует дополнительных затрат энергии. Требуемый уровень форсирования двигателя -целесообразно осуществлять при минимальном давлении наддува.
Для привода центробежных компрессоров, обеспечивающих сжатие рабочего тела, используют энергию коленчатого вала двигателя (механический наддув) либо энергию выпускных газов (газотурбинный наддув).
Газотурбинный наддув наиболее результативный способ повышения эффективности силовых установок (рис. 3.15).
Рис.3.15. Схема газотурбинного наддува поршневого двигателя:
1 - компрессор; 2 - турбина: 3 - выпускной трубопровод; 4 - цилиндр.
Отработавшие в двигателе газы вращают турбину и отдают часть своей энергии рабочему колесу, которое связано с ротором компрессора. Компрессор сжимает атмосферный воздух (или горючую смесь) и нагнетает его во впускной трубопровод двигателя и цилиндры.
Газотурбинный наддув повышает удельную цикловую работу до Р = 1 Л... 1,7 МПа и экономические показатели двигателя (табл. 3.2, 3.3).
В отличие от дизелей в бензиновом двигателе сжатию подвергается подготовленная в карбюраторе топливовоздушная смесь, которая вследствие дополнительного нагрева и окисления в условиях наддува приобретает способность к самовоспламенению и детонационному сгоранию. Повышение склонности к детонации вынуждает ограничить давление наддува, снизить степень сжатия, что обусловливает снижение эффекта от применения наддува.
3.2. Испарение топлива и смесеобразование в двигателе
71
Таблица 3.2
Основные параметры дизелей с газотурбинным наддувом
Параметры	Дизели легковых автомобилей		Дизели грузовых автомобилей	
	без ОНВ*	с ОНВ	без ОНВ	с ОНВ
Диапазон номинальной мощности, кВт	50...250		100...400	
Номинальная частота вращения коленчатого вала, мин’1	4000...4500		1800...2400	
Степень сжатия	16...17	15...16	15...16	15...16
Максимальное среднее эффективное давление, МПа	1,0...1,1	1,1...1,2	1,1...1,4	1,4...2,1
Литровая мощность, кВт/л	28...32	30...32	25...27	26...30
Минимальный удельный расход топлива, г/(кВтч)	220...230	210...220	190...210	185...200
Удельная масса, кг/кВт	2,0...3,0	2,0...3,0	3,0...3,5	2,5...3.0
* ОНВ - охлаждение наддувочного воздуха.
Таблица 3.3
Основные параметры бензиновых двигателей с газотурбинным наддувом
№ п/п	Параметры	Значение параметров
1	Диапазон мощности, кВт	100...300
2	Номинальная частота вращения коленчатого вала, мин’1	5000... 6000
3	Степень сжатия	8,5...9,0
4	Среднее эффективное давление, МПа	1,30... 1,74
5	Литровая мощность, кВт/л	60...80
6	Минимальный удельный расход топлива, г/(кВтч)	250...265
7	Удельная масса, кг/кВт	1,0...1,4
3.3. Испаряемость топлив
Испаряемость - химмотологическое свойство, характеризующее особенности и результат процесса перехода топлива из жидкого состояния в парообразное.
.р ______Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив_
3.3.1.	Теплофизические характеристики топлив
Процессы испарения в смешения топлива с воздухом связаны с подводом или отводом теплоты, поэтому на их эффективность оказывают влияние теплофизические характеристики топлив: энтальпия, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, теплота парообразования, коэффициент диффузии.
Энтальпия жидкого топлива (hT) — количество тепла, необходимое для нагревания топлива с 273 К до температуры Т. Приближенно hT можно определить в зависимости от температуры / (в °C) по формуле:
hT = (1,7/ + 0,0017/2)/-^Г.
Энтальпия паров углеводородов при атмосферном давлении в кДж/кг:
h°n = (214 + 0,456/ + 0,000587/2 )(4 - d”) - 310.
Удельная теплоемкость жидких углеводородов находится в интервале 1,3-2,5 кДж/(кг  К). Может быть подсчитана при температуре 0 °C по эмпирической формуле
С =1 iJd'5 еГ,0 1>'У£Ч5-
При других температурах
СТ t — Су q (1 + 0,00/).
Удельная теплоемкость паров при 0 °C составляет Ср0 = 1,5-1,7 кДж/кг • К, при других температурах можно рассчитать по формуле:
cr, = Qo(1 + 1’2-lo'W
Коэффициент теплоемкости ж идких топлив Лт0 в Вт/(м  К) может быть рассчитан по формуле
ЛтО=0,117/г/|155,
а при температуре в интервале 0-200 °C
Л = ЛП(1 - 1,1 -IO3/), т т.(Л ’	'
Коэффициент теплопроводности паров топлив при обычных условиях можно определить, пользуясь зависимостью (в кДж/м • с  К)
Л . = 6,3р ПС„ ., п,0	5 *п0 Р,пО’
где рг(. - динамическая вязкость паров топлива, кг/(м  с).
С повышением температуры Хп увеличивается
3.3. Испаряемость топлив
73
П = 1,7 -2.
Теплота парообразования топлив L зависит от их состава и температуры. При обычных условиях £v0 примерно равна (в кДж/кг) для бензинов 290-315, для керосинов 250-270, для дизельных топлив 190-230.
Коэффициент диффузии паров Дп (м2/с) зависит от температуры и давления
Дп — Дп$
р ’
где Дпй - коэффициент диффузии паров при обычных условиях (Го и Ро). Дп уменьшается с увеличением молекулярной массы Л/. Для паров бензинов Да ~ 8,5 -10 м2/с, для паров дизельного топлива Дп ~ 7,3  10 м2/с.
Коэффициент диффузии паров топлива в воздух зависит от скорости (vv) воздуха
Дп Дп,о'^1П1_р /р
гдеДп и, и Д,о~ коэффициенты диффузии паров топлива соответственно в подвижный и неподвижный воздух; PswP- соответственно давление насыщенных паров топлива и парциальное давление в топливовоздушной смеси.
Кроме перечисленных параметров испаряемость топлив зависит от вязкости и поверхностного натяжения.
3.3.2.	Стандартные показатели испаряемости
Испаряемость топлив оценивают показателями фракционного состава и летучести.
Фракционный состав показывает содержание в топливе отдельных фракций, выкипающих при перегонке топлива в заданном интервале температур в стандартных условиях испытаний.
Выражают фракционный состав в объемных или массовых процентах выкипания при нагревании до определенной температуры, либо температурой выкипания определенной фракции.
Летучесть характеризует способность переходить в паровое состояние -“улетучиваться”.
Показатели фракционного состава:
•	температура начала перегонки;
•	температура выкипания 10,20, 90, 96 %;
•	температура конца перегонки;
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
74
•	объем остатка, неперегнанного топлива в стандартных условиях;
•	объем потерь при перегонке.
Наряду с этими традиционными показателями последнее время в стандартах на автомобильные бензины введены новые показатели фракционного состава:
•	объем испарившегося бензина (%) при температуре: 70 °C, 100 ° С и 180 °C.
Показатели летучести:
•	потери от испарения, %;
•	давление насыщенных паров при 38 °C, гПа;
•	склонность к образованию паровых пробок;
•	индекс паровой пробки;
•	индекс испаряемости.
Выбор показателей для оценки испаряемости зависит от химического состава топлива.
Испаряемость бензина
Для оценки влияния фракционного состава на работу'двигателя фракции бензина условно делят на три части: пусковая, рабочая и концевая (рис. 3.16).
Температурные пределы перегонки, °C
Рис. 3.16. Основные фракции бензина.
Пусковые качества бензина характеризуют температурой перегонки 10 % и 20 % и количеством фракции, выкипающей до 70 °C.
Температура перегонки 10 % (об.) характеризует пусковые качества бензина и склонность к образованию паровых пробок.
При пуске холодного двигателя в системе смесеобразования испаряется лишь
небольшая часть бензина, его самые легкие фракции. Остальная часть бензина попадает
в цилиндры двигателя при пуске в виде жидкой пле11ки, в которой отсутствуют легкие фракции (рис. 3.17).
Если в бензине недостаточно легких фракций, то бензиновоздушная смесь может оказаться вне пределов воспламенения и двигатель не заведется. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше требуется легких фракций.
3.3. Испаряемость топлив
75
Рис. 3.17. Фракционный состав автомобильного бензина и жидкой пленки:
1 - автомобильный бензин: 2 - жидкая пленка.
Пусковые свойства автомобильных бензинов характеризуют также температурой выкипания более тяжелой фракции - 20 %, и количеством бензина, выкипающим до 70 °C (рис. 3.18).
Температура 20% выкипания, °C
Рис. 3.18. Изменение области возможного запуска двигателя от температуры воздуха и фракционного состава автомобильных бензинов:
А - область, в которой возможен пуск холодного двигателя:
Б - область, в которой невозможен пуск холодного двигателя
0	8	16	24	32	40
Кол-во фракций, выкипающих до 70°С, %
76
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Зависимость предельной температуры воздуха возможного запуска холодного двигателя (tB +98/С) от температуры выкипания 20 % бензина О,о%) имеет линейный вид
zb = —z2o% -55,0.
»	2	°
С увеличением содержания фракций бензина, выкипающих до 70 °C, температура возможного запуска холодного двигателя резко снижается (не линейно).
Для запуска карбюраторного двигателя необходимо, чтобы температура перегонки 10 % и температура воздуха находились в следующей зависимости:
^1,25^ + 59);
'fi = 0,5/I0%-50,5,
где /[0%- температура перегонки 10 % бензина; 1в - минимальная температура воздуха, при которой возможен запуск холодного двигателя.
Температурные условия пуска холодного карбюраторного двигателя на бензине разного фракционного состава показаны на рис. 3.19.
На прогретом двигателе часть легких фракций может испариться в бензопроводах и образовать паровые пробки, которые вызовут перебои в подаче бензина.
40	60	80	100
Температура выкипания 10%, "С
80	100	120	140
Температура выкипания 50%, °C
160	180	200	220
Температура выкипания90%, °C
Рис. 3.19. Влияние фракционного состава бензина на запуск карбюраторного двигателя
3-3. Испаряемость топлив
77
Температура перегонки 50%-ной фракции топлива характеризует скорость прогрева двигателя, устойчивость его работы на малых оборотах и приемистость. Если температура перегонки 50%-ной фракции высока, то испарение происходит неполно и с небольшой скоростью; горючая смесь получается обедненной, прогрев двигателя затягивается, двигатель на малых оборотах работает неустойчиво, а приемистость его
ухудшается.
Приемистость двигателя предопределяет динамические качества машины, ее
способность преодолевать подъемы без переключения передачи и небольшую длину разгона. На рис. 3.20 приведена зависимость между динамичностью автомобиля и температурой перегонки 50 % (об.) бензина. За 100 % динамичности условно принята динамичность автомобиля при работе двигателя на бензине с /50% = 90 °C. По мере повышения этой температуры динамичность автомобиля падает и при применении
бензина с /50%= 150 °C составляет всего 50 %.
Рис. 3.20. Зависимость динамичности и времени прогрева двигателя автомобиля от температуры перегонки 50 % (об.) бензина:
1 - динамичность; 2 - время прогрева.
Температура перегонки 90 %-ной фракции и температура конца перегонки характеризуют наличие в бензине тяжелых фракций, которые не успевают испариться во впускном трубопроводе и доиспаряются в цилиндрах двигателя. Если тяжелых фракций много и температура их кипения высока, то они останутся в жидком состоянии. В результате
этого мощность двигателя упадет, повысится
удельный расход топлива и увеличатся рабочие износы двигателя вследствие смывания
масла и разжижения его топливом.
Увеличение температур выкипания 50 % (об.) и конца кипения снижает скорость набора оборотов двигателя и, соответственно, мощности (табл. 3.4).
Таблица 3.4
Влияние фракционного состава бензина на достигаемое число оборотов двигателя при различном времени открытия дроссельной заслонки
Время работы двигателя с момента начала запуска, с	Температурные пределы выкипания фракции; - t конца кипения, °C				
	97-171	107-175	112-180	120-182	128-186
0	0	0	0	0	0
0,125	9	9	8	7	7
0,250	23	23	20	18	19
0,375	44	41	40	38	36
0,500	70	68	66	60	59
0,625	100	100	95	88	86
0,750	136	132	131	130	120
0,875	176	172	165	162	159
1,000	221	211	203	203	200
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топпив
78
Объем остатка в колбе (количество не испарившегося при перегонке бензина) характеризует наличие в бензине тяжелых, трудиоиспаряемых углеводородов и примесей, которые оказывают вредное влияние на работу' двигателя. Как правило, эти остатки, попадая в двигатель, полностью не сгорают и увеличивают удельный расход топлив и рабочие износы двигателя.
Объем потерь при перегонке характеризует склонность бензина к испарению при транспортировании и хранении. Повышенные потери при перегонке свидетельствуют о наличии особо легких фракций в бензине, которые будут интенсивно испаряться при транспортировании и хранении, особенно в жаркое время года.
Давление насыщенных паров дополняет информацию фракционного состава об испаряемости бензина. По величине давления насыщенных паров можно судить о пусковых свойствах бензина, о склонности бензина к образова! шю в топливной системе двигателя паровых пробок, о возможных потерях от испарения. Давление насыщенных паров измеряют в Па и мм.рт.ст.:
1 Па = 7,5024 Ч 10 3 мм рт.ст. = 1,02 Ч 10~5 кгс/см2.
Давление насыщенных паров топлив неоднородного углеводородного состава зависит от состава, температуры и соотношения жидкой и паровой фаз.
Зависимость давления насыщенных паров углеводородных топлив от температуры часто представляют в виде прямой в полулогарифмических координатах, определяемых по формуле:
А lgFH= — +д,
где Т- абсолютная температура; А и В — постоянные (табл. 3.5).
Таблица 3.5
Значения постоянных А и В
Топливо	Пределы температур, °C	А	В
Бензины автомобильные зимние	14-50	1826	10,583
То же	50-84	1977	11,061
Бензины автомобильные летние	18-50	1766	10.298
То же	50-90	2107	11,161
Топливо дизельное А	106-200	2360	6,659
То же	40-200	1715	8,502
Топливо дизельное 3	20-100	871	6,299
То же	100-200	1676	8,454
Топливо дизельное Л	110-205	3030	8,464
Зависимость давления насыщенных паров некоторых марок автомобильных бензинов от температуры в обычных и полулогарифмических координатах показана на рис. 1.21.
3.3. Испаряемость топлив
79
Температура, °C
Температура, °C
Рис. 3.21. Зависимость давления насыщенных паров бензинов от температуры: a - в обычных координатах; б - в полулогарифмических координатах.
Влияние соотношения паровой и жидкой фаз на величину давления насыщенных паров объясняют следующим. Когда объем паровой фазы по сравнению с объемом жидкой фазы невелик, то того количества легкоиспаряющихся углеводородов, которое содержится в бензине, бывает вполне достаточно, чтобы насытить паровую фазу. В этом случае при насыщении состав жидкой фазы практически не изменяется, и в равновесии находятся пар и бензин первоначального состава. Когда объем паровой фазы значительно превышает объем жидкой фазы, тогда для насыщения расходуется значительное количество легкоиспаряющихся углеводородов, при этом состав жидкой фазы меняется. В состоянии насыщения паровая фаза находится в равновесии с жидкостью уже измененного состава. Давление насыщенных паров в этом случае отличается от давления насыщенных паров, определенного при небольшом объеме паровой фазы.
С увеличением отношения паровой фазы к жидкой определяемое давление насыщенных паров будет уменьшаться.
Чем выше давление насыщенных паров, тем больше потери бензина при хранении и сливе-наливе, (табл. 3.6).
Зависимость возможного пуска двигателя от давления насыщенных паров бензинов и температуры воздуха показана на рис. 3.22.
Таблица 3.6
Потери бензина в зависимости от давления насыщенных паров
Давление насыщенных паров, мм рт. ст.	Потери при сливе-наливе, % по объему	Потери при наземном хранении за год, % по объем}'
210	0,03	0,25
360	0,05	1,30
425	0,07	2,10
745	0,12	-
80 --
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
При понижении давления насыщенных паров до 250 мм рт.ст. пусковые свойства бензинов ухудшаются, а при дальнейшем снижении запуск двигателя становится невозможен. Товарные автомобильные бензины должны иметь давление насыщенных паров не менее 250 мм рт.ст. (в стандартных условиях).
Давление насыщенных паров, мм рт. ст
Рис. 3.22. Зависимость возможного пуска двигателя, от давления насыщенных паров бензина и температуры воздуха:
А - область, в которой пуск возможен: Б  область, в которой пуск не возможен.
Влияние бутанов на пусковые свойства бензинов. При добавлении в бензин бутановых углеводородов пусковые свойства бензинов улучшаются непропорционально изменению отдельных показателей их испаряемости. Пусковые свойства бензина, содержащего бутан, лучше пусковых свойств без бутана, при равных давлении насыщенных паров и температуры перегонки 10 %. Предложенные выше формулы дают завышенную температуру воздуха, при которой возможен холодный пуск двигателя. Присутствие бутана в бензине снижает температуру начала кипения бензина.
Скорректированная формула для определения минимальной температуры воздуха, при которой возможен запуск холодного двигателя на бензине, содержащем бутан, имеет вид:
t =	50,5+	- 50)
2	3
Испаряемость дизельного топлива
Испаряемость дизельных топлив оценивают только фракционным составом, который изменяется в широком интервале температур:
Температура, °C	Топливо		
	расширенного фракционного состава	утяжеленного фракционного состава	стандартное по ГОСТ 305-82
начала перегонки	60-90	200	180-200
10%	120-150	240	210-230
50%	280	290	256-280
90%	360	360	300-330
96%	380	380-400	до 360
3.4. Воспламенение и сгорание
81
Единичные показатели фракционного состава нормируют в зависимости от состава и предназначения топлива.
Для топлив, включающих бензиновые фракции или газовые конденсаты, с цепью ограничения количества легких фракций и улучшения воспламеняемости нормируют температуры начала перегонки и 10 % выкипания. Для топлив с улучшенными экологическими характеристиками нормируют температуру выкипания 96 % или конца кипения. Испаряемость топлив из прямогонных соляровых фракций оптимизируют двумя точками фракционного состава: 50 % и 96 % выкипания.
В связи с тем, что при атмосферном давлении трудно определить температуру конца кипения или 96 % выкипания, в некоторых стандартах определяют температуру перегонки 90 % или 85 % топлива.
Характеристики фракционного состава дизельного топлива влияют на качество смесеобразования: воспламеняемость, склонность к образованию отложений и др.
Облегчение фракционного состава, т. е. снижение температуры начала перегонки, 10 % выкипания и температуры перегонки 96 % повышают жесткость работы двигателя, затрудняет его пуск и увеличивает период задержки воспламенения легких углеводородов по сравнению с тяжелыми.
Утяжеление фракг(1юнного состава, т. е. повышение температуры выкипания 90 % и 96 % приводит к неполному испарению топлива в процессе смесеобразования, и снижению теплоты сгорания по сравнению с легкими углеводородами, и ухудшению экономичности двигателя. Несгоревшие тяжелые фракции топлива, стекая по стенкам цилиндра смывают масло и увеличивают износ цилиндропоршневой группы, а также вызывают разжижение масла в картере двигателя. Тяжелые фракции дизельного топлива положительно влияют на его воспламеняемость за счет снижения температуры самовоспламенения нестабильных тяжелых углеводородов.
Таким образом, недостаточную самовоспламеняемость легких фракций в дизельном топливе в определенной степени можно компенсировать хорошей самовоспламеняемостью тяжелых фракций углеводородов алканового строения.
Исходя из этого, перспективным решением топливной проблемы дизелизации автомобильного парка является использование единого дизельного топлива с температурой начала кипения 60-80 °C и температурой перегонки 90 % - 360 °C.
3.4.	Воспламенение и сгорание
3.4.1.	Механизм воспламенения и сгорания углеводородных топлив
Воспламенение и горение топлива представляют собой сложный комплекс физико-химических процессов, связанных с возникновением и распространением реакций окисления топлива кислородом, сопровождающихся интенсивным выделением теплоты и световым излучением.
Воспламенение - начальная стадия процесса горения, возникающая под воздействием высоковольтного электрического разряда в двигателе с принудительным воспламенением, либо в результате самовоспламенения топливной смеси под воздействием высоких температуры и давления в процессе сжатия в дизеле.
6 Заказ № 2029
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
82
Горение — последующая за воспламенением стадия превращения топлива, связанная с распространением пламени в пространстве и световым излучением вследствие процессов переноса теплоты и активных химических продуктов окисления.
Горение в ДВС- периодический и циклический процесс, каждый акт которого развивается в условиях прогрессивного самоускорения, связанного с повышением температуры и накоплением активных промежуточных продуктов окисления.
Условия воспламенения и распространения пламени:
•	топливо должно находиться в паровом или газообразном фазовом состоянии;
•	концентрация топлива в смеси с воздухом должно быть в пределах воспламенения;
•	скорость накопления теплоты и активных продуктов реакции должна обеспечивать прогрессивное самоускорение реакций.
В зависимости оттого, какие причины вызывают прогрессивное самоускорение реакции в процессе воспламенения, различают тепловое, цепное и цепочно-тепловое воспламенение.
Тепловое воспламенение - причиной является накопление тепла.
Цепное воспламенение — причиной является накопление активных центров реакции, обусловленное развет вленным цепным механизмом, приводящим к быстрому нарастанию скорости реакции.
Цепочно-тепловое воспламенение имеет место в том случае, когда медленно развивающаяся цепная реакция самоускоряется сначала в результате образования активных продуктов, а затем за счет накопления выделяющегося тепла.
Скорость цепной реакции К зависит от времени V.
Сцр= У0[е«ррт -1)/фг], где j - коэффициент, характеризующий интенсивность развития цепей и зависящий от давления и температуры.
Когда скорость развет вления цепей больше скорости обрывов, реакция самоускоряется по экспоненциальной зависимости. На первых стадиях реакции происходит накопление активных центров и скорость реакции возрастает до некоторой начальной скорости V , после чего развивается по экспоненте и заканчивается воспламенением.
Время, в течение которого скорость достигает значения Кач, называется периодом индукции /)н:
При уменьшении период индукции увеличивает ся. При = 0 скорость реакции изменяется линейно: К = Vot. При ф < 0 реакция не способна ускоряться.
Температуру воспламенения смеси можно определить из анализа процесса накопления системой тепла. Количество тепла в микрообъеме зоны разряда, выделившегося в процессе химической реакции, равно:
2выл =	-
3.4. Воспламенение и сгорание
83
где q - тепловой эффект химической реакции; нс - объем реагирующей смеси, К -скорость реакции.
Скорость химической реакции, как функции температуры Т и концентраций реагирующих веществ ах, а2, равна:
аха2Кйехр\ E/RT].
Тогда:
2вь,д= ^о"1«2гЛехР[ E/RT].
Количество тепла, отводимого из зоны реакции за счет рассеивания:
Qm= psT(Tp TJ,
где (J - суммарный коэффициент теплоотдачи; 5. - площадь теплопередачи; Г -температура в зоне реакции; То-температура окружающей среды.
Взаимное расположение скорости тепловыделения (?ЕЫ , и скорости теплоотвода Qons (рис. 3.23) показывает, что температура воспламенения Г соответствует точке их касания. Если скорость тепловыделения выше скорости теплоотвода, воспламенение произойдет. Если скорость теплоотвода выше скорости тепловыделения, воспламенения не будет.
Температура воспламенения будет тем ниже, чем выше начальная температура смеси Т, больше теплота сгорания и меньше коэффициент теплоотдачи.
Рис. 3.23. Зависимость скорости тепловыделения £2 и скорости теплоотдачи Оотв от температуры в процессе воспламенения топлива.
Химические превращения углеводородов в процессе воспламенения и горения
В ДВС воспламенение и горение развивается как единый процесс, в котором условно можно выделить несколько зон и направлений.
Низкотемпературная зона:
•	окислительный распад углеводородов и образование гидроперекисных радикалов:
RH+O^-yR» +НОО»
О
стенка
RCHO -> R-C-Oo +НО* о2
R»+O2 —> RO-O* и др.
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
84
•	образование гидроперекисей:
ROO*+R{H -> ROOH+R,
•	изомеризация и распад перекисных радикалов:
изомеризация ROO* ------------> RCHO I
распад <-----------i
развлетвление
RH+R'OO
R42Hfi
распад
R"*+HCHO
+RH
R"CH2OH+R
+ог
изомеризация ф распад
CO.+R-O»
•	распад гидроперекисей и образование свободных радикалов, начало новых реакционных цепей:
R»+HO»+HCHO
RCH2OOH
RCHfi^+HO*
Высокотемпературная зона (крекинговая):
Образование свободных радикалов при высокотемпературном разложении углеводородов:
R*+H®
RH^
R{H»+R2H»
Разложение свободных радикалов высокотемпературного окисления:
R» R}»+R2H (непредельный);
ROO* -> R,O»+R2CHO;
R,O» R2»+CHO.
Воспламенение от искры, факела или фронта пламени, а также высокотемпературное самовоспламенение происходят только тогда, когда становится возможным термический распад молекул (крекинг), который является источником образования активных радикалов, участвующих в последующих стадиях термоокислительных предпламенных превращений.
3.4. Воспламенение и сгорание
85
Именно кинетика предпламенных химических реакций предопределяет возникновение детонационного сгорания в бензиновых двигателях или жесткую работу дизелей.
При наличии мощного источника зажигания (бензиновый двигатель) или в случае высокой начальной температуры смеси (дизель) происходит разрыв внутримолекулярных связей углеводородов с образованием свободных радикалов, которые выполняют роль инициаторов развития цепной реакции. При высокотемпературном воспламенении осуществляется быстрый переход цепного самоускорения реакции в самоускорение, вызванное разогревом смеси.
В поршневых двигателях воспламенение и горение протекают по цепочнотепловому механизму.
При искровом зажигании инициатором цепных реакций являются активные атомы и ионы, которые возникают при электрическом разряде. Развитие химических реакций происходит за счет экзотермических реакций окисления. Выделение тепла увеличивает скорость цепных реакций и рождение новых активных центров.
Распространение пламени
Пламя распространяется из зоны воспламенения в свежие участки топливовоздушной смеси путем диффузии активных центров воспламенения и теплопроводности.
Пламя может перемещаться сплошным фронтом, имеющим определенные ширину зоны и скорость, что характерно для гомогенных (однородных) горючих смесей при ламинарном и слаботурбулентном движении (рис. 3.24).
Рис. 3.24. Модель фронта пламени при ламинарном горении гомогенных смесей:
1 - изменение температуры; 2 - изменение концентрации исходных веществ, Тк - температура воспламенения; Т - максимальная температура горения; 5 - ширина химической зоны пламени
(от Ти до Твс); 6 -- ширина фронта пламени; 5п- полная тепловая ширина зоны пламени (от Т„ до
(7н - направление перемещения нормальной скорости распространения пламени.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
С>()	..•.... ' 		  .	... 1 ........ '.. ........... ' '1,1	””
Горение может происходить без четко выраженного фронта пламени, распространяться по всему объему горючей смеси и иметь многоочаговый характер воспламенения в различных точках объема смеси. Такое объемное горение характерно для гетерогенных (неоднородных) горючих смесей при сильно турбулентном их движении (рис. 3.25).
Рис. 3.25. Схема фронта пламени при турбулентном горении гомогенных смесей: а - малая интенсивность турбулентности; б - большая интенсивность турбулентности.
Различают диффузионное и кинетическое горение, нормальное и детонационное горение.
Диффузионное горение имеет место, когда скорость смешения горючего и окислителя W значительно ниже скорости химического превращения топлива ИИ
^см «Wx -
В этом случае скорость горения зависит от скорости физических факторов подготовки горючей смеси. При диффузионном горении скорость процесса определяется преимущественно гидродинамическими факторами и не зависит от свойств топлива.
Кинетическое горение имеет место, когда скорость процесса горения в основном зависит от химических превращений в зоне горения, т. е.:
W »W . СМ	X
При кинетическом горении скорость процесса определяется свойствами топлива, а гидродинамические факторы подготовки топлива играют меньшую роль.
Границы воспламенения и распространения пламени
Верхний предел - такая концентрация топлива в горючей смеси, выше которой воспламенение не происходит и пламя не распространяется.
Нижний предел - такая концентрация топлива в горючей смеси, ниже которой воспламенение не происходит и пламя не распространяется.
3. 4. Воспламенение и сгорание
87
Прекращение горения вне пределов распространения пламени объясняется охлаждением зоны горения вследствие энергетического обмена с окружающей средой.
В бедных и богатых горючих смесях химическая реакция окисления развивается медленно и активных промежуточных продуктов образуется недостаточно для быстрого развития реакции, а отвод тепла из зоны реакции превышает тепловыделение.
Скорость горения
Нормальная скорость Un характеризует горение однородных смесей в узком интервале температур зоны химической реакции, ширина которой мала по сравнению с шириной фронта пламени.
Турбулентная скорость Umlj характеризует горение в диффузионной области. Она выше нормальной скорости за счет увеличения скорости смешения топлива с воздухом, улучшения качества распыливания и увеличения поверхности испарения жидкого топлива.
Наблюдаемая или линейная скорость U.t учитывает искривление поверхности фронта пламени. Она возрастает обратно пропорционально cos (р угла наклона нормальной скорости к направлению распространения фронта пламени (рис. 3.25)
Модель горения капли топлива изображена на рис. 3.26.
Рис. 3.26. Модель горения капли топлива:
1 температура Т; 2 - парциальное давление паров топлива Р;
3 - содержание кислорода; R - радиус зоны реакции.
U
cos<p
или пропорционально отношению поверхности пламени 5пл к площади ее проекции .8'
88
Гпава 3, Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Массовая скорость сгорания Um характеризует процесс сгорания в реальном двигателе при турбулентной скорости распространения пламени.
Турбулентность увеличивает скорость горения за счет процессов турбулентной теплопроводности и диффузии, которые увеличивают температуропроводность горючей среды и толщину зоны пламени. Мелкомасштабная турбулентность увеличивает интенсивность переноса тепла и вещества в зоне пламени. При крупномасштабной турбулентности разрушается сплошность фронта пламени и появляются отдельные беспорядочно движущиеся объемы невоспламененной и горящей смеси, резко увеличивающие ширину зоны горения, а следовательно, и скорость горения в целом. В ламинарном потоке ширина зоны горения составляет доли миллиметра, а при турбулентном горении - десятки и сотни миллиметров.
В камерах сгорания двигателей скорость горения увеличивают за счет увеличения поверхности фронта пламени, нормальной скорости горения и удельной массы горючей смеси:
тт — Рсм
г к
где S- поверхность фронта пламени (м2); U — нормальная (фундаментальная) скорость распространения пламени (м/с); рсм- удельная масса горючей смеси (кг/м3); И- объем камеры сгорания (м3).
3.4.2.	Воспламенение и сгорание в бензиновом двигателе
Процесс сгорания в бензиновом двигателе, в зависимости от кинетики предпламенных химических реакций, скорости тепловыделения и распространения пламени может быть нормальным и детонационным.
Нормальное горение
Нормальное горение сопровождается плавным повышением давления в камере сгорания и относительно невысокой скоростью распространения фронта пламени -40-50 м/с.
На индикаторной диаграмме (рис. 3.27) выделяют три основные фазы:
•	начальная I - период задержки воспламенения от момента подачи искры до возникновения пламени;
•	основная II - от возникновения пламени до максимального давления;
•	завершающая III - период догорания горючей смеси в отдельных объемах, образующихся при разрушении фронта пламени.
Основные факторы определяющие скорость нормального распространения пламени: химический состав топлива, начальная температура и давление, состав смеси, наличие инертных примесей, турбулентность смеси.
Химический состав топлива. Нормальная скорость распространения пламени уменьшается в последовательности: алканы < алкены < алкадиены < алкины. С
3.4. Воспламенение и сгорание
89
Рис. 3.27. Индикаторная диаграмма рабочего процесса бензинового двигателя при нормальном и детонационном сгорании: (•Р, ~ Угол опережения зажигания; Р - давление;
I, II, III - продолжительность соответственно начальной, основной и завершающей фаз горения.
увеличением длины цепи алканов скорость распространения пламени снижается. Циклановые углеводороды имеют скорость, близкую к алкановым углеводородам. Введение в молекулу углеводорода атома кислорода увеличивает нормальную скорость распространения пламени, а введение атома азота - снижает. Нормальная скорость распространения пламени для бензино- и керосино-воздушных смесей примерно равна 40-50 см/с.
Начальная температура и давление. С увеличением температуры нормальная скорость распространения пламени сильно возрастает, а давление оказывает несущественное влияние.
Состав смеси. Максимальная скорость распространения пламени лежит в обогащенной области а = 0,8-0,9, когда создаются наиболее благоприятные условия для воспламенения и горения. При дальнейшем обогащении и обеднении смеси скорость распространения пламени снижается, особенно резко вблизи пределов воспламенения (рис. 3.28).
Инертные газы и остаточные продукты сгорания топлива в камере N,, СО,, Н,О снижают скорость распространения пламени и сужают область воспламенения горючей смеси.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топпив
90
Рис. 3.28. Зависимость нормальной скорости распространения пламени различных горючих веществ от коэффициента избытка воздуха: 1 — водород; 2 — ацетилен; 3 — этилен: 4 — пропан; 5 — метан;
6 — окись углерода; 7 — бензиновая фракция.
Турбулентность увеличивает скорость горения за счет возрастания температуропроводности смеси и ширины фронта пламени. Мелкомасштабная турбулентность увеличивает интенсивность переноса тепла и вещества. Крупномасштабная турбулентность разрушает сплошность фронта пламени и образует отдельные беспорядочно движущиеся объемы невоелпамененной и горящей смеси, резко увеличивающие ширину зоны горения и массовую скорость горения.
Детонационное горение
Детонация (французское detonez- взрываться, лат. detono - гремлю) - процесс химического превращения вещества, сопровождающийся выделением теплоты и распространяющийся со скоростью, превышающей скорость звука.
В отличие от нормального сгорания, где распространение пламени обусловлено медленными процессами диффузии и теплопроводности детонация представляет собой комплекс мощной ударной волны и следующей за ее фронтом зоны химического превращения смеси (детонационная волна).
Ударная волна сжимает горючую смесь, вызывая в ней химические реакции, продукты которых быстро расширяясь вызывают взрыв. Энергия, выделяющаяся в результате химических реакций, поддерживает ударную волну, не давая ей затухнуть. Скорость детонационных волн достигает 1-3 км/с в газовых смесях и 8-9 км/с в конденсированных, а давление на фронте ударной волны составляет ~1 -5 МПа и ~10 ГПа соответственно.
Скорость К газовой детонации выражают через тепловой эффект q реакции (на 1 г вещества) и показатель адиабаты у.
3.4. Воспламенение и сгорание
91
rra=A(r-i.
Детонационное распространение пламени происходит при воспламенении горючей смеси вследствие сжатия ее в ударной волне. Ударная волна, проходя по горючей смеси, вызывает ее нагрев. Степень нагрева смеси зависит от скорости ударной волны, температуры и давления. Если степень сжатия достаточна для воспламенения смеси, то возникает детонационная волна. Детонационная волна представляет собой совместное распространение механической ударной волны с фронтом пламени. Скорость распространения детонационных волн в зависимости от условий составляет от 1200 до 3500 м/с. Детонационное сгорание вызвано накоплением нестабильных промежуточных продуктов предпламенного окисления углеводородов и быстрым их сгоранием во фронте ударной волны (рис. 3.29).
Рис. 3.29. Схема детонационного сгорания в двигателе:
а-а - положение фронта пламени к началу детонации; А - очаг самовоспламенения;
1-3 - мгновенные положения распространения зоны горения очага А; 01-04 - ударные волны; Г-4' - отраженные ударные волны; Д, Д,, Д, - возникновение и распространение детонационной волны.
Характеристики ударных волн показаны в табл. 3.7.
Характеристика ударных волн
Таблица 3.7
Отношение давления за ударной волной к начальному давлению	Скорость ударной волны, м/с	Температура за ударной волной, °C
2	452	63
5	698	209
10	978	432
50	2149	1928
В результате большой скорости и взрывного характера детонационного сгорания часть топлива и промежуточных продуктов сгорания “разбрасываются” по объему камеры, перемешиваются с конечными продуктами и не успевают полностью сгореть. Выхлоп становится дымным, экономичность и мощность двигателя падают. Повышается отдача тепла стенкам камеры сгорания и днищу поршня из-за высоких температур в детонационной волне и увеличения теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа с поверхности металла. Все это приводит к перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения камеры сгорания и днища
92
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
поршня. Одновременно с перегревом ударные волны при своем многократном отражении от стенок могут механически удалять масляную пленку с поверхности гильзы цилиндра и приводить к увеличению износа цилиндров и колец. Вибрационные нагрузки на поршень могут вызывать повышенный износ шатунных подшипников. При длительной работе двигателя с детонацией даже в тех случаях, когда не наблюдается аварийных разрушений, ресурс его работы уменьшается в 1,5-3 раза.
Явление детонации вызвано особенностями реакций окисления углеводородов. При окислении углеводородов кислородом воздуха в период подготовки топлива к сгоранию образуются гидроперекиси R-O-O-H, которые распадаются с выделением свободных радикалов. Свободные радикалы инициируют цепные реакции окисления. После того, как рабочая смесь воспламенится от искры, в несгоревшей части смеси возрастает концентрация активных частиц, которые при достижении некоторой предельной концентрации реагируют со скоростью взрыва. Несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется, и происходит детонационное сгорание.
Чем больше скорость образования гидроперекисей в топливовоздушной смеси, тем скорее возникнет взрывное сгорание и нормальное распространение пламени перейдет в детонационное.
Факторы, влияющие на детонационную стойкость бензинов
Химический состав бензина
Детонационная стойкость углеводородов зависит от их химического строения (табл. 3.8).
Детонационная стойкость углеводородов
Таблица 3.8
Углеводороды	Октановое число			Сортность* с ТЭС 1,6г/л
	Моторный метод		Исследовательский метод без ТЭС	
	без ТЭС	с ТЭС 1,6 г/л		
1	2	3	4	5
Алканы				
Бутан	92		94	150
Изобутан (2-метил пропан)	99	-	101	160
Пентан	62	83	62	2
Изопентан (2-метилпентан)	90	-	92	142
Гексан	25	-	25	-100
Изогексан (2,2-диметилбутан)	94	но	92	152
2, З-Диметилбутан	95	но	102	205
2-Метилпентан	73	91	73	66
Гептан	0	47	0	-200
2,4-Диметилпентан	93	111	93	143
Тринтан (2,2,3-триметилбутан)	102	112	106	255
Октан	-20	28	0	-220
3.4. Воспламенение и сгорание
93
Продолжение табл. 3.8
I	2	3	4	5
Изооктан (2,2,4-триметил-пентан)	100	112	100	154
2,5-Ди.метилгексан	54	83	55	44
Алкены				
Пропен	85	-	101	-
2-Пентен	80	-	98	-
2-Гексен	78	-	89	-
2-Метил-2-гексен	79	-	90	-
2,4,4-Триметил-1 -пентен	86	-	103	-
2-Октен	56	-	56	-
Циклоалканы				
Цик.юпентан	87	95	100	315
Метилциклопентан	81	93	91	200
Этилциклопентан	61	81	67	115
Циклогексан	77	87	83	188
Метил ци клоге ксан	72	86	75	120
Декалин	38	-	-	-70
Тетралин	65	-	-	215
Арены				
Бензол	107	-	113	220
Толуол	101	104	112	250
Этилбензол	97	102	103	250
о-ксилол	100	101	100	-15
р-ксилол	103	105	100	265
и-ксилол	ЮЗ	105	100	265
Кумол (изопропилбензол)	99	102	108	280
Октановое число — показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному по объему содержанию изооктана в смеси с нормальным гептаном, эквивалентной по своей детонационной стойкости бензину, испытуемому в стандартных условиях.
Сортность - показатель детонационной стойкости авиационного бензина, численно равный сортности такого эталонного топлива, которое при испытании в стандартных условиях имеет с испытуемым топливом одинаковое значение среднего индикатрного давления.
Чем больше показатель сортности, тем выше детонационная стойкость авиационного бензина при работе двигателя на богатой смеси. При маркировке авиационных бензинов в числителе дроби указывают октановое число по моторному методу, а в знаменателе - сортность на богатой смеси (например, бензин Б95/130).
Разница между показателями сортности и ОЧМ показывает степень форсирования двигателя на богатой смеси по мощности до возникновения детонации.
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
94
Алканы нормального строения с числом углеродных атомов до 4 имеют высокие октановые числа, пентан и высшие углеводороды - низкие. Низкая детонационная стойкость алканов объясняется их легкой окисляемостью в условиях предпламенного окисления. Разветвленные алканы обладают более высокой детонационной стойкостью, особенно изомеры с парными метильными группами у одного углеродного атома (изооктан-2,2,4-триметилпентан).
Алкены имеют более высокие октановые числа, чем соответствующие алканы, а алкены с разветвленной цепью - более высокие октановые числа, чем алкены нормального строения.
Арены бензольного ряда характеризуются высокими октановыми числами (~ 100) и сортностью (выше 200).
Циклоалканы низшего ряда занимают промежуточное положение между алкенами и аренами. Боковые цепи нормального строения снижают октановое число. Разветвление боковых цепей и увеличение их числа способствуют повышению октанового числа.
Углеводороды разного химического строения отличающиеся по температуре кипения неравномерно распределяются по фракциям бензина. При работе на переходных режимах карбюраторного двигателя, вследствие фракционирования бензина во впускном трубопроводе в камеры сгорания разных цилиндров поступает горючая смесь с различной детонационной стойкостью.
Например, в бензинах каталитического риформинга начальные фракции имеют низкую детонационную стойкость, а высокооктановые углеводороды концентрируются в хвостовых фракциях (табл. 3.9). На переходных режимах может наблюдаться детонация вследствие того, что в цилиндр двигателя в начале разгона попадает смесь, обогащенная углеводородами с низким 04.
Таблица 3.9 Состав и детонационная стойкость узких фракций бензина
каталитического риформинга жесткого режима
Пределы выкипания фракции, °C	Количество фракции в бензине, %	Р420	Содержание ароматических углеводородов. % масс	04 им	04 мм
Т„к- -62	17,7	0,6334	0	82,4	81,0
62-80	12,0	0,6885	15	65,5	63,4
80-90	3,5	0,7151	23	62,5	61,4
90-100	6,2	0,7375	31	63,8	62,8
100-120	14,1	0,8188	77	97,6	86,6
120-130	3,3	0,8297	80	103,1	89,3
130-140	15,0	0,8553	94	106,9	101,8
140-150	3,0	0,8598	95	104,4	100,0
150-160	6,2	0,8608	96	106,0	98,4
160-170	5,5	0,8689	98	107,7	101,2
170-180	3,5	0,8725	98	106,0	100,0
180-240	3,5	0,8987	98	106,0	92,5
Остаток и потери	6,5	-	-	-	-
3.4. Воспламенение и сгорание
95
Наибольшей чувствительностью (9-12 ед.) отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные и ароматические углеводороды.
Менее чувствительны (1-2 ед.) алкилбензины и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов.
Октановое число по моторному методу больше соответствует условиям эксплуатации грузовых автомобилей.
Октановое число по исследовательскому методу ближе к условиям эксплуатации легковых автомобилей в городских условиях.
Для характеристики детонационной стойкости бензина в зависимости от дорожных условий эксплуатации автомобиля (двигателя) при квалификационных испытаниях автомобильного бензина определяют дорожное октановое число.
Дорожное октановое число (ДОЧ) представляет собой зависимость октановых чисел бензина от скорости движения автомобиля при оптимальном угле опережения зажигания.
Для одного и того же автомобильного бензина численные значения октанового числа будут уменьшаться от исследовательского к моторному и дорожному, так как режим испытаний в этой последовательности ужесточается в сторону интенсификации детонационного сгорания.
Конструкционные факторы
Степень сжатия. С увеличением степени сжатия возрастают температура и давление в цилиндре двигателя, что способствует интенсивному образованию гидроперекисей.
Форма камеры сгорания. Оказывает влияние на возникновение детонации через время, в течение которого пламя от свечи может дойти до наиболее отдаленных точек камеры сгорания. Чем больше это время, тем вероятнее образование перекисей и возникновение детонации.
Диаметр цилиндра. С увеличением диаметра цилиндра возрастает длина пути, который проходит пламя, и, следовательно, повышается возможность образования перекисей и возникновения детонации.
Свечи зажигания влияют на возникновение детонации в случае их перегрева.
Выпускной клапан является наиболее горячей деталью в головке цилиндра (750-800 °C), и его температура способствует ускоренному образованию перекисей и возникновению детонации.
Эксплуатационные факторы
Состав горючей смеси. Обогащенные смеси (а < 0,9) сгорают с наибольшей скоростью и приводят к максимальным давлению и температуре цикла, что увеличивает скорость развития предпламенных реакций и вероятность появления детонации.
Частота вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения детонация уменьшается, так как при этом сокращается время, отводимое на химическую подготовку части топлива, окисляющейся в последнюю очередь.
n,	Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
УО —.......................	.. .......... ...........°....’....'
Нагар на поршне и головке цилиндра увеличивает интенсивность детонации посредством увеличения температуры газов. Теплопроводность нагара, покрывающего стенки головки и днища поршня, примерно в 50 раз меньше теплопроводности чугуна. Кроме того, отложения нагара уменьшают объем камеры сгорания и повышают степень сжатия, что способствует повышению температуры газов, образованию перекисей и детонации.
Опережение зажигания. Увеличение угла опережения зажигания сдвигает точку максимального давления ближе к ВМТ, что способствует уменьшению задержки самовоспламенения последней части топлива и возрастанию детонации.
Температура охлаждающей жидкости. Повышение температуры охлаждающей жидкости увеличивает температуру стенок цилиндра, головки и дниша поршня, что способствует образованию перекисей и усилению детонации.
Атмосферные условия. Атмосферное давление, влажность воздуха и температура вызывают соответствующие изменения этих показателей в горючей смеси. Повышение атмосферного давления воздуха и температуры сопровождается повышением детонации, а снижение-уменьшением детонации. С повышением влажности воздуха, поступающего в двигатель, возрастает количество водяного пара в рабочей смеси, снижается температура, в результате чего снижается интенсивность детонации.
Впрыск воды повышает антидетонационные свойства горючей бензиновоздушной смеси Пары воды оказывают существенное влияние на скорость сгорания рабочей смеси, температу ру и давление рабочего цикла. Антидетонационный эффект воды проявляется в результате охлаждения рабочей смеси и ЦПГ, действия водяного пара как инертной среды. Вода снижает тепловые нагрузки и содержание окислов азота в отработавших газах, повышает коэффициент наполнения. Распыленная вода в количестве 10 % от расхода топлива эквивалентна повышению октанового числа бензина на 2...3 ед. Непосредственное добавление воды в бензин не дает положительного эффекта, а наоборот, ухудшает топливную экономичность и другие эксплуатационные свойства, особенно антикоррозионные.
Режим работы двигателя влияет на возникновение детонации (табл. 3.10).
На режимах максимальной мощности незначительное уменьшение угла опережения зажигания по сравнению с оптимальным, резко снижает детонацию при относительно небольшом уменьшении мощностных показателей.
Позднее зажигание вызывает уменьшение мощности, перегрев выпускной системы и снижение устойчивости работы двигателя.
3.4.3.	Воспламенение и сгорание в дизеле
Воспламенение начинается как многостадийный низкотемпературный процесс, представляющий собой автокаталитическую экзотермическую реакцию окисления углеводородных молекул топлива кислородом воздуха.
Воспламенение и сгорание в дизеле представляет единый непрерывный процесс, в котором выделяют четыре основных фазы (рис. 3.30). Первая начинается с впрыском топлива и заканчивается началом самовоспламенения - период задержки само-
3.4. Воспламенение и сгорание
97
Таблица 3.10
Влияние режима работы автомобильных двигателей на детонационную стойкость бензина
Число оборотов коленчатого вала, об/мин	Требуемое ОЧ на режиме максимальной мощности при минимальном удельном расходе топлива и угле опережения зажигания на начало слышимой детонации					
	ЗАЗ-966	Москвич-408	ГАЗ-51	ГАЗ-53	ЗИЛ-130	ЗИЛ-375
	87,0	85,0	82,0	80,0	86,0	82,0
1000	24	30	30	30	34	32
	85,0	82,0	79,0	80,0	82,5	79,0
1500	26	34	33	35	36	34
2000	85,5	81,0	75,0	75,0	78,5	76,0
	29	38	35	38	38	36
2500	80,0	80,0	71,0	73,0	73,5	72,0
	32	41	37	41	39	38
	77,0	79,0	65,0	69,0	68,5	68,5
3000	37	44	41	46	41	39
3500	74,0 42	75,0 47	59,0 45	-	-	
4999	70,5 44	71,0 48	52,0 51	-	-	
Примечание: в знаменателе - угол опережения зажигания: в числителе - требуемое ОЧ.
воспламенения, в течение которого протекают предпламенные процессы. Вторая включает время интенсивного турбулентного горения топливовоздушной смеси с резким увеличением давления. Третья фаза включает время замедленного или регулируемого горения за верхней мертвой точкой при снижении давления и завершается к концу впрыска топлива. Последняя фаза включает время догорания топлива.
Первые очаги воспламенения образуются на периферии топливной струи, где соотношение топлива и окисления близко к стехиометрическому. Пары топлива, образующиеся в ядре топливной струи, не могут воспламеняться из-за недостатка воздуха.
Период задержки воспламенения определяют на индикаторной диаграмме (ИД) как время от начала впрыскивания топлива до начала резкого подъема давления, температуры или начала свечения. На ИД это точка отрыва кривой давления при сгорании от кривой давления при сжатии (без впрыскивания топлива).
Измеряют ПЗВ в углах поворота коленчатого вала <р. (угол п.к.в) или по времени Т (с). За период задержки воспламенения выделяется примерно 10 % теплоты, характерной для фазы быстрого сгорания. Воспламенение в дизеле за период задержки рассматривают как гомогенное, протекающее по тепловому механизму.
7 Заказ № 2029
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
98
Рис. 3.30. Индикаторная диаграмма процесса сгорания в дизеле:
Р - давление; Т- температура;
G - количество поданного в камеру сгорания топлива; dGickp - скорость подачи топлива; /-коэффициент активного тепловыделения; d%/d(p- скорость тепловыделения; 1 - начало подачи топлива; 2 - начало воспламенения топлива; 3 — максимальное давление;
4 - максимальная температура;
г - период задержки воспламенения (ПЗВ): G, - фаза быстрого сгорания: 0Л— фаза замедленного сгорания; 0га - фаза догорания.
ПЗВ (т ) представляют как время повышения температуры среды на характеристический интервал RT^JЕ, в течение которого скорость реакции прогрессивно самоускоряется до появления пламени
Tma=(Cpp/Q^RT;JE)eEfRT-,
где z- предэкспоненцпальный множитель; Q- тепловой эффект реакции; Е- энергия активации (кажущаяся); С - теплоемкость среды; р - плотность среды; — температура начала воспламенения.
Уравнение основано на использовании формальной кинетики для скорости химических реакций. Оно, из-за сложности реального процесса, не учитывает отдельных стадий химического реагирования, действительных энергий связи, турбулентной диффузии, межфазного враимодействия, действительных температур в зоне реакции и др. Считают, что химическая реакция между топливом и окислителем одностадийная, а время ее значительно меньше времени диффузии. Тогда скорость управляемой химической реакции W равна
W ~ ze'E^'RT,
где Е^ - эффективная энергия активации - условная переменная величина, Т -осредненная температура в зоне воспламенения при осредненных концентрациях реагирующих веществ.
ПЗВ влияет на качество последующих фаз сгорания. Продолжительность т. зависит от интенсивности предпламенной физико-химической подготовки топлива,
3.4.	Воспламенение и сгорание
99
которая определяется прочностью молекул топлива, давлением, температурой и газодинамическим состоянием воздушного заряда, его микро- и макроструктурой.
В современных дизелях период задержки воспламенения составляет 1...3 мс, что соответствует 12...25 град, п.к.в. Выделение энергии в течение этого периода незначительно. Средняя температура и давление заряда за это время повышаются в основном за счет продолжающегося сжатия.
Сгорание топлива
Фаза быстрого сгорания характеризуется высокой скоростью нарастания давления, большой величиной максимального давления цикла, что приводит к жесткой работе двигателя. За период 0,08... 1,5 мс (10-15 град, п.к.в выделяется 35-55 % потенциальной цикловой теплоты и температура газов достигает 2500...3600 К. Максимальное давление цикла Р_ = 7. ..8,8 МПа в безнаддувных и 10,5...16 МПа в двигателях с наддувом. Жесткость работы и степень повышения давления зависит от соотношения количества топлива, поступившего в цилиндр за ПЗВ g. и полную цикловую подачу

Параметр су. называют фактором динамичности цикла.
Резкое повышение температуры продуктов сгорания вызывает интенсивный рост локальных давлений, которые распространяются со скоростью звука по всему объему рабочей полости. При высокой скорости местного тепловыделения в этих зонах возникают ударные волны, которые при встрече со стенками камеры сгорания вызывают их вибрацию, обнаруживаемую по характерному для дизеля звучанию -стуку.
В результате быстрого сгорания наиболее подготовленной части заряда, основная часть топлива, находящаяся в ядре струи, оказывается изолированной от внешнего окислителя оболочкой инертных продуктов сгорания и скорость реакции резко падает.
Фазы замедленного сгорания и догорания зависят от скорости диффузионных процессов взаимопроникновения реагентов. Фронт пламени локализуется на границе раздела паров топлива и окислителя, как правило на изотехнометрической поверхности (с а~ 1).
Интенсивность тепловыделения в диффузионной стадии горения низкая и время полного реагирования оставшегося топлива увеличивается.
Диффузионная стадия сгорания во многом определяет экологические характеристики дизелей. В этой стадии капли топлива и пары, окруженные горячими продуктами сгорания, нагреваются без доступа кислорода, что приводит к термическому разложению углеводородов с образованием углерода, который коагулируется в макрочастицы сажи.
При недостатке кислорода большие частицы сажи не успевают сгореть и вызывают дымление на выпуске. Дымный выпуск присущ внутреннему смесеобразованию особенно при использовании утяжеленных топлив, и существенно сказывается на
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топпив
100
уровне экологических свойств дизелей.
Стадии диффузионного сгорания завершаются с затухающей скоростью в связи с израсходованием исходных реагентов и замедлением процессов тепловыделения.
Механизм сгорания в дизеле объясняют на модели “группового горения” распыленной струи топлива, которое представляют в виде двух фаз -внешнего и внутреннего.
Внешнее групповое горение происходит на начальной стадии горения на поверхности распыленной струи в период задержки воспламенения и характеризуется возникновением и распространением газового диффузионного пламени. Длительность задержки воспламенения обусловливается процессом внешнего группового горения.
Внутреннее групповое горение происходит в результате интенсивного проникновения воздуха (эжекции) в объем струи топлива при уменьшении размеров капель и скорости их движения пламя возникает внутри струи в форме очагов отдельно горящих жидких капель.
Скорость группового горения зависит от соотношения внешнего и внутреннего горения, которое называют показателем группового горения (G). Величина его характеризует интегральную скорость группового горения. Если G значительно превышает единицу (сильное взаимодействие), имеет место внешнее горение, при котором образуется единый фронт пламени, окружающий распыленное топливо. Если показатель группового горения меньше единицы (слабое взаимодействие), имеет место внутреннее горение, при котором образуется один или несколько фронтов пламени, расположенных внутри двухфазной зоны.
Переход от внешнего к внутреннему групповому горению происходит в результате значительного сокращения размера капель и их выгорания.
Для сильного взаимодействия интегральную скорость группового горения Иф выражают уравнением
Иф =4л/?,2рг1ф,
где Rv — радиус облака капель (струи); рг - плотность газа; И — скорость газа на расстоянии R
Для слабого взаимодействия скорость горения оценивают скоростью горения отдельной капли, которую рассматривают как скорость испарения под воздействием конвективного и лучистого тепловых потоков от фронта пламени. Скорость горения неподвижных капель пропорциональна линейному уменьшению поверхности капли во времени
dl-d;=Kvx,
где dQ, dK - начальный и текущий диаметр капли; г - время; КГ - константа горения (испарения).
Процесс горения в дизеле регулируют смешением топлива с воздухом, так как время, требуемое для смешения, больше времени химического реагирования.
При высокой скорости вихревого движения воздушного заряда условия равновесия некоторого (контрольного) объема смеси под действием центробежных сил выражают уравнением
3.4. Воспламенение и сгорание
101
dPldr = pJV?/г.
Градиент давления dPIdr по радиусу камеры сгорания (КС) прямо пропорционален плотности воздушного заряда рв, квадрату тангенциальной скорости Wt и обратно пропорционален радиусу г. При образовании продуктов сгорания условия равновесия в контрольном объеме нарушаются вследствие резкого изменения плотности.
Согласно второго закона Ньютона сохранение количества движения во вращающемся контрольном заряде смеси при изменении ее плотности примет вид:
где г - радиус действия силы, вызванной неравномерностью плотности; рв, рсм -плотность воздуха и смеси в контрольном объеме КС; Wx - скорость движения контрольного объема вдоль радиуса камеры сгорания, которую условно рассматривают как скорость смешения.
Из анализа этого уравнения следует: при равенстве плотностей рсм = рв имеет место радиальное равновесие. В процессе сгорания при наличии тепловыделения рсм < рв, <7(рсм IKJ < 0 и имеет знак “минус”, что означает движение смеси к оси камеры сгорания. В процессе испарения рсч > рв и смесь движется к периферии камеры сгорания.
Отсюда следует, что подвод теплоты по внешней границе вихревого потока увеличивает разность р < рв и приводит к радиальному движению газа внутрь потока. И наоборот, равномерный подвод тепла во внутренней зоне вихревого потока противодействует этому движению, т. е. замедляет смешение. Это позволяет путем изменения направления впрыскивания топлива во вращающийся поток воздуха менять зоны стока и выделения теплоты. Таким образом, в дизеле осуществляют “термическое смешение” для регулирования скорости сгорания и согласования интенсивности тепловыделения с режимом работы дизеля.
Этот механизм реализуют на практике применением “двухрежимных” форсунок. На режимах запуска и малых нагрузок топливо подают к центру КС, чтобы избежать его попадания на холодные стенки. На рабочих режимах для повышения тепловыделения топливо выталкивают на стенку по периферии камеры сгорания, увеличивая тем самым полноту сгорания и снижая дымность.
3.5.	Воспламеняемость топлив
3.5.1.	Показатели воспламеняемости
Воспламеняемость топлив характеризуют показателями, определяющими возможность возникновения и распространения пламени по топливовоздушной смеси.
Пределы воспламенения топлив выражают концентрационными и температурными пределами распространения пламени: нижним НКПР и верхним ВКПР.
НКПР - наименьшая концентрация вещества в воздухе при атмосферном
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив давлении, при которой смесь способна воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени на весь объем смеси.
ВКПР - наибольшая концентрация вещества в воздухе при атмосферном давлении, при которой смесь теряет свою способность воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени.
В зависимости от значений НКПР производства подразделяются на две категории:
•	Л - где применяются вещества, у которых НКПР 10 % и менее.
•	Б - где применяются вещества, у которых НКПР более 10 %.
Автомобильные заправочные станции относят к категории А.
Концентрацию газа или пара в воздухе, не превышающую 50 % НКПР или выше на 50 % НКПР, считают взрывобезопасной.
Температурные пределы воспламенения выражают температурами, ниже и выше которых при заданных условиях насыщенные пары топлива в смеси воздухом не воспламеняются (табл. 3.11).
Таблица 3.11
Концентрационные пределы распространения пламени паров некоторых горючих жидкостей в воздухе, % объемные
Горючее вещество	НКПР	ВКПР
Бензины автомобильные	1,0	6,0
Топливо Т-1	1,40	7,50
Топливо Т-2	1,10	6,80
Спирт этиловый	3.30	18,40
Пожароопасность топлив характеризуют температурами вспышки, воспламенения и самовоспламенения.
Температура вспышки - самая низкая температура вещества (в стандартных условиях испытания), при которой над поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхнуть (воспламениться) в воздухе от источника зажигания, однако скорость образования паров или газов недостаточна для длительного горения.
В зависимости от способа определения различают температуры вспышки в закрытом и открытом тигле.
Температура вспышки позволяет судить о температурных условиях, при которых вещество становится огнеопасным. Она имеет принципиальное значение для классификации горючих веществ по пожарной опасности.
Температура воспламенения - температура, при которой горючее вещество (ГВ), нагреваемое в стандартных условиях, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд. Температура воспламенения на несколько градусов превышает температуру вспышки.
Температура самовоспламенения - самая низкая температура, при которой вещество в стандартных условиях может воспламеняться без открытого пламени.
3.5. Воспламеняемость топлив
103
Воспламенение происходит в результате увеличения скорости экзотермических реакций окисления паров ГВ в воздухе (или другого окислителя), заканчивающихся возникновением пламени.
Температуру самовоспламенения учитывают при:
•	классификации газов и паров горючих жидкостей по группам взрывоопасности;
•	выборе типа электрооборудования;
•	определении температурных границ безопасного применения вещества;
•	при расследовании причин пожаров.
Топлива с низкой температурой вспышки имеют более высокие температуры самовоспламенения, чем топлива с высокой температурой вспышки. Это объясняется разным механизмом процесса распространения пламени.
При воспламенении жидкости открытым пламенем (определение температуры вспышки) фронт пламени заранее сформирован, для его распространения требуется меньшая концентрация паров горючего вещества, и она быстрее образуется у легколетучих жидкостей (бензины).
В случае воспламенения от горячей поверхности критические условия воспламенения и распространения пламени быстрее создаются у тяжелых углеводородов, термически менее стойких к процессам распада и автокаталитического окисления. По этой причине тяжелые углеводороды дизельного топлива самовоспламеняются при более низкой температуре, чем легкие термически стойкие углеводороды бензина.
Топлива являются веществами повышенной пожароопасности. Согласно ГОСТ 12.1.04 “Пожарная безопасность. Общие требования” жидкости, способные гореть, делят на:
•	легковоспламеняющиеся (ЛВЖ\,
•	горючие (ГЖ).
ЛВЖ-—жидкости, имеющие температуру вспышки не выше 61 °C в закрытом тигле или 65 °C в открытом тигле.
ГЖ—жидкости, имеющие температуру вспышки выше 61 °C в закрытом тигле или 66 °C в открытом тигле.
В соответствии с международными рекомендациями ЛВЖ делят на три разряда:
•	I разряд - особо опасные, с температурой вспышки минус 18 °C в закрытом тигле или минус 13 СС и ниже в открытом тигле;
•	II разряд - постоянно опасные, с температурой вспышки от минус 18°С до плюс 23 °C в закрытом тигле, или выше минус 13 до плюс 27 °C в открытом тигле;
•	III разряд - опасные при повышенной температуре, с температурой вспышки выше 23 °C до 66 °C в открытом тигле.
Пожароопасность топлив зависит от химического и углеводородного состава и технологии производства (табл. 3.12).
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
104
Таблица 3.12
Температурные пределы воспламенения некоторых нефтепродуктов в воздухе
Нефтепродукты	Температурные пределы воспламенения, °C:	
	НИЖНИЙ	верхний
Бензины автомобильные	-39	-7
Бензины авиационные высокооктановые	-27	-4
Топливо Т-1	25	57
Топливо Т-2	-25	18
Дизельное топливо Л	69	119
Дизельное топливо 3	62	100
Мазут флотский	106	145
Масла автомобильные	154	193
Масла авиационные	228	254
3.6.	Горючесть топлив
Горючесть - эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процесса горения топлива.
3.6.1.	Энергетические свойства топлив
Оценивают удельной теплотой сгорания, плотностью.
Удельная теплота сгорания - количество тепла, которое выделяется в процессе сгорания, отнесенное к единице массы, объема, молю топлива или единице массы, объема, молю горючей смеси (топливо + воздух).
Высшая удельная теплота сгорания топлива и горючей смеси учитывает теплоту конденсации продуктов сгорания, низшая удельная теплота сгорания не учитывает теплоту конденсации и по величине меньше высшей.
Плотность характеризует удельную энергоемкость топлива—потенциальный запас химической энергии (тепловой), заключенной в единице массы или объема топлива при стандартных условиях.
Расчет удельной теплоты сгорания. Теплота сгорания есть результат изменения внутренней энергии топливной смеси и произведенной работы газов. Тепловые эффекты химических реакций, протекающих при постоянном объеме Qt„ и постоянном давлении Qp и внешняя работа газов А связаны между собой соотношением
Q, = QP + A.
Если химические реакции протекают при постоянном объеме, то внешняя работа газов равна нулю и уменьшение внутренней энергии газов определяет только величину теплового эффекта реакции.
3.6. Горючесть топлив
105
Согласно термодинамическому закону Гесса тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ, участвующих в химическом процессе, которое характеризуют теплотами образования исходных У,би°х и конечных продуктов У,6тс-
Сумма теплот образования исходных и конечных продуктов, взятых с соответствующим знаком, определяет тепловой эффект реакции Qp:
Тепловой эффект реакции отнесят к единице массы горючей смеси (Q",), единице массы топлива (бт) или единице объема топлива (£Г) •
Реакция полного сгорания углеводородного топлива в среде кислорода воздуха может быть представлена уравнением общего вида:
CHOS+uNO= 77СО, + 0,5mH,O + eSO, + 0,5/2 п т р е г ъ и v	2	7	2	2	‘ в 2
где СНО Se и NOv - условные химические формулы соответственно топлива и воздуха; рв - теоретическое количество молей воздуха, необходимое для полного сгорания одного моля горючего:
2п + 0,5т + 2е- р Рв=-----------------,
V
где /7,7/7, р, е, v- число атомов соответствующих химических элементов (С, Н, О, S) в условных формулах топлива и воздуха.
Тепловой эффект реакции горения одного моля топлива с рк молями воздуха (молярная теплота сгорания горючей смеси ((?(',) по закону Гесса равен:
бХ=»бсо +0>5/иб°бо+еб5о° +б°®,
iS-CM '--LvJi 7 •S-'-rl-jv-7	£—7
где б°б - теплоты образования одного моля соответствующих продуктов сгорания СО,, Н,О, SO,; Qcm - теплота образования веществ в одном моле горючей смеси.
Поскольку теплоты образования азота и воздуха равны нулю, соответствующие им параметры в уравнении отсутствуют.
Удельная теплота сгорания единицы массы топливной смеси бсм равна:
=----От-----
Х>С.М » z	is
Удельная теплота сгорания единицы массы топлива Q* равна:
()''
ХЛМ _
Х>Т ~~ А Л *
где А/ и АГ - молекулярные массы топлива и воздуха; бр-тепловой эффект реакции.
106	Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив_
Удельная теплота сгорания единицы массы топлива может быть рассчитана по тепл огам образования продуктов сгорания горючих элементов в топливе из выражения:
Л/'6	/О™	Z-JOO
0ТЧ = 0,01-^-Сг + 0,01-=^//, + 0,01-^-5г+-^-,
4	2ЛН	As	МТ
где Ас, Ак, As - атомная масса соответственно углерода, водорода, серы; С, Я, Sr -массовая доля в топливе соответственно углерода, водорода и серы.
Низшую удельную массовую теплоту сгорания топлива можно рассчитать по теплоте образования соответствующих окислов (СО,, Н,О, SO,):
0ТМ = 328СГ +1200Яг + 935г +	кДж/кг.
Ч
Удельная теплота сгорания стехиометрической смеси топлива с воздухом равна:
х>см 1 г 5
1 + С0
где Lo - массовое количество воздуха, необходимое для полного сгорания единицы массы топлива:
-C+SH+S -о 3
где Ог - содержание в топливе кислорода; 23 - массовая доля кислорода в воздухе (%). Удельная объемная теплота сгорания топлива:

где рт - плотность топлива.
Низшая удельная массовая теплота сгорания углеводородных топлив находится в пределах:
б” = 42,7 4- 44.0 мДж/кг,
а удельная массовая теплота сгорания топливовоздушной смеси составляет:
0“ = 2,7 - 2,75 мДж/кг.
Небольшое изменение 2Х для разных топлив объясняется тем, что для углеводородных смесей с изменением содержания водорода и углерода удельная теплота сгорания изменяется в таком же направлении, как и величина L .
Известен стандартный метод расчета массовой удельной теплоты сгорания топлив по значениям плотности и анилиновой точки (ГОСТ 11065-75):
3.6. Гэрючесть топлив
107
= [9940 + (I + 17,8)74 • 4,1868 кДж/кг,
где t - анилиновая точка испытуемого топлива (по ГОСТ 12329-77, °C; К- коэффициент, из приложения к ГОСТ 11065-75 определения плотности топлива). Метод применим для топлив с плотностью 0,750-0,844 г/см3.
Теплота сгорания углеводородного топлива зависит от соотношения в нем углерода и водорода. При увеличении соотношения С : Н теплота сгорания снижается (рис. 3.31).
Рис. 3.31. Зависимость низшей теплоты сгорания углеводородов Qit от соотношения [С : Н] (1 ккал = 4,1868 кДж).
Теплота сгорания зависит от строения углеводородов. Массовая теплота сгорания алкановых углеводородов значительно выше, чем ароматических, а объемная теплота сгорания выше у ароматических углеводородов за счет их высокой плотности (табл. 3.13).
Таблица 3.13 Удельные теплоты сгорания углеводородов С|о
Углеводороды	Плотность при 20 °C, кг/мл	Удельная теплота сгорания	
		массовая, кДж/кг	объемная, кДж/дм'’
	Парафиновые		
н-Декан	729,9	44380	32490
3,3-Диэтилгексан	762,4	44380	33787
3,3,4,4-Тетрамегилпентан	782,4	44380	34667
	Нафтеновые		
н-Бутилцикло гексан	799,2	41868	33461
1.2,3,4-Тетраметилгексан	821,9	41868	34411
	Ароматические		
н-Бхтилбензол	860,3	41575	35767
1,2,3.4-Тетраметилбензол	904.6	41114	37192
Удельная массовая теплота сгорания нефтяных фракций при повышении температурных пределов выкипания за исключением моноциклоароматических углеводородов снижается, а объемная - возрастает.
Эффективность использования запаса энергии топлива зависит от термодинамических свойств продуктов сгорания: степени газообразования Го, температуры горения Т , потерь энергии на диссоциацию:
22,4(>7 + 0,5ш + в + 0,5дв77) _ Мт + деА/в ’
Т = гор
L I
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
108
где СТ - теплоемкость продуктов сгорания; 22,4 - объем, занимаемый 1 кг/моль продуктов сгорания при нормальных условиях (м3).
Энергетические свойства топлива можно повысить, воздействуя на:
•	массовую теплоту сгорания;
•	плотность;
•	термодинамические свойства продуктов сгорания.
•	введением высокоэнергетических компонентов (табл. 3.14-3.16).
Таблица 3.14
Низшая теплота сгорания углеводородов некоторых нефтяных фракций
Пределы выкипания,°К	Теплота сгорания углеводородов					
	алкановых		циклановых		ароматических (моноциклических)	
	массовая, кДж/кг	объемная. кДж/л	массовая. кДж/кг	объемная, кДж/л	массовая, кДж/кг	объемная, кДж/л
373-423	45019- 43848	33231- 32311	43263- 41810	35488- 31012	41633- 41089	35286- 34318
423-473	44810- 43932	34151- 32829	43556- 42250	36032- 32186	42636- 40421	37411- 34736
473-523	44642- 43806	35781- 33733	43223- 42343	36282- 31893	41591- 41131	37996- 35990
523-573	43765- 43054	34569- 34443	43221- 42302	36993- 32897	41728- 40922	39123- 36157
Таблица 3.15
Характеристики энергоемкости углеводородов некоторых нефтяных фракций
Фракция нефти	Плотность при 293 °К, кг/м3	Теплота сгорания	
		массовая, кДж/кг	объемная, кДж/л
Бензиновая	700-730	43556-43765	30556-31702
Широкая фракция	750-770	42927-43472	31469-33565
Керосиновая	780-830	42845-43263	35112-35824
Керосиногазойлевая	840-860	42510-43054	35948-36366
3.6. Горючесть топлив
109
Таблица 3.16
Энергетические свойства химических элементов при их сгорании в кислороде
Элемент	Теплота сгорания горючей смеси, кДж/кг	Теплота сгорания элемента, кДж/кг	Стехиометрический коэффициент	
			кг/кг	моль/моль
Водород	13439,6	120998,5	8,00	0,5
Углерод	8959,8	32824,5	2,67	1,0
Литий	18547,5	43124,0	1,16	0,5
Бериллий	23948,5	62802,0	1,78	1,0
Бор	12644,1	58431,0	1,48	0,75
Алюминий	16454,1	30521,8	0,59	0,75
3.6.2.	Детонационная стойкость бензина
Детонационная стойкость - свойство бензина, воспрепятствующее возникновению детонационного сгорания паровоздушной смеси при эксплуатации двигателя.
Характеристики детонационной стойкости
Октановое число (ОЧ) - показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному (по объему) содержанию изооктана в смеси с нормальным гептаном, эквивалентной по своей детонационной стойкости бензину, испытуемому в стандартных условиях. При этом детонационная стойкость изооктана принята за 100 единиц, а н-гептана за 0 единиц.
Если, например, испытуемый бензин обладает такой же детонационной стойкостью, что и смесь 76 % изооктана с 24 % н-гептана, то ОЧ этого бензина равно 76.
Детонационная стойкость бензина зависит от условий процесса сгорания (давление, температура, состав смеси, число оборотом и пр.).
Применительно к различным условиям эксплуатации двигателя используют различные методы определения октанового числа.
Октановые числа по моторному методу (ОЧМ) и по исследовательскому методу (ОЧИ) определяют на одноцилиндровых моторных установках в лабораторных условиях на режиме стандартной интенсивности детонации. Установка УИТ-85 позволяет определять октановые числа по моторному и исследовательскому методу, путем изменения режима испытаний (табл. 3.17).
Октановое число одного и того же бензина по моторному методу ниже октанового числа по исследовательскому методу, что объясняется более жестким режимом испытания по моторному методу. Разницу ОЧИ и ОЧМ называют “чувствительностью”
оензина к детонации.
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Таблица 3.17
Характеристика методов определения октанового числа на одноцилиндровой установке
Показатели	Моторный метод ГОСТ 511-82	Исследовательский метод ГОСТ 8226-82
Частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1	900 ± 10	600 ±5
Температура, °C:	100 ±2	
охлаждающей жидкости		100 ±2
воздуха перед карбюратором : топливовоздушной смеси масла в картере	40-50 149 ± 1 50-75	52 ± 1 смесь не подогревается 50-75
Угол опережения зажигания, °ПКВ до ВМТ	от 26 до 19 (в зависимости от степени сжатия)	13
Детонационную стойкость бензинов в условиях стендовых и дорожных испытании определяют по фактическому октановому числу ФОЧ и дорожному октановому числу ДОЧ.
ФОЧ определяют на стенде при работе конкретного двигателя на установившихся режимах во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала на полной нагрузке при обработке следующих характеристик (рис. 3.32):
•	первичной детонационной характеристики двигателя - зависимости угла опережения зажигания, вызывающего начало слышимой детонации от числа оборотов на эталонных топливах;
•	первичной детонационной характеристики испытуемого бензина;
•	промежуточный детонационной характеристики бензина - зависимости октанового числа смесей эталонных топлив от угла опережения зажигания;
•	итоговой детонационной характеристики-зависимости фактического октанового числа от числа оборотов коленчатого вала двигателя.
ДОЧ определяют в дорожных условиях, во всем диапазоне скоростей движения автомобиля на неустановившихся режимах работы двигателя, при обработке следующих характеристик (рис. 3.33):
•	динамической - зависимости угла опережения зажигания, обеспечивающего бездетонационную работу двигателя, от времени разгона автомобиля в интервале минимально стабильной и 0,8 максимально стабильной скорости;
•	первичной детонационной характеристики - зависимости утла опережения зажигания начальной детонации от скорости движения автомобиля на смесях эталонных топлив и испытуемом бензине;
•	итоговой детонационной характеристики - зависимости октановых чисел бензина, требуемых двигателю и фактических дорожных октановых чисел бензина от скорости движения автомобиля при оптимальном угле опережения
зажигания.
3.6. Гэрючесть топлив
111
Динамическую характеристику снимают на изооктане, обеспечивающем, как правило, бездетонационную работу двигателя при всех углах опережения зажигания. Дорожные испытания на автомобилях проводят на мерном участке прямого горизонтального шоссе с сухим асфальтовым или бетонным покрытием при скорости ветра не более 5 м/с.
П, об./мин.
Первичная детонационная характеристика двигателя цифры на линиях - ОЧ эталонных топлив
П, об /мин.
Первичная детонационная характеристика бензина -жирная линия
“доВМТ
Г), об./мин.
Рис. 3.32. Характеристики стендовых испытаний фактического октанового числа бензина.
Коэффициент распределения детонационной стойкости по фракциям Крлс определяют по ГОСТ 26370-84. Метод позволяет коррелировать детонационную стойкость бензинов, определяемую октановыми числами по дорожному методу (ДОЧ), исследовательскому (ОЧи) и распределением детонационной стойкости по фракциям.
Для испытания бензин разгоняют в колбе емкостью 1 л на две фракции: выкипающую до 100 °C (низкокипящую) и выше 100 °C (высококипящую). Определяют
112
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойстве топлив
Скорость движания автомобиля, км/ч
Рис. 3.33. Характеристики дорожных детонационных испытаний бензина
а - динамическая характеристика; б - первичная детонационная характеристика на смесях эталонных топлив; в - итоговая детонационная характеристика автомобиля и бензина.
1 - испытуемый образец бензина; 2 - дорожное октановое число (ДОЧ) испытуемого бензина;
3 - октановое число, требуемое данным автомобилем.
А - оптимальный угол опережения зажигания.
ОЧн этих фракций (ОЧинк и ОЧивк) и рассчитывают Крдс по формуле:
А' =04 /04
г.ДА	инк нвк
Чем больше отклонение величины К от единицы, тем неравномерней распределение детонационной стойкости по фракциям бензина.
При 7хрдс = 1,0 ДОЧ бензина практически совпадает с его 04,. При К. < 1 ДОЧ < ОЧ„ между величинами ДОЧ, ОЧ„ и Кр]ХС бензина имеется следующая зависимость:
ДОЧ = 04 • К + а(1 - К ).
II	1 •	1-ЛА.Х—.
Величина коэффициента (X зависит от конструктивных особенности впускной системы двигателя, главным образом от геометрических размеров.
3.6.3.	Эффективность сгорания дизельных топлив
Показатели эффективности сгорания
Цетановое число (ЦЧ) - показатель воспламеняемости дизельных топлив, численно равный процентному содержанию цетана С]6Н34 в смеси с альфаметил-нафталином , которая по характеру самовоспламенения эквивалентна топливу,
_____________________________3.6. Гэрючесть топлив____________________ ।
испытуемому в стандартных условиях. При этом воспламеняемость цетана принимается за 100 единиц, альфаметилнафталина за 0.
Цетановое число определяют по ГОСТ 3122 или EN ISO 5165.
Сущность метода заключается в сравнении самовоспламеняемости испытуемого топлива в двигателе при различных степенях сжатия с самовоспламеняемостью эталонных топлив с известными цетановыми числами в стандартных условиях испытания на одноцилиндровой дизельной моторной установке ИТ9-ЗМ или ИДТ-69 методом совпадения вспышек.
Подбирается такая степень сжатия, при которой самовоспламенение в камере сгорания происходит в ВТМ положения поршня при постоянном угле опережения впрыска, равном 13° до ВМТ.
Цетановое число рассчитывают по соотношению:
ЦЧ = Ц,+(Ц2-Ц,)(£1-£)/(£,-£,),
где Ц - содержание цетана в смеси с (Х-метилнафталином, дающей совпадение вспышек при большей степени сжатия Е}; Ц2 - содержание цетана в смеси с а-метилнафталином, дающей совпадение вспышек при меньшей степени сжатия £,; £-степень сжатия на испытуемом топливе.
Моменты начала впрыска и начала воспламенения регистрируют двумя неоновыми лампочками, присоединенными к датчику впрыска и индикатору воспламенения на маховике со сдвигом 13°. При совпадении вспышек обеих лампочек воспламенение происходит только в ВМТ.
Режим работы моторной установки:
Частота вращения коленчатого вала, мин-1 Степень сжатия переменная Температура, °C:	900 ± 20 от 7 до 23
охлаждающей жидкости воздуха на всасывание масла в картере Давление, Мпа: масла в магистрали впрыска топлива Количество впрыскиваемого топлива, см3/мин.	100 ±2 65 + 1 55-65 0,16 ±0,4 10,4 ± 0,4 13 ±0,5
Результаты определения цетанового числа округляют до целых единиц. Расхождение результатов на одной установке не должно отличаться от их среднего арифметического более, чем на 1,5 цетановых единиц, на разных установках не более, чем на ±2 цетановых единиц.
Цетановое число влияет на индикаторные характеристики дизеля: период задержки воспламенения (рис. 3.34), скорость нарастания давления и максимальное давление (рис. 3.35), удельный расход топлива (рис. 3.36).
При уменьшении цетанового числа ПЗВ увеличивается, это приводит к резкому увеличению Р и скорости нарастания давления dP/dty.
8 Заказ № 2029
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
114
Рис. 3.34. Влияние цетанового числа топлива на характеристики индикаторной диаграммы дизеля: © г ©2- ©-,- периоды задержки воспламенения топлив с цетановыми числами 52. 42. 29 соответственно.
Рис. 3.35. Влияние цетанового числа на период задержки воспламенения t. удельный расход топлива gc и скорость нарастания давления
Рис. 3.36. Влияние цетанового числа топлива на продолжительность пуска двигателя при различных температурах окружающего воздуха.
Допустимая жесткость работы дизельного двигателя эквивалента 0,5 МПаЛПКВ - скорости нарастания давления в цилиндре двигателя на 1° поворота коленчатого вала.
При повышении цетанового числа топлива скорость нарастания давления снижается (рис. 3.37) и уменьшаются жесткость работы двигателя, расход топлива и дымность отработавших газов.
3.6. Гэрючесть топлив
115
Рис. 3.37. Зависимость скорости нарастания давления dp
—в цилиндре двигателя от цетанового числа дизельного
топлива.
Квалификационную оценку показателей эффективности сгорания дизельного топлива проводят на стандартной моторной установке ОД-9.
Сущность метода заключается в срав-нении индикаторных и эффективных показателей работы дизеля на испытуемом и эталонном топли
вах во всем диапазоне рабочих оборотов (через каждые 200 мин ') путем снятия
внешних нагрузочных характеристик.
Установка ОД-9 состоит из одноцилиндрового быстроходного четырехтактного дизеля с непосредственным впрыском топлива типа В-2, тормозного устройства, систем смазки, охлаждения, топливоподачи, наддува воздуха, контрольно-измерительных приборов и пульта управления.
В качестве эталонного топлива используют товарные летние и зимние марки топлив по ГОСТ 305-85.
Результаты испытания считаются положительными, если разница в значениях оценочных показателей испытуемого и эталонного топлив составляет (в %) не более:
Индикаторная мощность, кВт	5
Индикаторный расход топлива, г/кВт • ч	2,5
Период задержки воспламенения, °ПКВ	10
Максимальная скорость нарастания
давления газов в цилиндре МпаЛПКВ	10
Максимальное давление цикла, Мпа	5
Наряду с цетановым числом для характеристики воспламеняемости топлив используют показатель - дизельный индекс (ДИ), который в нормативной документации еще называют цетановый индекс (ЦИ).
Цетановый индекс определяют по ГОСТ 27768-88 и EN ISO 4264 расчетным методом по эмпирической зависимости между воспламеняемостью топлива, его плотностью и температурой кипения 50 % (по объему) фракции:
ЦИ = 454,74 - 1641,41р + 774,74р2 - 0,554/ + 97,803(lg г)2,
где р- плотность при 15 °C, определяемая по ГОСТ 3900-85, г/см3; t - темпера!ура кипения 50 % фракции с учетом поправки на нормальное барометрическое давление, определяемой по ГОСТ 2177-82, °C; 1g - десятичный логарифм. Эта формула справедлива только для дисциллятных топлив.
ЦИ может быть определен также по номограмме (рис. 3.38).
Дизельный индекс рассчитывают по эмпирической зависимости между анилиновой точкой, плотностью топлива и воспламеняемостью:
ДИ =/ан • р/100,
116
Гпаев 3, Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
0,80		-65	300
0,81		—60	у	-290
			-280
0.82		—55	-270
0,83	ЛД		-260
0,84	—	-45	-250 -240
		-40	
0,85		-35	-230
0,86		-зо	-220
Рис. 3.38. Номограмма для определения цетанового индекса дистиллятных дизельных топлив.
где /ан - анилиновая точка в °C, пересчитанная в °F (1 °F = 9,5 °C + 32); р- плотность топлива в градусах API.
Плотность в градусах API - специальная функция относительной плотности (удельного веса)(60/60) °F, которую вычисляют по формуле
Плотность в градусах API = --------141,5---------- - 131,5.
удельный вес(60/60) °F
При записи результата стандартную температуру не указывают, так как в определение включена температура 60 °F.
Для подсчета плотности при 20 °C в г/см3 в градусах API пользуются соотношением табл. 3.18.
Таблица 3.18
Соотношение величины плотности дизельного топлива при 20 СС и плотности в градусах API
Плотность при 20 °C, г/см3	Плотность в градусах API	Плотность при 20 °C, г/см3	Плотность в градусах API
0,900	25.08	0,840	36,15
0.890	26,82	0,830	38,16
0,880	28.59	0,820	40,20
0,870	30,43	0,810	42,29
0,860	32,28	0.800	44,47
0,850	34,20	0.790	46,85
Анилиновой точкой называют ту наименьшую температуру, при которой анилин в стандартных условиях испытаний (ГОСТ 12829-77) полностью растворится в соответствующем объеме топлива. Чем ниже содержание ароматических углево
3.6. Гэрючесть топлив
117
дородов, тем выше его анилиновая точка, а следовательно больше величина ДИ и лучше воспламеняемость дизельного топлива.
Анилиновая точка цетана равна 94,4 °C (ЦЧ = 100), а а-метилнафталина минус 17,8 °C (ЦЧ = 0).
Между ДИ и цетановым числом существует зависимость:
Дизельный индекс	20	30	40	50	60	70	80
Цетановое число	30	35	40	45	55	60	80
При оптимизации требования к ЦЧ и фракционному составу необходимо учитывать следующее:
•	с ростом ЦЧ период задержки воспламенения, максимальное давление Ртах и максимальная скорость нарастания давления (dP/dqi) при сгорании уменьшаются, а дымность ОГ и удельный расход топлива (gc) возрастают;
•	отяжеление фракционного состава при неизменном групповом составе и цетановом числе ведет к снижению Ртт, (dP/d<p)nm, росту gc и дымности ОГ.
Цетановое число, фракционный состав и номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя п связаны эмпирическими зависимостями:
ЦЧ 184 20,88?/0,3/10 0,53/50 0,17/96 ;
ЦЧ 3,5V« 
С уменьшением ЦЧ удельный расход топлива gc увеличивается, мощность падает, особенно при снижении частоты вращения КВ (рис. 3.39).
Рис. 3.39. Зависимость удельного расхода топлива от ЦЧ для разных частот вращения:
1 - 2000; 2 - 2500: 3 - 3000 мин.
Дизель DB ОМ 363.
Для повышения экономичности и снижения дымности отработавших газов современного высокооборотного дизеля ЦЧ топлива, стандартного по фракционному составу, должно находиться в пределах 38-42. При этом “жесткость” рабочего процесса не будет превышать предельно до
пустимую. Особенно “чувствительны” дизельные двигатели к цетановому числу
утяжеленных топлив.
При повышении ЦЧ выше оптимальной величины ухудшается экономичность двигателя в среднем на 0,2-0,3 % на единицу ЦЧ и повышается дымность ОГ.
,, „	Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Влияние фракционного и группового состава топлив на эффективность сгорания дизеля
Низкокипящие фракции обеспечивают эффективную работу дизеля на высоких частотах вращения, т.е. чем меньше времени отводится на образование рабочей смеси, тем больше влияние скорости испарения топлива. Тяжелые фракции снижают эффективность сгорания в быстроходном дизеле за счет ухудшения смесеобразования.
Топливо утяжеленного фракционного состава с улучшенной воспламеняемостью увеличивает дымность отработавших газов. Топливо расширенного фракционного состава ухудшает воспламеняемость за счет легких фракций, имеющих более длительный период задержки воспламенения. Известна эмпирическая зависимость между цетановым числом, плотностью р, фракционной разгонкой, анилиновой точкой Аг
ЦЧ= 256.18- 0.445Л - 10.447^- 2.605p<2^J
где р - плотность топлива в кг/м3 при 20 °C; tc = 0,3/]0 + 0,53/50 + 0,07/90- средняя температура выкипания топлива.
Чувствительность рабочего процесса к испаряемости и ЦЧ топлива зависят от режима работы и конструкции двигателя. При формулировании требований к ЦЧ и фракционному составу учитывают особенности процессов смесеобразования и воспламенения.
Удельный расход топлива, зависит от воспламеняемости (ЦЧ) и испаряемости (фракционный состав) топлив. При оптимизации требований к цетановому числу и фракционному составу учитывают, что воспламеняемость оказывает менее заметное влияние на удельный расход топлива, чем физические свойства испаряемости. Поэтому ЦЧ рассматривают как фактор, коррелирующий “рассогласование” процесса смесеобразования из-за несоответствия скоростей испарения и макросмешения. Коррелирующее воздействие ЦЧ проявляется в изменении скорости образования подготовленной к сгоранию смеси (через изменение длительности ПЗВ, длины струи и скорости втекания воздуха в струю) и соотношения количества топлива сгорающего в кинетической и диффузионной фазах сгорания.
Скорость смешения в общем случае состоит из конвективной составляющей, зависящей от организованного движения заряда, и молекулярной составляющей, определяемой скоростью диффузии и зависящей от фракционного состава.
Процесс массопереноса при одновременном протекании молекулярной и конвективной составляющих выражают соотношением:
/ = -£»—+ 1КПС, dn
где / - удельный массовый поток; D - коэффициент молекулярной диффузии; С -концентрация паров; И7 - скорость вынужденного переноса паров.
Для получения минимальных расходов топлива на малой частоте вращения требуется низкокипящее хорошо воспламеняемое топливо, в то время как на высокой частоте вращения требования к испаряемости и воспламеняемости могут быть снижены.
3.6. Гэрючесть топлив
119
При расширении фракционного состава дизельного топлива за счет бензиновых фракций требования к ЦЧ могут быть ниже.
Снижение ЦЧ способствует более полному развитию топливной струи за счет увеличения ПЗВ, более полному испарению топлива и использованию воздуха в камере сгорания. Удлинение ПЗВ улучшает динамику тепловыделения и ускоряет процесс сгорания за счет возникновения высокочастотных колебаний давления, которые вызывают дополнительную турбулизацию воздушного заряда.
Существует связь между испаряемостью и требуемым ЦЧтр, обеспечивающем на номинальном режиме минимальный расход топлива g, min- С облегчением фракционного состава ЦЧтр снижается (табл. 3.19).
Таблица 3.19
Зависимость требуемого цетанового числа U4 от температуры выкипания 50 % фракции топлива /5(|%
ЦЧ„,ед.	45	42	39	37	35
°с	280	240	213	140	НО
Уменьшение ЦЧтр с облегчением фракционного состава связано с улучшением процесса смесеобразования при более интенсивном испарении. Это позволяет уменьшить оптимальный угол опережения впрыска £?опв, так что для достижения одного и того же ПЗВ требуются топлива с более низким ЦЧ.
Испаряемость топлива рассматривают как фактор, воздействующий на интенсивность смесеобразования. С улучшением испаряемости (облегчением фракционного состава) уменьшается интенсивность вихря, обеспечивающая минимум удельного расхода топлива.
Групповой углеводородный состав определяет все эксплуатационные свойства, в том числе и воспламеняемость дизельного топлива. Прямогонные дизельные топлива на 95 % состоят из углеводородов перерабатываемой нефти с температурами кипения 150-400 °C. Это в основном насыщенные углеводороды с числом углеродных атомов
10-25 и незначительное количество ненасыщенных углеводородов (алкены, ароматические с ненасыщенными боковыми цепями и др.). Легкий газойль каталитического крекинга (ЛГКК) основной компонент дизельных топлив, получаемый при углубленной переработке нефти, характеризуется высоким содержанием ароматических и непредельных углеводородов. Алкановые углеводороды обладают хорошей воспламеняемостью, циклановые и ароматические углеводороды - плохой (I (Ч = 16-25). Воспламеняемость товарных сортов дизельного топлива, представляющих собой смесь прямогонных фракций нефти и ЛГКК зависит от соотношения этих компонентов (рис. 3.40).
60	50	40	30	20	10	0
Содержание циклановых и ароматических углеводородов, % мае.
Рис. 3.40. Влияние группового углеводородного состава на воспламеняемость дизельного топлива
120
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
3.7.	Образование отложений
Отложения в двигателе образуются в результате окисления топлива кислородом воздуха и загрязнения продуктами износа, коррозии, неполного сгорания и примесями, поступающими с воздухом.
Количество отложений и их влияние на работу двигателя зависят от физико-химических свойств топлива, конструкции системы смесеобразования и условий эксплуатации двигателя, определяющих его температурный режим.
3.7.1.	Виды отложений
Низкотемпературные отложения
В бензиновом двигателе низкотемпературные отложения образуются в карбюраторе, впускном трубопроводе, на штоках и тарелках впускных клапанов и в картере. Количество и вид отложений зависит от содержания фактических смол и химической стабильности бензина.
Смолы, смолистые вещества и осадки образуются в результате окислительных превращений углеводородов и полимеризации продуктов окисления и неполного сгорания топлива. Смолы легче образуются при работе непрогретого двигателя, при продолжительной работе на холостом ходу или при городской езде. Больше смол образуется в бензиновом двигателе по сравнению с дизельным ввиду более богатой рабочей смеси и легкого проникновения продуктов сгорания в картер. При высокой температуре и интенсивной работе двигателя топливо сгорает полнее и меньше его проникает в картер. Смолы, углеродные частицы, водяной пар, тяжелые фракции топлива, кислые соединения конденсируются, коагулируют и образуют осадки. Различают низкотемпературные и высокотемпературные осадки.
Низкотемпературные осадки образуются при взаимодействии в картере прорывных газов, остатков топлива, воды и масла. В непрогретом двигателе вода и топливо не испаряются и образуют эмульсию, которая впоследствии в масле превращается в осадки (рис. 3.41). Осадки приводят к возрастанию вязкости масла, закупориванию каналов системы смазки, нарушению подачи масла.
о Конде нсат пар ов вод ы
• Конденсат топлива
А Масло
Осадок
Рис. 3.41. Образование осадка.
3.7. Образование отложений
121
Твердые отложения образуются на стенках впускного трубопровода при глубоком окислении смолистых веществ и углеводородной части бензина в жидкой пленке высококипящих фракций за счет интенсивного нагрева выпускными газами. Эти отложения затрудняют подвод тепла к рабочей смеси, ухудшают испарение и смесеобразование, уменьшают наполнение цилиндров. Твердые отложения на штоках и тарелках впускных клапанов могут привести к их “зависанию”.
Органическая часть низкотемпературных отложений состоит из асфальтенов, карбенов и карбоидов. Неорганическая часть - из веществ, попадающих во впускную систему с воздухом и бензином: грунтовой пыли, продуктов коррозии. По мере увеличения температуры (ближе к камере сгорания) уменьшается содержание асфальтенов и возрастает количество карбенов и карбоидов.
Отложения в проточной части форсунок в двигателях, оборудованных системой впрыска бензина, нарушают подачу топлива, что сказывается на процессе энергообразования. Причина этих отложений состоит в образовании осадка и нерастворимых смол при окислении кислородом растворенным в бензине. В топливных форсунках не происходит разделения бензина на низкокипящие фракции, образующие паро-воздушную горючую смесь и жидкую пленку, являющуюся основным источником отложений. В образовании отложений на форсунках участвует весь бензин. Для предотвращения отложений в форсунках требуется бензин с высокой химической стабильностью и с поверхностно-активными моющими присадками.
Лаковые отломсения в виде тонкого слоя клейкого углеродистого вещества образуются на умеренно нагретых поверхностях вследствие полимеризации тонкого слоя масла и несгоревшего топлива в присутствии кислорода. Лаком покрываются юбка и внутренняя поверхность поршня, шатуны и поршневые пальца, стержни клапанов, нижние части цилиндров. Лак ухудшает охлаждение поршня, снижает прочность и сохраняемость масляной пленки на стенке цилиндров.
Лаки - плотные продукты окислительных превращений топлива на горячих поверхностях металла свегло-желтого цвета.
Отложения в канавках поршня вокруг колец препятствуют их движению, вызывают залипание и прихват. Кольца не прижимаются к стенкам и не обеспечивают компрессию в цилиндрах. Мощность двигателя падает, возрастает прорыв газов в картер и увеличивается расход масла (рис. 3.42).
Рис. 3.42. Отложения на кольцах.
22  ____Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив_
В дизельном двигателе топливо нагревается до 150-200 °C перед впрыском в цилиндры, так как часть форсунки, распыливающей топливо, находится непосредственно в камере сгорания. Отложения образуются на стенках проточной части распылителей, движущихся деталях форсунки (иглы, штифты, клапаны и непосредственно около отверстий распылителей).
В проточной части распылителей форсунок отложения похожи на лаковые отложения на боковых поверхностях поршней.
Около отверстий распылителей в состав отложений входят продукты неполного сгорания топлива. Эти отложения по составу и свойствам близки к нагарам.
Высокотемпературные отложения в камере сгорания
Процесс сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания всегда сопровождается отложениями нагара на головке поршня цилиндра, стенках камеры сгорания, клапанах, свечах зажигания.
Нагар - твердые продукты отложений, образующиеся на поверхности днища поршня, верхней части цилиндра и выпускных клапанах.
Отложения в камере сгорания образуются из частиц углерода (кокса), в результате неполного сгорания топлива и солей металлов присадок и термического разложения остатков масла. Раскаленные частицы нагара могут вызвать преждевременное (калильное) зажигание рабочей смеси и детонационное сгорание (рис. 3.43). Нагар обладает свойством катализатора ускорения предпламенных реакций.
Накаленные отложения золы
Фронт пламени
Рис. 3.43. Отложения в камере сгорания и калильное зажигание.
Отложения на верхней части поршней полируют внутренние стенки цилиндров, в результате чего снижается прочность и сохраняемость масляной пленки и повышается износ.
Засорения свечи зажигания отложениями вокруг электрода свечи замыкают искровой промежуток, отчего искра становится слабой, а зажигание - нерегулярным. Снижается мощность двигателя и повышается расход топлива.
Отложения в проточной части форсунки изменяют ее расходные характеристики и мелкость распыливания, удлиняют период задержки воспламенения. Попадание частиц нагара под штифты или иглы распылителей форсунок может вызвать их “зависание” и подтекание топлива. В результате этого падает мощность и экономичность двигателя и возрастает дымность отработавших газов.
3.7. Образование отложений
123
3.7.2.	Механизм образования отложений
В основе образования отложений лежат реакции окисления и дальнейшего превращения продуктов окисления углеводородов и неуглеводородной части топлива. На качество отложений определяющее влияние оказывают химический и компонентный состав топлив: содержание основных групп углеводородов - алканов, цикланов, аренов, непредельных; наличие гетероорганических соединений -сернистых, азотистых, кислородных; наличие смолистых веществ; содержание различных добавок, обеспечивающих требуемые эксплуатационные свойства топлив.
Окисление углеводородов протекает по цепному механизму (рис. 3.44).
Рис. 3.44. Принципиальная схема образования смол и осадков в топливе.
Цепной механизм жидкофазного окисления углеводородов
Зарождение пеней:
инициирование
Или
2RH О, —» 2R +Н2О2.
124
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Продолжение цепи в реакциях радикала с кислородом с образованием перекисного радикала и гидроперекиси:
R- + О, —> ROO";
ROO* + RH ROOH + R’.
Вырожденное разветвление с распадом на радикалы перекисей:
ROOH -> RO- + ОН';
2ROOH -> RO* + ROO' + Н,О.
Обрыв цепей с уничтожением свободных валентностей при взаимодействии свободных радикалов между собой и со стенками:
R- + R* —> R - R;
ROO’ + R’ —> ROOR,
ROO* + ROO’ -> ROH + R'COR" + О,.
Образование перекисных радикалов является определяющим моментом в окислении углеводородов. Дальнейшие превращения перекисного радикала многообразны и зависят от химического строения углеводородов и условий окисления. Возможны реакции изомеризации с переходом свободной валентности от атома кислорода к одному из соседних атомов углерода или водорода. Переход валентности к атому углерода сопровождается разрывом связи С-С:
-снд2
|	-> RXCHO+R2CH2O’
-О
Вырожденный разветвленный характер жидкофазного окисления углеводородов связан с накоплением в системе гидроперекисей и с их превращениями.
При взаимодействии гидроперекисей с исходными углеводородами возможна реакция развития цепей:
ROOH + R'H -> RO* + R'e + H,O.
Наличие водородных связей оказывает большое влияние на кинетику окисления. Они ослабляют связи О-Н и 0-0 и уменьшают энергию распада на радикалы:
RO\O - h'\OO -R RCT+'OOR+Hfi
Л-СЯ-СВД	RfiH-
00'	О-
Гидроперекиси являются главными, но не единственными первичными молекулярными продуктами окисления. Параллельно с гидроперекисями образуются циклические и полимерные перекиси, окиси и другие продукты.
Согласно перекисной теории окисления единственным первичным промежуточным продуктом окисления углеводородов является перекисный радикал ROO’,
3.7. Образование отложений
125
а все первичные молекулярные продукты образуются в результате его дальнейших превращений. В реакциях окисления углеводородов образуются и принимают участие свободные радикалы различных типов:
^О'
R’, ROOT, RO’, R-C.
^О’
^О’
RCOOH+R '00' -> ROOH+R -С.
"О'
О
R'-C^ -+R'-+CO, "о
Направление химических превращений и состав продуктов окисления зависит от строения углеводородов, присутствия инициирующих и ингибирующих веществ и малостабильных компонентов. В зависимости от вида радикалов меняются направление и характер процесса окисления. На суммарную скорость процесса влияет скорость рекомбинации радикалов.
Окисление углеводородной части топлива начинается с окисления непредельных углеводородов, алкенов и ароматических углеводородов с ненасыщенной боковой цепью. В дальнейшем окисляются алкилароматические и цикланоароматические углеводороды.
При окислении ненасыщенных углеводородов образуются продукты реакций конденсации и полимеризации, которым принадлежит важная роль в образовании смол и осадков. Кислородосодержащие продукты окисления образуют смолистые вещества нейтрального и кислого характера. В образовании первых основную роль играют превращения спиртов, а в образовании вторых - альдегиды, кетоны и кислоты.
При естественных условиях хранения топлив смолы составляют 15-20 % от всех продуктов окисления. Общее количество кислородных соединений составляет для топлив прямой перегонки 0,1-0,2 %, для крекинг-керосинов 0,5-1,2 % масс.
При окислении топливо из гомогенного состояния переходит в гетерогенное за счет коагуляции коллоидных частиц и образования осадка.
Молекулы, имеющие высокую полярность, большой дипольный момент и активные функциональные группы, способствуют укрупнению частиц нерастворимого в топливе осадка.
Осадки состоят из соединений аморфных и кристаллических веществ. В них обнаружены сульфены, соли сульфокислот, тиокислоты, карбоновые кислоты, сульфокислоты, сульфаты и другие соединения.
Серу-, азот- и кислородсодержащие соединения сильно влияют на окисление углеводородной части топлива. Скорость окисления зависит от строения и концентрации этих соединений. При больших концентрациях, как правило, скорость окисления возрастает, при небольших - наблюдается антиокислительный эффект.
Сернистые соединения увеличивают количество нагара на поршнях. Нагар становится прочным и вызывает абразивный износ.
pg ______Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив_
Некоторые сернистые соединения образуют с металлом прочные защитные пленки, которые снижают катализирующее действие металла на окисление.
Фенолы и амины обрывают цепные реакции окисления путем взаимодействия с радикалами и/или разлагая пироксиды. Их называют ингибиторами окисления или антиоксидантами. Фенолы и амины выполняют функцию радикальных акцепторов, которые переносят атом водорода от атома кислорода или азота к углеводородному или пероксидному радикалу.
Серу, фосфорсодержащие соединения разрушают пероксиды восстанавливая их до спиртов.
Соединения металлов с углеводородами могут вызывать как реакции окисления, так и восстановления. Активность металлов может быть снижена при помощи деактиваторов, которые образуют с металлами пассивные комплексные соединения.
3.8.	Склонность топлив к образованию отложений
3.8.1.	Склонность бензинов к образованию отложений
Химическая и термоокислительная стабильность
Химическая стабильность бензина определяется скоростью реакций окисления углеводородов и гетероатомных соединений кислородом воздуха при каталитическом влиянии различных металлов при умеренных температурах в условиях транспортирования и хранения на складах и баках машин.
При окислении бензинов образуются высокомолекулярные смолистые вещества, которые являются продуктом окислительной полимеризации и окислительной конденсации первичных продуктов окисления с участием неуглеродных примесей кислородных и сернистых соединений. Непредельные углеводороды являются наименее стабильной частью топлива - источником образования смолистых веществ и ускорителями процесса окисления.
Термоокислительная стабильность характеризует окисляемость бензина при повышенной температуре с образованием твердой фазы, смол и кислых продуктов.
Показатели химической и термоокислительной стабильности
Групповой углеводородный состав характеризуют содержанием в бензине предельных, непредельных и ароматических углеводородов, по которым косвенно судят о склонности бензина к образованию низкотемпературных и высокотемпературных отложений. С увеличением содержания непредельных углеводородов количество отложений возрастает. Ароматические углеводороды увеличивают образование нагара в камере сгорания, но улучшают “моющую” способность бензина во впускной системе и повышают детонационную стойкость бензина. Поэтому содержание ароматических углеводородов в бензине оптимизируют с учетом других эксплуатационных свойств,
3.8. Склонность топлив к образованию отложений
127
кроме склонности к отложениям. Содержание ароматических и непредельных углеводородов определяют хроматографическим и ИК-спектрометрическим методом. ИК-метод позволяет дополнительно определить содержание бензола и оксигенатов (метод ИК-Фурье).
Йодное число характеризует потенциальную химическую стабильность бензина. Измеряется в граммах йода, пошедшего на реакцию присоединения с непредельными углеводородами по месту двойной химической связи, содержащимися в 100 г бензина.
Чем выше йодное число, тем больше содержание непредельных углеводородов, а следовательно — ниже химическая стабильность при хранении и выше склонность к образованию отложений в двигателе.
Окислительная стабильность (индукционный период) характеризует стабильность против окисления. Оценивается временем, в течение которого бензин практически не окисляется в среде кислорода при температуре 98-102 °C и давлении 690 кПа. Это время от начала нагрева бензина до точки перегиба на кривой “давление - время” - падение давления на 14 кПа в течение 15 мин. (метод ASTM D525-95).
Хи мическая стабильность но сумме продуктов окисления (СПО) выражается суммой высокомолекулярных продуктов - смол и осадков, образующихся при 110 °C в течение 6 ч под давлением насыщенных паров бензина в герметичных стальных бомбах. Показатель позволяет прогнозировать образование отложений во впускной системе двигателя, допустимые сроки хранения запасов бензина и эффективность противоокислительных присадок.
Концентрация фактических смол выражается массой сухого или маслянистого остатка, образующегося при выпаривании бензина в условиях, приближенных или воспроизводящих условия применения в соответствующих двигателях. В зависимости от метода определения (ISO 6246-95, метод Бударова) оценочными показателями могут быть: фактические смеси - остаток от выпаривания, промытые смолы - нерастворимая в гептане часть остатка, непромытые смолы - фактические смолы и труднораство-ряющиеся компоненты присадки.
В зольной части сухого остатка после его прокаливания могут присутствовать различные металлы: железо, алюминий, медь, магний и др. Смолы, образующиеся в двигателе, существенно отличаются от естественных смол, содержащихся в свежем топливе.
Склонность к образованию отложений во впускной системе двигателя характеризует способность бензина к образованию смолистых и углеродистых отложений в условиях максимально приближенных к реальным.
Выражают массой отложений, образующихся на пластине, помещенной внутри впускного трубопровода одноцилиндрового двигателя (УИТ-65) при общем расходе 1,5 кг бензина в условиях регламентированного режима испытаний. Установлено, что при склонности бензина к отложениям во впускной системе до 100 мг возможна длительная эксплуатация двигателя. Величина 100 мг принята предельной для оценочного показателя.
Склонность к образованию отложений на установке НАМИ-1. Характеризует образование отложений в реальных условиях работы бензинового двигателя. Основу установки НАМИ-1 составляет одноцилиндровый отсек двигателя ЗИЛ-130.
128
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Испытания проводят в течение 18 часов по циклической нагрузке со сменой 4-х режимов, включая холостой ход и рециркуляцию отработавших газов.
Склонность бензина к образованию отложений оценивают по трем показателям:
•	по степени загрязнения карбюратора, баллы;
•	по количеству нагара на впускном клапане, мг/ч;
•	по количеству отложений в камере сгорания, мг/ч.
В основу методики оценки положены зарубежные методики CEC-F-03-T-81 (на базе двигателя Рено R-5) и CEC-F-04-A-87 (на базе двигателя Опель-Кадет).
Среднестатистические данные оценки склонности к образованию отложений бензинов без моющих присадок на установке Е1АМИ-1:
•	степень загрязнения карбюратора 5,0-6,5 балла;
•	количество отложений на впускном клапане 7,5-14,2 мг/ч;
•	количество отложений в камере сгорания 6,0-95,1 мг/ч.
Количество отложений во впускной системе карбюраторного двигателя растет при увеличении концентрации фактических смол, увеличении содержания непре-
дельных углеводородов и снижении индукционного периода:
Показатель стабильности	Показатели химической стабильности бензина									
	Концентрация фактических смол, мг/100 мл				Содержание непредельных углеводородов, % масс.			Индукционный период, мин.		
	5	15	25	35	0,7	2.0	4,0	1000	340	НО
Количество отложений во впускной системе, мг	40	90	150	200	2	20	31	8	22	48
Количество отложений во впускной системе резко возрастает при увеличении в бензине “адсорбционных смол” - кислородных соединений, адсорбируемых оксидом алюминия (рис. 3.45).
Моющие свойства бензинов характеризуют способность поддерживать чистоту карбюратора и предотвращать его загрязнение картерными газами при отсосе их во впускную систему. Показатели моющих свойств — время, за которое испытуемый бензин смывает со специальной сетки отложения, накопленные при работе двигателя на базовом топливе с применением специального загрязнителя. Испытания проводят на одноцилиндровой установке УИТ-65. В качестве загрязнителя используют смесь мазута марки 100 и битума марки БН 50/50 в концентрации 0,2 % масс, каждого в растворе технического эталонного изооктана. В качестве базового топлива применяют технический эталонный изооктан, который обладает высокими моющими свойствами.
Склонность к нагарообразован ию характеризует способность бензина образовывать высокотемпературные отложения на головке поршня, стенках камеры сгорания, свечах зажигания и на клапанах. Процесс нагарообразования включает фазу роста, равновесного состояния и заключительную фазу роста (рис. 3.46).
3.8. Склонность топлив к образованию отложений
129
Концентрация фактических смол, мг/100 см*
I------1------I-----1------1-----1-----1
10	30	50	70	90	110
Концентрация “адсорбционных смол”, мг/100 см3
Рис. 3.45. Зависимость количества отложений во впускном трубопроводе двигателя от концентрации фактических смол (7) и содержание кислородных соединений! (2) в бензине.
Продолжительность работы двигателя
Рис. 3.46. Фазы процесса нагарообразования в поршневом двигателе: 1 - начало образования нагара; 1-2 - фаза роста нагара, 2-3 - фаза равновесного состояния; 3-4 - заключительная фаза роста;
4 - прекращение эксплуатации двигателя.
Фаза равновесного состояния означает равновесие между скоростью накопления нагара и скоростью его выгорания. Заключительная фаза роста нагара вызвана увеличением поступления моторного масла в камеру сгорания из-за большой изношенности гильз цилиндров, поршней и поршневых колец.
9 Заказ № 2029
3Q _____Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив_
Начальной стадией образования нагара является жидкофазное окисление высоко-кипящих углеводородов, попадающих в камеру сгорания в виде отдельных мелких капель. Последующие стадии конденсации, полимеризации и уплотнения продуктов окисления образуют вещества для формирования нагара в определенных зонах его существования с благоприятными температурными и газодинамическими условиями для его возникновения и существования. Вне этих зон нагар выгорает. Склонность бензина к нагарообразованию зависит главным образом от химической стабильности его высококипящих фракций.
Наибольшее нагарообразование вызывают бензины с высоким содержанием непредельных и ароматических углеводородов. По возрастанию склонности к образованию нагара базовые бензины располагают в ряд: прямогонные бензины < каталитического крекинга < каталитического риформинга < термического крекинга. Из присутствующих в бензине гетероатомных соединений наибольшее влияние на образование нагара оказывают сернистые соединения.
Склонность к нагарообразованию оценивают косвенными и прямыми показателями. Косвенные - содержание ароматических углеводородов, фактических смол, сернистых соединений. Прямые показатели - количество нагара в регламентированных условиях работы двигателя. Например масса нагара (мг/ч), образующегося в специальном нагарнике, помещенном в камере сгорания двигателя моторной установки для определения октановых чисел. Испытуемое топливо сравнивают с контрольным -смесь 20 % толуола и 80 % изооктана, при испытании которого количество нагара должно быть в пределах 5,8-6,3 мг/ч. Метод позволяет дифференцировать бензины, по их склонности к нагарообразованию в зависимости от содержания в них ароматических углеводородов, соединений серы и металлосодержащих антидетонаторов.
3.8.2.	Склонность дизельных топлив к образованию отложений
Потенциальную способность топлив для быстроходных дизелей к образованию отложений оценивают показателями химической и термоокислительной стабильности, и прямыми измерениями количества отложений в реальном двигателе.
Химическая и термоокислительная стабильность
Химическая стабильность дизельных топлив характеризует окисляемость в зависимости от углеводородного состава и примесей в виде смолистых, сернистых, кислородсодержащих и др. соединений, которые при высокотемпературном окислении образуют отложения на горячих поверхностях двигателя.
Термоокислительная стабильность характеризует окисляемость топлива при повышенной температуре с образованием твердой фазы, смолистых веществ и кислых продуктов, как правило, в присутствии катализирующих металлов. Оценивают в статических и динамических условиях.
Углеводородный состав дизельных топлив характеризуют содержанием ароматических и полициклоароматических углеводородов, оказывающих наибольшее влияние на образование высокотемпературных отложений в двигателе. Общее содер
3.8. Склонность топлив к образованию отложений
131
жание ароматических и полициклоароматических углеводородов определяют при хроматографическом разделении топлива на мелкодисперсном силикагеле и активированном оксиде алюминия и замере зон адсорбции (квалификационный метод). Оценочная норма по содержанию ароматических углеводородов - не более 30 % об. Для дизельных топлив, поставляемых на экспорт с содержанием серы 0,05 % и менее, отдельно нормируют содержание полициклоароматических углеводородов - не более 11 % об. (метод EN 12916 IP 391).
Иодное число характеризует содержание в топливе непредельных углеводородов - наименее стабильной части углеводородов, окисляющейся кислородом воздуха с образованием смолистых веществ. Определяют йодное число по ГОСТ 2070-82 и выражают в граммах йода, соединяющегося с 100 г топлива.
Концентрация фактических смол характеризует потенциальную склонность к образованию отложений в двигателе при умеренных и высоких температурах. Определяют теми же методами, что и в бензине (ИСО 6246-95).
Кислотность характеризует содержание нафтеновых кислот, образующихся в топливе при производстве и в результате окисления топлива при хранении. Кислоты способствуют образованию отложений в двигателе. Определяют кислотность по ГОСТ 11368-76, ASTM 974, IP 1\64 и выражают в мг КОН на 100 см3 топлива.
Содержание адсорбционных смол характеризуют массой смолистых веществ, извлекаемых из топлива активным оксидом алюминия при хроматографическом испытании: пропускание 10 см3 топлива через стеклянную колонку высотой 160 мм и диаметром 13-15 мм, заполненную 20 см3 сорбента с последующим десорбированием смол петролейным эфиром. Содержание адсорбированных смол выражают в мг на 100 см3 топлива. Допустимая норма для дизельных топлив быстроходных дизелей -не более 3000 мг/10 см3.
Зольность показывает содержание в топливе несгорающих минеральных неорганических примесей — оксидов кремния, железа, алюминия, различных неорганических солей, переходящих в двигателе в нагар. Зольность выражают массой твердого остатка (% масс.), полученного при сжигании навески топлива в стандартных условиях.
Коксуемость - способность топлива образовывать при нагреве без доступа воздуха углеродистый остаток (кокс). Коксуемость зависит от фракционного состава топлива и содержания смолистых и нестабильных соединений. Коксуемость определяют либо для чистого топлива, либо для его 10 % остатка после перегонки.
Коксуемость 10 % остатка после перегонки косвенно характеризует содержание в топливе смолистых и других высококипящих веществ, вызывающих повышенное нагарообразование в двигателе. Чем быстроходнее и термически напряженней двигатель, тем коксуемость топлива должна быть ниже. По квалификационной оценке коксуемость 10 % остатка после перегонки для дизельных топлив должна быть не более 0,3 %.
Окислительная стабильность топлив в условиях ускоренного окисления кислородом при температуре 160 °C (EN ISO 12205 ASTM D2274) характеризует склонность топлива к образованию осадков в естественных условиях и позволяет прогнозировать поведение топлива в двигателе. Оценочные показатели:
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
132
•	содержание нерастворимых удаляемых фильтрацией веществ;
•	содержание вязких нерастворимых веществ (фактические смолы);
*	общее содержание нерастворимых веществ в мг на 100 мл.
Например, при квалификационных испытаниях общее содержание нерастворимых веществ в дизельном топливе, содержащем негидроочищенные продукты вторичных процессов должно быть не более 25 г/м3.
Склонность дизельных топлив к образованию отложений на нагретых поверхностях. Оценивают по трем показателям:
•	индексу термоокислительной стабильности (ИТ);
*	температуре начала образования отложений ?но;
•	скорости забивки фильтра.
Индекс термоокислительной стабильности равен частному отделения массы отложений, образовавшихся при испытании исследуемого топлива, на массу отложений, полученных при испытании эталонной жидкости - 91 % об. гексадекана и 9 % об. а-метилнафталина.
Температура начала образования отложений. Определяют по температуре появления первых отложений в стандартных условиях испытаний.
Скорость забивки фильтра. Определяют по скорости возрастания перепада давления на контрольном фильтре (U, Па/мин) - отношению перепада давления (DP) ко времени подачи топлива через контрольный фильтр (/, мин.) на установке ДТС-2М для определения термоокислительной стабильности топлив (рис. 3.47).
U= ЛР/т.
Режим испытаний:
температура топлива в баке, °C
температура на термопаре, °C
температура на контрольном фильтре, °C расход топлива, л/ч
давление в баке, МПа
130 ±3
190 ±3
220 ±3
2,0 ±0,1
0,5
Испытания проводят до достижения указанных температур в течение 3 ч с нагревом и в течение 5 ч без нагрева топлива в баке, либо до достижения предельного перепада давления на контрольном фильтре, равного 81 гПа.
Склонность дизельных топлив и топлив с присадками к закоксовыванию распылителей форсунок на установке НАМИ-2ДК. Установка НАМИ-2ДК предназначена для всесторонней оценки эксплуатационных свойств дизельных топлив и моторных масел, для проведения работ по совершенствованию рабочего процесса дизелей и отработке их отдельных узлов и деталей.
Установка разработана на базе одноцилиндрового двигателя КамАз-740.
3.8. Склонность топлив к образованию отложений
133
Рис. 3.47. Схема установки ДТС-2М для определения термоокислительной стабильности дизельных топлив.
1 - топливный бак; 2 - электроподогреватели; 3 - заправочная трубка; 4 - термопары;
5 - заборная трубка; 6 - барботажная трубка; 7 система предварительного фильтрования и заправки топлива; 8 - краны; 9 - топливные фильтры; 10 - насос; 11 - воронка; 12 - оценочная трубка;
13, 14 - контрольные вставки; 15 - корпус контрольных элементов; 16 - контрольный фильтр;
17 - узел контрольного фильтра; 18 - кран перепуска топлива: 19 - датчик перепада давления;
20 - холодильник; 21 - ротаметр; 22 - манометры; 23 - штихпробер; 24 - емкость слива топлива;
25 - система вытеснения топлива; 26 баллон; 27 редуктор; 28 - регуляторы давления;
29 - кран тонкой регулировки; 30  предохранительный клапан.
Условия проведения испытаний
Длительность испытаний Режимы работы двигателя и их цикличность	4 часа по циклической нагрузке холостой ХОД 1600 МИН'1 1 мин. 65 Нм**	1600 мин-1 3 мин.
Давление начала впрыска топлива	11,5 ±0,5 МПа (115 ± 5 кг/см2)
Угол опережения впрыска топлива Температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя Температура масла Давление отработавших газов на выпуске	20° ПКВ 90 ± 5 °C 25 ± 5 °C не более 100 мм в. ст.
*> Нагрузка для работы двигателя без перепуска газов из цилиндра двигателя.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
134
Оценочные показатели:
*	Коэффициент закоксовывания распылителя в сборе с иглой Д^.
Ад, =	100%,
где р - суммарное эффективное проходное сечение распылителя до испытаний (чистого); р — то же, но после испытаний.
*	Относительное изменение удельного расхода топлива Ag.
Ag.=.^...Z_gA..100%.
где gz) и g - удельный индикаторный расход топлива двигателем в начале и в конце испытаний.
*	Относительное изменение дымности отработавших газов
Л —-------/о,
где	и К2 - дымность отработавших газов в начале и в конце испытаний в ед. “Bosch”.
Показатели оценивают путем сравнения с эталонным топливом.
Склонность дизельных топлив с присадками к закоксовыванию распылителей форсунок на двигателе Д21А воздушного охлаждения.
Испытания проводят на 2-х цилиндровом дизельном двигателе Д21А Влади-мировского тракторного завода воздушного охлаждения в течение 6 часов на режиме максимального крутящего момента с определением:
•	коэффициента закоксовывания распылителей;
*	относительного изменения удельного расхода топлива;
*	относительного изменения дымности отработавших газов.
Результаты испытаний оценивают путем сравнения с аналогичными показателями стандартного топлива, принятого за эталон.
Склонность к нагарообразованию дизельных топлив зависит от: фракционного состава; общего содержания сернистых соединений и содержания меркаптанов; природы и концентрации непредельных и ароматических углеводородов; содержания и характера смолистых веществ.
Более тяжелые топлива образуют больше нагара. Чем выше содержание серы, тем больше образуется лака и нагара. Количество нагара возрастает при увеличении в топливе фактических смол и коксуемости (табл. 3.20).
С увеличением содержание серы в топливе возрастает масса отложений в двигателе (табл. 3.21) и увеличивается износ (табл. 3.22).
Нагарообразующую способность дизельного топлива в условиях двигателя оценивают по массе нагара на специальном нагарнике, помещенном в камеру сгорания одноцилиндровой установки ИТ 9-ЗМ для определения цетановых чисел. Кроме того, метод ПЗИ позволяет дифференцировать дизельные топлива по склонности к отложениям в зависимости от фракционного состава и содержания компонентов вторичной переработки нефти.
3.8. Склонность топлив к образованию отложений
135
Таблица 3.20
Количество нагара на деталях двигателя ЯАЗ-204 после 500 ч. работы на различных топливах
бопливо	Содержание фактических смол, мг на 100 мл	Коксуемость 10 % остатка, %	Количество нагара, г	
			на гильзах	на поршнях
Дизельное Л малосернистое	70	0,08	1,4	23.3
Дизельное Л сернистое	75	0,2	2,9	24,5
Смесь 70 % топлива Л	1000	0,09	7,3	42,0
сернистого и 30 % керосина				
Таблица 3.21
Влияние серы в дизельном топливе иа массу отложений в двигателе
Тип двигателя	Длительность испытания, ч	Содержание серы в топливе, %	Масса нагара в камере сгорания, мг	Лакоотложение на боковой поверхности поршня, %
		0,18	100	13
Одноцилиндровый		0,80	170	32
(диаметр 85 мм,	10	1,20	200	70
ход поршня 115 мм)		1,40	245	80
		1,60	290	93
Одноцилиндровый		0,18	1827	39
(диаметр 105 мм,	100	0,93	2707	52
ход поршня 130 мм)		1,60	3811	70
Двухцилиндровый				
(диаметр 115 мм,	100	0,90	1020	76
ход поршня 130 мм)				
Таблица 3.22
Износы основных деталей двигателя 1 4-10,5/13 после 500 часов работы на сернистом и малосернистом топливах при использовании масел без присадок
Наименование деталей	Средние износы, мм, при работе на топливе	
	сернистом (0,9% серы)	малоеерп истом (0,18% серы)
Гильзы цилиндров	0,8	0,02
Поршни	0,04	0,01
Шату 11 ные подшипники	0.06	0.02
Втулки верхних головок шатунов	0,07	0,05
Шатунные шейки коленчатого вала	0,013	0,005
Увеличение зазора в стыке поршневых колец	1,23	0,2
Глава 3. Химмотологические процессы и эксппуатационные свойства топлив
136
3.9.	Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
3.9.1.	Состав ОГ
Основное содержание в отработавших газах составляют азот, двуокись углерода, вода и продукты неполного окисления и частичного разложения углеводородов топлива (табл. 3.23).
К токсическим веществам относят несгоревшие углеводороды, оксид углерода, оксиды азота, сернистый газ, сажа и др. Всего в ОГ содержится более трехсот веществ, оказывающих вредное влияние на окружающую среду и здоровье людей.
Таблица 3.23
Состав отработавших газов, % объема
Компоненты	Двигатели	
	бензиновые	дизельные
Азот Кислород Пары воды Двуокись углерода Окись углерода Окислы азота Углеводороды Альдегиды Сажа Бенз-а-пирен * в г/м’ ** в мкг/м’	74-77 0,3-8 3-5.5 5-12 0,5-5 0-0,8 0,2-3 0-0,2 0-0,4* 10-20**	76-78 2-18 0,6-4 1-10 0,01-0,5 0,0002-0,5 0,009-0,5 0,001-0,009 0,01-1* до 10**
Углеводороды (СН). Имеют различное строение: от простейших молекул до сложных полициклических соединений. Различают более 200 токсичных веществ на основе СН и СНО, из которых: предельные углеводороды - свыше 32 %, непредельные около 27 %, ароматические - до 4 %, альдегиды - более 2 %. По характ еру воздействия на организм человека различают две группы углеводородов: раздражающие и канцерогенные. Раздражающие углеводороды оказывают наркотическое воздействие на центральную нервную систему. К ним относят все предельные и непредельные углеводороды. Канцерогенные углеводороды: 1,2 бензантрацен CSH|2, 3,4 бетапирен С,,Н|4, 1,2-бензпирен С20Нр, 3,4-бензфлуорантен С,0Н|4 и др.. Особенно опасен 3,4-бензпирен, называемый также бенз(а)пиреном и являющийся своего рода индикатором присутствия в смеси других канцерогенов. Полициклические ароматические углеводороды накапливаются в организме до критических концентраций и стимулируют образование злокачественных опухолей.
_____________3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)_ щ
Углеводороды, особенно непредельного ряда и кислородсодержащие, участвуют в образовании смогов, которые вызывают раздражение глаз, горла и носа.
Оксид углерода (СО). Ядовитый газ, не имеющий запаха и цвета. Концентрация СО над океанами и морями составляет 0,01-0,1 ppm (частей на миллион), в сельских районах-0,1 ppm. В организме человека соединяется с гемоглобином крови и образует устойчивое соединение - карбоксигемоглобин, затрудняющий процесс газообмена в клетках, что приводит к кислородному голоданию. При вдыхании воздуха с содержанием СО более 10 ppm появляются признаки отравления, 200 ppm-легкое отравление, 1200 ppm - через 30 мин повышенное сердцебиение. Концентрация СО в 2000-2500 ppm приводит к обморочному состоянию. Оксид углерода поражает нервную систему, тормозит функции актив! !ых центров образования гемоглобина. Концентрация СО в количестве 1200-1600 мг/м3 (0,15...0,18 %) приводит к летальному исходу.
Оксиды азота. С кислородом воздуха азот образует пять кислородных соединений: NO, NO,, N,O,, N,O4, N,O5. В отработавших газах содержится смесь различных окислов азота NOx, в основном, окиси азота. Отравление NOx имеет скрытый характер. Степень воздействия на организм человека NOx приблизительно в 10 раз выше, чем СО. Оксид азота NO является кровяным ядом. Окисляясь до диоксида NO, образуете парами воды азотную кислоту, разрушающую ткани бронхов и легких. При концентрации NO 40... 80 чнм (частиц на миллион) происходит отек легких.
Сернистый газ (SO2). В соединении с другими загрязнениями и влагой раздражает глаза, нос и горло, вредно влияет на легкие, растения, вызывает коррозию металлов и уменьшает прозрачность атмосферы. При среднесуточной концентрации в воздушной среде более 0,05 мг/м3 SO, оказывает токсическое воздействие на флору, фауну, человека.
Аэрозоли. Опасность для организма человека представляют частицы токсичных выбросов аэрозолей с размером менее 20 мкм, задерживающиеся в атмосфере на длительный срок и попадающие вместе с воздухом в дыхательные пути. Аэрозольные частицы сорбируют на своей поверхности канцерогенные вещества и стимулируют образование злокачественных опухолей.
Соединения свинца. Образуются при сгорании этилированного бензина. Бромистый свинец, фосфат свинца поражают прежде всего центральную нервную систему и кровеносные органы. С отработавшими газами поступает 37-85 % соединений свинца, содержащихся в этилированном бензине.
Альдегиды. В отработавших газах содержатся формальдегид - газ с резким неприятным запахом, который действует на глаза и дыхательные пути, поражает центральную нервную систему, печень, почки. Другим ядовитым альдегидом является окропеин - газ с острым раздражающим запахом подгоревших жиров и масел.
Сажа. Частицы сажи придают черную окраску отработавшим газам. Сажа засоряет дыхательные пути, раздражает их и может явиться причиной хронических заболеваний. Главная опасность сажи в том, что она является переносчиком канцерогенных веществ, которые абсорбируются на поверхности ее частиц.
Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ отработавших газов в атмосферном воздухе населенных пунктов показаны в табл. 3.24.
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
138
Таблица 3.24
Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов
Вещество	ПДК, мгДг	
	максимальная разовая	среднесуточная
Диоксид азота NO,	0,085	0,085
Пыль нетоксичная	0.5	0.150
Сажа, копоть	0,15	0,05
Диоксид серы SO,	0.50	0,05
Сероводород H,S	0,008	0,008
Оксид углерода СО	3.00	1,00
Бенз(а)пирсн С,0Н|2	-	1,0-1 о-6
Формальдегид НСНО	0,035	0,012
Нитробензол C6H5NO	0,008	0,008
Стандарты по уровням эмиссии токсичных веществ в разных странах различные, но имеют общую тенденцию к снижению. Например, в США нормы содержания оксидов азота в отработавших газах дизелей за 10 последних лет снизилась с 10,7 до 5,0 % об., а твердых частиц - с 0,6 до 0,1 %.
Суммарная токсичность отработавших газов оценивается индексом токсичности, который приводит экологическую вредность различных веществ к наиболее изученному компоненту - оксиду углерода. Индекс токсичности показывает, во сколько раз сравниваемое вещество опаснее оксида углерода, вредность которого принимается за единицу.
Относительная токсичность условно выражают соотношением:
CO:CH:H,S:NO :C:RHCO:Pb = 1:1.26:3,16:16,5:41,1:41.5:22400.
С учетом относительной токсичности выбросов и состава отработавших газов по четырем контролируемым параметрам СО, CH, NOx, С индекс токсичности отработавших газов составляет: для дизеля 642, бензинового двигателя - 584, что опровергает утвердившееся мнение о существенном экологическом преимуществе дизеля.
Среди экологических показателей бензинов важнейшим является содержание в них соединений свинца. Это связано с высокой токсичностью этилированных бензинов, продуктов их сгорания, и с возможностью применения каталитических систем нейтрализации отработавших газов.
В настоящее время отказываются от применения этиловой жидкости. В России производство этилированных бензинов прекращено с 2002 года был полностью прекращен, а для улучшения экологических, свойств бензина осуществляется переход на реформулированный бензин, с ужесточенными требованиями по: давлению насыщенных паров, фракционному составу, содержанию ароматических углево
3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
139
дородов, бензола, олефинов, серы и обязательным добавлением оксигенатов и моющих присадок.
Критерием качества атмосферного воздуха является отношение действительной концентрации вредного вещества в воздухе к ПДК по медико-санитарным нормам. Качество атмосферного воздуха должно удовлетворять неравенству
с+сфона
ПДК
где С - концентрация вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, мг/м3; С -фоновая концентрация вредного вещества, мг/м3; ПДК - предельно допустимая концентрации вредного вещества, мг/м3.
Введены предельно допустимые выбросы вредных веществ с отработавшими газами двигателей. Двигатели проходят экологические испытания, дающие право на их производство и эксплуатацию.
3.9.2.	Механизм образования токсических выбросов
Углеводороды С-Н. В двигателях с принудительным воспламенением продукты неполного сгорания образуются в пристеночных зонах камеры сгорания, где вследствие интенсивной теплоотдачи в стенки гасится скорость сгорания и цепи окисления обрываются. Концентрация углеводородов в пристеночных зонах в 5...6 раз выше, чем в других зонах.
Доля углеводородов при работе увеличивается при обогащении смеси. Общая концентрация углеводородов в отработавших газах может колебаться от 200 до 3000 млн1 (чнм).
В дизелях причиной неполного сгорания топлива является недостаточно мелкое распыление топлива форсункой в момент посадки иглы в седло. Концентрация углеводородов прямо зависит от подыгольного объема, включая сопловые отверстия распылителя.
Концентрация углеводородов повышается также на границе топливной струи, где вследствие больших избытков воздуха состав смеси выходит за нижний концентрационных предел воспламенения и смесь не воспламеняется.
В результате холодно-пламенных реакций, при самовоспламенении образуются и накапливаются альдегиды-акролеин и формальдегид. Альдегиды образовываются также в результате окисления пленки смазочного материала на зеркале цилиндра, при повторном впрыскивании и подтекании топлива из форсунок.
Углеводороды не сгорают при запаздывании воспламенения и при попадании топлива на холодные стенки камеры сгорания.
Таким образом, содержание углеводородов в отработавших газах зависит от общего избытка воздуха, мелкости распыливания, равномерности макроструктуры смеси и состояния цилиндро-поршневой группы деталей. При хорошо организованном рабочем процессе и удовлетворительном техническом состоянии топливной аппара
I4Q	Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив__
туры концентрация углеводородов в отработавших газах дизелей невелика и составляет 300. ..500 млн1, а удельный выброс - 1,0. ..3,4 г/(кВтч).
Оксиды азота (NOx). Образуются при высоких температурах.
Окисление азота происходит по цепным реакциям (схема Я.Б.Зельдовача):
О, + М О + О + М - 494 кДж/моль (инициирование);
О + N, <-> NO + N - 314 кДж/моль
и О2 + N <-> NO + 0 + 314 кДж/моль (продолжение);
0 + 0 + М<->02 + М +494 кДж/моль (обрыв цепи).
В бензиновых двигателях при а> 1 и температуре выше 2500 К время релаксации оксида азота меньше 5мс, (50... 100 град. п.к.в.), что значительно меньше продолжительности цикла. Поэтому 2-я и 3-я реакции находятся в состоянии термодинамического равновесия. При расширении температура газов в цилиндре понижается, время релаксации возрастает и становится значительно больше продолжительности цикла. Термодинамическое равновесие нарушается в сторону увеличения концентрации NO, которая стабилизируется при понижении температуры. Оксид азота образуется за фронтом пламени, где более высокая температура и имеется свободный кислород. При работе на богатой смеси («< 1) некоторое количество NO распадается на исходные азот и кислород. Максимум концентрации оксида азота наблюдается при работе на смеси близкой к стехиометрической (а= 1,0... 1,05), при которой удельный выброс NOx достигает 18...20 г/кВт  ч.
В дизельных двигателях эмиссия NOx должна быть меньше из-за понижения средней температуры газов (-2200 К). Однако вследствие сушественной неоднородности концентрационного и температурного полей в зонах с (X близкой к стехиометрической и высокой температурой до 2500 К, интенсифицируются процессы образования NO. Такие зоны расположены со стороны фронтов диффузионного горения, обращенной к воздуху.
Вследствие этого эмиссия оксидов азота в дизеле имеет тот же порядок, что и в двигателях с принудительным воспламенением. Их удельный выброс при отсутствии нейтрализаторов достигает 16-18 г/кВт  ч.
Оксид углерода СО. Образуется вследствие неполного окисления углерода при недостатке кислорода:
2С + О, —» 2СО.
В двигателях с принудительным воспламенением топливовоздушная смесь к моменту воспламенения хорошо гомогенизирована и характер ее сгорания определяется коэффициентом избытка воздуха. При избытке воздуха в смеси (а> 1) происходит полное окисление углерода и содержание СО в отработавших газах ничтожно мало. При работе на стехиометрической смеси содержание СО возрастает до 0,5... 1,0 % по объему. При обогащении смеси до С/. = 0,8...0,9 концентрация СО в отработавших газах может достигать 6... 8 % по объему, а удельный выброс - 50... 70 г/(кВтч).
3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
141
В процессе расширения часть оксида углерода доокисляется в СО, и содержание СО в отработавших газах снижается. Конечное содержание СО в отработавших газах зависит от времени окисления его в процессе рабочего цикла. Позднее зажигание и затянутый процесс сгорания уменьшают возможность преобразования СО в СО, и концентрация СО в отработавших газах увеличивается.
В двигателях с воспламенением от сжатия рабочий процесс характеризуется неравномерностью концентрационного и температурного полей. Даже при значительном общем избытке воздуха существуют зоны с a« 1, где интенсивно образуется оксид углерода (до 3...6 %). Вследствие общего полутора-, двукратного избытка воздуха и высокой температуры оксид СО успевает доокислиться в процессе расширения.
Концентрация СО в отработавших газах дизелей обычно не превышает 0,2.. .0,3 %, а его удельный выброс находится в пределах 4.. .8 г/(кВт ч).
Твердые частицы составляют сажа, частицы нагара и несгоревшего масла.
В двигателях с принудительным воспламенением сажа в отработавших газах присутствует только при нарушении нормального технического состояния системы топливопитания и при чрезмерном переобогащении горючей смеси.
Частицы сажи в отработавших газах представляют собой агломераты первичных сажевых образований, состоящих из углерода (1.. .2 % масс.) связанного с водородом графитовой структуры, размером 20.. .500 А°. В результате их коагуляции образуются частицы размером 0,6 мкм и более.
В основе процессов образования сажи лежит термическое разложение углеводородов в газовой фазе.
В дизеле сажа образуется в течение всего процесса сгорания топлива от начала воспламенения и до конца стадии догорания. Основным механизмом процесса образования сажевых частиц является крекирование молекул топлива и их окисление. Соотношение этих двух реакций, зависит от общей и локальной концентрации кислорода в зонах горения. В диффузионном пламени дизельного процесса горения, крекинг молекул топлива происходит в зонах с недостатком кислорода, который усиливается вследствие повышения температуры и давления. Кроме общего избытка воздуха, на образование сажи влияет продолжительность и угол опережения впрыскивания топлива.
Факторы, определяющие образование токсических выбросов двигателя :
•	состав горючей смеси;
•	равномерность макроструктуры и оптимальная микроструктуры рабочей смеси;
•	фазовое положение процесса сгорания;
•	химический состав топлива.
Первые три фактора являются результатом регулировочных и режимных процессов. Химический состав топлива зависит от химического состава нефти и технологии производства топлива.
Обобщающие результаты о влиянии основных факторов на образование токсических веществ в отработавших газах показаны на рис. 3.48-3.51).
142
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
СО,% NOX, млн’1	СН, млн'1
Рис. 3.48. Зависимость содержания токсичных компонентов в ОГ бензинового двигателя от состава горючей смеси (сх).
Рис. 3.49. Зависимость содержания токсичных компонентов в ОГ бензинового двигателя от нагрузки (Ne).
Рис. 3.50. Зависимость содержания токсичных компонентов в ОГ дизеля от частоты вращени» коленчатого вала (п). (Kt - дымность).
1100 1300 1700 2100 2500 п, мин'1
3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
143
Рис. 3.51. Зависимость содержания токсичных компонентов в ОГ дизеля от нагрузки (МПа). - дымность).
3.9.3.	Способы снижения токсичных выбросов
Основные направления и способы снижения токсичных выбросов поршневых двигателей внутреннего сгорания показаны на рис. 3.52.
Бензиновые двигатели
Токсичность отработавших газов снижают путем:
•	оптимизации состава, микро- и макроструктуры горючей смеси;
•	совершенствования конструкции двигателей;
•	рециркуляции отработавших газов;
•	нейтрализации отработавших газов.
Оптимальный состав смеси зависит от равномерности распределения топлива в объеме каждого внутрицилиндрового заряда, между отдельными цилиндрами и циклами. Минимальный выброс вредных веществ достигают обеднением и гомогенизацией горючей смеси за счет конструкции и подогрева смеси на впуске.
Дозирующие характеристики и равномерное распределение топлива по циклам и цилиндрам получают распределенным впрыскиванием бензина во впускной трубопровод или путем непосредственного впрыскивания топлива в цилиндры с электронным управлением топливоподачи.
При карбюраторном смесеобразовании карбюратор регулируют не по максимуму индикаторной мощности, а по допустимому содержанию СО и СН в отработавших газах.
Для уменьшения выбросов NOx работают на бедных смесях с а» 1,2, если обеспечивается их надежное воспламенение и быстрое сгорание. Работа на бедных смесях повышает топливную экономичность двигателей.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
144
Рис. 3.52. Способы снижения токсичных выбросов поршневых двигателей внутреннего сгорания.
3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
145
Преимущества обеднения горючей смеси могут быть реализованы только в том случае, если не замедлены процессы сгорания. Для “быстрого” сгорания бедных смесей вплоть до а = 1,4... 1,5 организуют вихревое движение заряда, регулируют уровень турбулентности в зависимости от режима работы двигателя, применяют камеры сгорания линзового типа, расположенные в поршне и устанавливают несколько свечей зажигания.
Перспективным способом использования бедных смесей является расслоенное смесеобразование, когда при общем избытке воздуха в зоне зажигания формируют обогащенную топливную смесь, которая надежно воспламеняется от искры и обеспечивает интенсивное распространение фронта пламени. Обедненная смесь в этом случае позволяет снизить выбросы не только СО и СН, но и NOx (рис. 3.53).
Совершенствование конструкции двигателей:
•	увеличение отношения хода поршня к диаметру цилиндра уменьшает “защемление” объема смеси между поршнем и головкой цилиндра, от которой зависит количество недоокисленных углеводородов;
•	уменьшение высоты жарового пояса (расстояние от кромки днища поршня до первого поршневого кольца), уменьшает объем недоокисленных углеводородов;
•	увеличение числа клапанов в каждом цилиндре (в некоторых случаях до пяти), улучшает процесс газообмена в цилиндре;
•	увеличение числа свечей зажигания в одном цилиндре, сокращает время сгорания топливного заряда даже при значительном относительном количестве остаточных газов;
•	применение факельного зажигания и двухполостных камер сгорания (рис. 3.54), уменьшает содержание выбросов оксида углерода в 3-4 раза, оксидов азота в 2.. .3 раза, снизить содержание канцерогенного бенз(о)пирена на 4... 10 %.
Рис. 3.54. Схема двигателя с факельным зажиганием:
I - соединительный канал; 2 ~ предкамера;
3 - свеча зажигания; 4 - впуск обогащенной смеси;
5.6 клапаны: 7 - впуск бедной смеси;
8 - основная камера сгорания.
Рис. 3.53. Динамика образования оксидов азота в бензиновом двигателе с традиционным смесеобразованием (7) и расслоенном (2).
7
10 Заказ X» 2029
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
146
Рециркуляция отработавших газов позволяет снизить образование продуктов неполного сгорания и уменьшить эмиссию оксидов азота. Раниркуляцию осуществляют при помощи установки в выпускном трубопроводе электромагнитного клапана, который по команде электронного блока управления на наиболее опасных режимах открывает проход части отработавших газов во впускной трубопровод (10... 15 % по отношению к массе свежего заряда).
Рециркуляция отработавших газов несколько ухудшает индикаторные показатели двигателя, но дает возможность снизить эмиссию оксида азота.
Нейтрализация отработавших газов. Содержание токсических веществ в отработавших газах снижают после их выхода из цилиндра при помощи нейтрализаторов. Нетоксичные газы образуются в результате окислительных и восстановительных процессов между токсическими веществами и кислородом в присутствии катализаторов.
Каталитические нейтрализаторы выполняют в виде полого корпуса, наполненного гранулированным, блочным или монолитным носителями, поверхности которых покрыты тончайшим слоем катализатора, в качестве которого используют платину, палладий или плати но родиевый сплав.
Гранулированный носитель имеет форму шариков диаметром 2...5 мм, цилиндров, колец и т.п. Гранулы изготавливают из окиси алюминия А12О3, алюмосиликатов, оксидов кальция, циркония и помешают в перфорированную оболочку из жаростойкой стали. Блочный или монолитный носитель выполняют из окиси алюминия, глинозема, кремнезема. Он имеет поры, каналы, поверхность которых покрыта катализатором.
В двухкомпонентных нейтрализаторах СО докисляют в СО при температуре 520-570 К, а СН в СО, и Н,О при температуре 720-770 К при помощи дополнительно подаваемого воздуха.
В трехкомпонентных нейтрализаторах наряду с СО и СН восстанавливают оксиды азота при помощи СО и Н, в присутствии платинородиевого катализатора:
2NO + 2СО = N, + 2СО,
2NO + 5Н, = 2NH3 + 2Н2О.
Степень нейтрализации (рис. 3.55) зависит от состава горючей смеси. С увеличением а более единицы повышается степень окисления СО и СН, однако недопустимо снижается степень восстановления NO* (менее 40 %). Напротив, при а~ 0,95, когда в отработавших газах присутствуют восстановители СО и Н,, нейтрализуется до 80 % NO*. Поэтому нейтрализаторы тройного действия оборудуют устройством, дозирующим горючую смесь в пределах <х = 0,96... 1,0.
Нейтрализаторы “отравляются” при использовании этилированных бензинов и при сгорании соединений серы, цинка, фосфора. Работа на обедненных смесях снижает топливную экономичность двигателей до 10 %.
Трехкомпонентные нейтрализаторы работают при регулировании состава смеси с помощью кислородного преобразователя А-зонда, не допускающего отклонения ОС до границы а = 0,98 ± 0,03. Избыточный кислород в отработавших газах не дает возможность восстанавливать оксиды азота.
3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
147
Рис. 3.55. Зависимость эффективности нейтрализации токсичных компонентов от состава горючей смеси:
СО’, СН\ NCV - содержание компонентов до нейтрализатора;
зс11 - степень нейтрализации компонентов;
СО, CH, NO - содержание вредных веществ после трехкомпонентного нейтрализатора.
Применяют специальный нейтрализатор, способный накапливать NOx в форме нитратов при работе на бедных смесях. При переключении работы двигателя на обогащенную смесь, накопленные нитраты восстанавливаются СО до безвредного азота.
Дизельные двигатели
Для снижения токсических выбросов дизелей основное внимание уделяют уменьшению выбросов оксида азота и твердых частиц - сажи.
С этой целью рабочий процесс дизелей корректируют путем:
•	оптимизации временных и энергетических характеристик впрыскивания топлива, обеспечивающих наилучшую микро- и макроструктуру заряда, а также минимальную задержку воспламенения;
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
148
•	оптимизации вихревого движения воздушного заряда;
•	применения рециркуляции отработавших газов;
•	впрыскивания воды во впускную систему или применение водотопливных эмульсий.
Оптимизация временных и энергетических характеристик впрыскивания топлива. Угол опережения впрыскивания топлива 6тг выбирают таким, при котором снижается эмиссия оксидов азота и углеводородов. Программу изменения 0впр выбирают в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и теплового состояния двигателя.
При работе холодного двигателя на холостом ходу угол опережения впрыскивания топлива увеличивают с ростом частоты вращения коленчатого вала, чтобы исключить появление “белого” дыма с большим содержанием углеводородов. После прогрева двигателя значение 0 пр уменьшают примерно на 10 град.п.к.в.
При работе “горячего” двигателя под нагрузкой: 0впр уменьшают при повышении час тоты вращения холостого хода до частоты вращения 800... 1200 мин*1 и сохраняют на уровне 5...6 град. п.к.в. после ВМТ при больших частотах вращения.
Продолжительность впрыскивания топлива. При “затянутом” впрыскивании последние порции топлива вводятся в “горячие” продукты сгорания при дефиците кислорода. Вследствие этого увеличивается количество продуктов неполного сгорания, возрастает выброс сажи. Оптимальная продолжительность впрыскивания современных дизелей 20...30 град, п.к.в.
Продолжительность впрыскивания сокращают за счет повышения давления впрыскивания Pmp. Это положительно влияет на мелкость распыливания, микроструктуру топливной струи и макроструктуру заряда, за счет которых снижается дымность газов (рис. 3.56).
Рис. 3.56. Зависимость выброса твердых веществ от давления впрыскивания топлива.
Оптимизация вихревого движения заряда. Вихревое движение заряда существенно влияет на макроструктуру топливовоздушной смеси. При определении интенсивности вихря, минимизируются выбросы продуктов неполного сгорания (СО, CH, С) и удельный расход топлива, растет выброс оксидов азота (рис. 3.57). Интенсивность вихревого движения заряда подбирается таким образом, чтобы добиться максимального снижения выбросов оксидов азота, даже при некотором повышении
3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
149
содержания в отработавших газах СО и СН. Для этого используют раздельные впускные каналы различной формы. Один канал с улиткообразной формой закручивает поток и создает в цилиндре вихревое движение заряда в плоскости перпендикулярной оси цилиндра. Второй канал инициирует вихревое движение параллельно оси цилиндра.
Рис. 3.57. Содержание вредных веществ в отработавших газах дизеля в зависимости от вихревого отношения л /л.
Для снижения вредных выбросов изменяют конструкцию дизелей:
•	увеличивают отношение хода поршня к диаметру цилиндра;
•	уменьшают надпоршневой объем;
•	заполняют зазор между гильзой и головкой прокладкой из термостойких синтетических материалов;
•	уменьшают жаровой пояс поршня;
•	переходят на четырехклапанные системы газораспределения;
•	совершенствуют топливную аппаратуру: применяют форсунки с высоким давлением впрыскивания, уменьшают подигольный объем, применяют насосы-форсунки с электромагнитным управлением.
Рециркуляция отработавших газов до 25...45 % от массы циклового заряда позволяет снизить выбросы оксидов азота и альдегидов. Дальнейшее увеличение отработавших газов в свежем заряде приводит к резкому росту выбросов окиси углерода (рис. 3.58).
Практическое применение рециркуляции отработавших газов требует сложного автоматического управления, обеспечивающего оптимальное дозирование количества отработавших газов, направляемых во впускную систему.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
150
Рис. 3.58. Зависимость содержания вредных веществ в отработавших газах дизеля от степени рециркуляции отработавших газов (с): х—-х - при среднем эффективном давлении 0,364 МПа; о—о - на холостом ходу.
Впрыскивание воды во впускной трубопровод в результате испарения воды понижает температуру заряда и уменьшает концентрацию свободного кислорода, что обусловливает снижение эмиссии NOx.
Установлено, что добавление 6 % (по массе) воды к поступающему в цилиндр воздуху позволяет уменьшить концентрацию NOx в отработавших газах на 50 % (рис.3.59).
Рис. 3.59. Влияние впрыскивания воды на впуске в дизель:
1 - без впрыскивания воды: 2 - 1 % воды;
3 2 % воды; 4-6 % воды.
Применение водотопливных эмульсий уменьшает выбросы продуктов неполного сгорания СН, СО, NO и сажи. Существует несколько гипотез о механизме действия:
•	возникают “микровзрывы” прогреваемых капелек воды, которые за счет интенсивного расширения паров, вызывают вторичное распиливание топлива i смешение его с воздухом, в результате чего снижаются выбросы продуктов неполногс сгорания;
3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
151
•	происходит диссоциация воды с образованием радикалов водорода Н- и гидроксильной группы ОН-, которые ускоряют процессы окисления углеводородов;
®	испарение воды снижает локальные температуры в зонах воспламенения, в результате чего снижается эмиссия NOx.
По опытным данным 20 % воды уменьшают концентрацию NOx на 30-40 %, а СО - на 35 %. 40 % воды уменьшают NOx на 100 %, а СО - на 66 %.
Практическое использование воды и водотопливных эмульсий создает проблемы: сложность приготовления эмульсий и обеспечение их стабильности; работа при отрицательной температуре окружающей среды; противокоррозионная защита деталей топливной аппарагуры; сложная дозирующая автоматика.
Применение систем нейтрализации. Дизели на всех режимах работают при избытке воздуха, поэтому среда отработавших газов является окислительной. В нейтрализаторах производят дожигание СО и СП.
Восстановление оксидов требует восстановительной среды, которую можно создать оксидом углерода, водородом, метаном (СН4) или аммиаком (NH3). Восстановительные нейтрализаторы сложны и недолговечны и требуют большого расхода восстановителя. Поэтому их практически не применяют, а нормативы по токсичности выполняют за счет оптимизации регулировок рабочего процесса.
Твердые частицы сажи улавливают специальными фильтрами, состоящими из гранул, размером 0,5...4,0 мм, обладающих адсорбционной способностью.
3.9.4. Показатели экологической безопасности двигателей
Экологическую безопасность двигателя в настоящее время оценивают по выбросам окиси углерода (СО), оксидов азота (NOJ, углеводородов (СП). В перспективе предусматривают нормирование выбросов в атмосферу: диоксида углерода (СО,), полициклических ароматических и кислородсодержащих углеводородов.
Оценочные показатели:
•	относительная объемная доля вредного вещества в отработавших газах при работе на фиксированных режимах (проценты или количество частиц на миллион);
•	относительное количество массы вредного вещества, приходящейся на единицу выполненной работы (г/кВт Ч ч) на отдельных режимах и средневзвешенная величина на некоторой их совокупности;
•	масса вредных веществ за определенный цикл режимов работы двигателя, приближенный к реальному их распределению при эксплуатации (г/цикл или г/км);
•	относительный выброс СО и СН на холостом ходу (бензиновые двигатели) и дымность для дизелей.
Основные стандарты н правила испытаний
В Европе. Правила Европейской экономической комиссии (ЕСЕ) ООН. Определяют режимы работы автомобилей и двигателей и методику измерений. (Соответствующие правила в США FTR-75 и Transient Test).
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
152
Выброс вредных веществ легковыми и грузовыми автомобилями полной массой до 3,5 топределяют путем анализа отработавших газов за "ездовой” цикл при работе двигателей в составе автомобиля на стенде с беговыми барабанами. Дозирование атмосферного воздуха, которым “разбавляются” отработавшие газы, осуществляют таким образом, чтобы суммарный объемный расход газовой смеси оставался постоянным на всех режимах работы двигателей. Такая методика испытаний, при постоянном объеме газов, носит название CVS (Constant Volume Sumpier). Концентрация вредных веществ в разбавленном потоке эквивалентна действительному загрязнению атмосферы вредными веществами.
Правила R15/05 определяют “ездовой цикл” в странах Европы. Цикл состоит из двух частей. Первая часть включает четыре городских цикла R15/04. Вторая часть включает два городских ездовых цикла EUDS с более тяжелыми нагрузочными режимами.
Испытания по Правилам R 15/05 начинают после пуска холодного двигателя и его работы на холостом ходу в течение 40 с. Пробы отбирают по методу CVS. Каждый “городской ездовой” цикл длительностью 195 с включает в себя разгон автомобиля на трех разных передачах, движение с различными постоянными скоростями, замедления с переключением передач. Каждое испытание складывается из 4-х повторяющихся пятнадцатирежимных циклов и продолжается 13 мин.
Параметры цикла по Правилам R 15/05:
•	полное время цикла - 1220 с;
•	протяженность цикла - 11,007 км;
•	средняя скорость автомобиля - 32,5 км/ч;
•	средняя скорость автомобиля без учета времени работы на холостом ходу — 44,0 км/ч;
•	максимальная скорость автомобиля - 120 км/ч;
•	доля времени работы на холостом ходу - 26,2%.
Параметры первой части цикла по Правилам R 15/05:
•	полное время цикла - 820 с;
•	протяженность цикла - 4,052 км;
•	средняя скорость автомобиля - 18,7 км/ч;
•	максимальная скорость автомобиля - 50 км/ч;
•	доля времени работы на холостом ходу - 31,0%.
В США “ездовой” цикл FTR-75 включает три этапа:
•	первый “холодный” - 505 с;
•	второй, относительно стабильный - 506... 1372 с;
•	третий “горячий”- 1373... 1877 с.
С 1998 года в Правила R 15/05 внесены ужесточающие условия - измерение выброса вредных веществ начинается не через 40 с после пуска, а непосредственно после стартования. Соответствие нормам EURO-Ш оценивают по выбросу вредных веществ, начиная с пуска двигателя при температуре окружающей среды минус 7 °C.
Правила ЕСЕ R-49 определяют экологические испытания дизелей легковых автомобилей полной массой более 3,5 т, а также бензиновых двигателей и дизелей
3.9.	Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ) пегковых и грузовых автомобилей полной массой более 3,5 т. Проводят на моторных лендах.
Испытательный цикл включает в себя 13 режимов по 10 минут работы на каждом, с. измерением выброса трех компонентов - СО, СН и NOx. Режимы №№1, 7 и 13 соответствуют холостому ходу, а режимы №№ 2...6 соответствуют максимальному крутящему моменту при нагрузке соответственно 10,25,50,75 и 100 %. Режимы №№ 8... 12 соответствуют номинальной частоте вращения и уменьшающейся нагрузке от 100 % через 75, 50, 25, 10 % нагрузки.
Результирующий выброс каждого компонента определяют, используя соответствующие коэффициенты весомости:
на режимах №№ 1, 7, 13 - 0,083; на режимах №№ от 2 до 6 и 12 — 0,08; на режиме №8- 0,1; на режимах №№ 9, 10, 11 - 0,02.
В России приняты следующие стандарты испытания двигателей на токсичность.
По ГОСТ 17.2.2.03-87 измеряют содержания СО и СН в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями на прогретом двигателе с отбором газов из выпускной системы не менее, чем за 300 мм до обреза выпускной трубы, на двух режимах:
•	при минимальной частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу (пн min);
•	при повышенной частоте вращения коленчатого вала (ипов) от 2000 мин'1 до 80 % от номинальной частоты вращения (0,87?ном).
Допустимые показатели. содержание СО 3 % для новых и эксплуатируемых двигателей при минимальной частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу, и 2 % - при повышенной частоте вращения коленчатого вала («пов). Содержание углеводородов для четырехцилиндровых двигателей 1200 и 600 млн'1 соответственно для минимальной и повышенной частот вращения. Для двигателей с числом цилиндров более четырех содержание СН допускается более высокое: 3000 и 1000 млн*1 соответственно.
По ОСТ 37.001.070-75 и ОСТ 37.001.234-81 определяют средневзвешенные значения удельного выброса соответственно для бензиновых двигателей и дизелей на стендах, имитирующих реальную работу в двигателях в г/(кВт  ч). Испытания бензиновых двигателей проводят за четыре идентичных 9 режимных цикла продолжительностью 30 с каждый. Дизели испытывают за один 13-и ступенчатый цикл, продолжительностью 10 минут каждый (соответствует Правилам ЕСЕ R-49).
По ОСТ 37.001.054-86 определяют выброс вредных веществ (СО, СН и NOx) автомобилей с бензиновым двигателем на специальных стендах с беговыми барабанами. Режимы соответствуют Правилам R15/04 ЕСЕ ООН (городской цикл, продолжительностью 195 с).
По ГОСТ21393-75 определяют дымность дизеля, установленного на автомобиле на режиме десятикратного ускорения путем периодического увеличения подачи топлива до предельной величины.
По ГОСТ 27.2.2.01-84 определяют дымность дизеля на стенде на режиме внешней скоростной характеристики и в режиме свободного ускорения.
Нормативы на выброс вредных веществ в Европе (табл. 3.25-3.28).
154 -
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Таблица 3.25
Требования Правил 94/12 ЕСЕ EURO-II
Наименование	Бензиновые двигатели	Количество выбросов, г/км	
		Дизели	
		с разделенной камерой сгорания	с неразделенной камерой сгорания
Дата введения	1 января 1996 года	1 января 1996 года	30 сентября 1999 года
Цикл испытаний	R 15/05 на беговых барабанах		
Нормы при пробеге до 80000 км			
СО	2,2	1,0	1,0
CH+NO X	0,5	0,7	0,9
Твердые частицы	-	0,08	0.1
Нормы при пробеге более 80000 км			
СО	2,64	1,1	1,1
CH+NOx	0,6	0,7	0,9
Твердые частицы	-	0,096	0,12
Примечание: Распространяются на легковые автомобили категории М, с полной массой менее 2500 кг, количеством пассажиров до 6 включительно с водителем, работающие на неэтилированном бензине и дизельном топливе, при этом нормы для принятия модели к производству и контроля серийного производства одинаковы.
Таблица 3.26
Требования Правил 70/220 с поправками 93/59 EEC EURO-II
Наименование	Количество выбросов, г/км		
	Полная масса автомобиля		
	менее 1250 кг	от 1250 до 1700 кг	более 1700 кг
1	2	3	4
Цикл испытаний	R 15/05 на беговых барабанах		
Нормы для принятия модели к производству			
СО	2,72	5,17	6,9
CH+NO*	0,97	1,4	1,7
Твердые частицы (для дизелей)	0,14	0,19	0,2
3.9. Образование токсических выбросов отработавших газов (ОГ)
155
Продолжение табл. 3.26
1	2	3	4
Нормы для контроля серийного производства и при пробеге менее 80000 км			
СО	3,16	6,0	8,0
CH+NOx	1,13	1,0	2,0
Твердые частицы			
(для дизелей)	0.18	0,22	0,29
Нормы для бензиновых двигателей при пробеге более 80000 км			
СО	3,8	7,2	9,6
сн+ью	1,36	1,92	2,4
Нормы для дизелей при пробеге более 80000 км			
СО	3,48	6,6	8,8
CH+NOx	0,97	1,4	1,7
Твердые частицы	0,216	0,264	0,35
Примечание: Распространяются на автомобили: не менее чем четырехколесные с полной массой более 400 кг и максимальной скоростью более 50 км/ч; категории М, с полной массой от 2500 кг до 3500 кг или количеством пассажиров более 6 (с водителем); категории Nt с бензиновыми двигателями; допускается распространят ь на категорию М, с дизелями и полной массой мене 2840 кг.
Таблица 3.27
Требования Правил 88/77 с учетом 91/54 EEC и ЕСЕ R49/02 EURO-П (введен 1.10.1996 г.)
Наименование	Для принятия модели	Для контроля серийного производства
Цикл испытаний	R 49 на моторном стенде	
СО СН NOx Твердые частицы для дизелей с рабочим объемом менее 0,7 л и частотой вращения коленчатого вала более 3000 мин'1	4,0 1,1 7,0 0,15 (дата введения 1.10.97)	4,0 1,1 7,0 0,15 (дата введения с 1.10.98)
Примечание: Распространяются на автомобили: категории М, с полной массой более 3500 т с дизелями; категории М„ М,, N(, N, и N,c бензиновыми двигателями и дизелями.
С 2005 года намечался переход на еще более жесткие стандарты EURO-IV со снижением допустимого выброса оксидов азота до 0,08 г/км в бензиновых двигателях и до 0,25 г/км в дизелях.
156
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Таблица 3.28
Требования по выбросу вредных веществ EURO-III
Параметры	Методы испытания	
	на беговых барабанах	на моторных стендах
Единицы измерения	г/км	г/(кВтч)
СО	0,5...0,1	2,0
СП	0,1	0,6
NO X	0,1	менее 5,0
Твердые частицы	0,04...0,5	0,05...0,10
В США действуют федеральные требования Агентства по охране окружающей среды ЕРА для 49 штатов US-96 и особые калифорнийские нормы. Этими нормами помимо СО, СН и NOx лимитируются выбросы формальдегидов, NMOG (неметановых органических газов) и NMCH (неметановых углеводородов).
3.9.5. Токсические свойства нефтяных топлив
Нефтяные топлива в той или иной степени токсичны, поэтому их производство, хранение и использование в технике должно исключать вредное воздействие на человека и окружающую среду.
В соответствии с ГОСТ 12.1007-76 по степени воздействия на организм человека (табл. 3.29).
Таблица 3.29
Классификация опасности вредных веществ
Показатель	Норма для класса опасности			
	1	2	3	4
Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3	<0,1	0,1-1,0	1,1-10,0	>10,0
Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг	<15	15-150	151-5000	>5000
Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг	<100	100-504	501-2500	>2500
Средняя смертельная концентрация воздуха, мг/м’	<500	504-5000	5001-50000	>50000
Коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО)	>300	300-30	29-3	<3
Зона острого действия	<6,0	6,0-18,0	18,1-54,0	>54,1
Зона хронического действия	>10,0	10,0-5,0	4,9-2,5	<2,5
3.10. Взаимодействия топлив с конструкционными материалами
Топлива относят к четвертому классу малоопасных веществ. Степень их воздействия на человека зависит от химического строения углеводородов и их концентрации в топливе.
Алкановые насыщенные углеводороды действуют на нервную систему, как наркотики. С увеличением в молекуле числа атомов углерода до 9 включительно это действие усиливается, а с дальнейшим увеличением - ослабевает.
Циклановые углеводороды более опасны, чем алкановые. Наличие двойных связей в молекуле вещества увеличивает его токсичность и тем сильнее, чем больше не насыщены углеводороды.
Ароматические углеводороды, особенно бензол, обладают сильными токсическими свойствами. Они воздействуют на процессы кроветворения, центральную нервную и мышечную системы.
3.10.	Взаимодействия топлив с конструкционными материалами
3.10.1.	Коррозия металлов и коррозионная активность топлив
Коррозия протекает на границе двух фаз: металл-окружающая среда. Причиной коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в различных средах и металл разрушается в результате химического или электрохимического взаимодействия.
Химическая коррозия протекает при прямом взаимодействии металла с окружающей средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента происходит в одном акте. Реакции подчиняются законам химической кинетики. Примером химической коррозии являются реакции металла с коррозионноагрессивными компонентами топлива - меркаптановой серой, сероводородом, органическими кислотами. Образующиеся при окислении углеводородов агрессивные органические вещества также вызывают химическую коррозию. Взаимодействие металлических деталей топливной системы с агрессивными газами продуктов сгорания при высокой температуре протекает по механизму химической коррозии. Разрушение металла заключается в диффузии атомов (ионов) металла через пленку продуктов коррозии и встречной диффузии коррозионно-агрессивных веществ из внешней среды.
Электрохимическая коррозия сопровождается появлением электрического тока вследствие электрохимического взаимодействия металла с окружающей электрически проводящей средой (электролитом). Ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента среды протекают в двух электродных процессах - анодном и катодном (рис. 3.60).
Анодный процесс представляет собой образование гидратированных ионов металла в электролите и электронов на поверхности металла:
не <— neMe~" —» Me"* - /лН,О.
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
158
Рис. 3.60. Схема электрохимической коррозии металла: a - анодный участок: б - катодный участок.
Катодный процесс представляет собой ассимиляцию электронов какими-либо ионами или молекулами раствора (D), способными к восстановлению по реакции:
ле + £) —> [Dne],
Каждый процесс сопровождается соответствующим током I анодным и I катодным. Какой процесс преобладает, зависит от уровня потенциальной энергии катионов в узлах кристаллической решетки металла 77Ме и в растворе 77р.
Если Пы> П?, то I > I и имеет место анодный процесс.
Если ЯМе< то I <1 и имеет место катодный процесс.
При I =1 -1ц происходит динамическое равновесие, при котором коррозия не идет.
Механизм электрохимической коррозии железа можно представить следующим образом:
На аноде:
Fe —» Fe2 + 2е~;
Fe2+ + 2НО -> Fe(OH),;
4Fe(OH), + О, + 2H,O -> 4Fe(OH),.
На катоде:
Hie —> ЕЕ;
Н + Н -> Н ;
Н + Н + 0,50, -> Н2О;
Н,О + 0,50, + 2е-	2НО“.
Общая скорость коррозии металлов определяется скоростью наиболее медленного процесса.
Электрохимическая коррозия связана с возникновением и соотношением между обратимыми и необратимыми электродными потенциалами.
Обратимый электродный потенциал устанавливается в процессе обмена, определяющего потенциал металла и электролита, когда металл находится в равновесии с собственными ионами в электролите. При этом скорости анодного и катодного
3-10. Взаимодействия топлив с конструкционными материалами
процесса равны / = I, и коррозия не протекает.
Обратимый электродный потенциал рассчитывается по уравнению Нернста:
7? 7^
(^Ме)обр =(^Мс-)обр
где (^ме)^бр -стандартный потенциал металла (обратимый потенциал металла при активности его ионов в растворе равной единице); R - газовая постоянная; Т ~ абсолютная температура; А - число Фарадея; а „ - активность ионов металла в растворе.
Необратимый электродный потенциал устанавливается, когда в процессе обмена, определяющего потенциал металла в электролите, участвуют не только ионы данного металла, но и другие ионы или атомы, причем анодный процесс в основном осуществляется ионами металла (I > /), а катодный процесс - другими ионами (7< 7). Установление на металле необратимого электродного потенциала свидетельствует об электрохимическом разрушении металла.
В основе снижения коррозионных процессов лежит процесс поляризации -изменение катодных и анодных потенциалов, приводящее к уменьшению силы тока. Поляризация является основным тормозящим фактором электрохимической коррозии.
Анодная поляризация представляет собой отставание процесса выхода ионов в электролит от процесса перетока электронов с анодных участков на катодные. Причиной анодной поляризации могут быть: замедленность анодной реакции коррозии металла; замедленность диффузии ионов металла в раствор; возникновение анодной пассивности.
Катодная поляризация представляет собой отставание процесса ассимиляции электронов от их поступления на катодные участки. Причиной анодной поляризации могут быть: замедленность катодной деполяризационной реакции; замедленность диффузии деполяризатора из объема электролита к катодной поверхности.
С целью снижения коррозионного разрушения металлов стремятся перевести металл в пассивное состояние.
При отсутствии и нарушении защитного слоя металлические поверхности подвергаются интенсивной коррозии.
О сложном механизме коррозионных процессов свидетельствует характер коррозионных разрушений (рис. 3.61).
Влияние воды на коррозионные процессы. Коррозия металлов в топливе усиливается от растворенной или свободной воды. В реальных условиях хранения и применения топлив происходит периодическая конденсация воды на металлических поверхностях. Источниками накопления воды являются атмосферная влага и конденсационная вода из продуктов сгорания топлива.
Образующиеся конденсаты представляют собой электролиты, содержащие водорастворимые кислые продукты окисления углеводородов и неуглеводородных компонентов. Наличие электропроводящей среды в сочетании с термодинамической неустойчивостью металла и его неоднородностью приводят к возникновению электрохимической коррозии (рис. 3.62).
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
160
Рис. 3.61. Характер коррозионных разрушений
Сплошная коррозия: а - равномерная, б - неравномерная, в - избирательная. Местная коррозия: г - пятнами, д - язвами, е - точечная (питтинг), ж - сквозная, з - подповерхностная, и - межкристаллитная, к - коррозионное растрескивание.
Рис. 3.62. Схема трехфазной системы “нефтепродукт - вода ~ металл”: А и К - соответственно, анодные и катодные участки.
Коррозия металлов в системе “нефтепродукт - вода - металл” протекает по сложному механизму химических и электрохимических процессов. Электролит в виде пленок и объемов дифференцирует поверхность металла на анодные и катодные участки.
Защитные свойства топлив улучшают с помощью ингибиторов коррозии, которые тормозят анодные и катодные процессы электрохимической коррозии и образуют на поверхности металла после вытеснения воды прочные адсорбционно-хемосорбционные защитные пленки (рис. 3.63).
Коррозионная активность топлив. Зависит от содержания в топливе сернистых соединений кислых веществ, воды и условий применения.
Общее содержание серы характеризует наличие серы во всех сернистых соединениях топлива. При сгорании серы образуются кислородные соединения серы. Продукты их взаимодействия с водой (серная и сернистая кислоты) вызывают сильную коррозию металлов, особенно цветных (табл. 3.30).
3.10. Взаимодействия топлив с конструкционными материалами
161
Рис. 3.63. Схема вытеснения воды с поверхности металла и образования адсорбционных и хемосорбционных пленок ингибиторами коррозии:
А - анодный участок, Б - катодный участок, В - капля воды, I - металл, II - оксидная пленка, III - хемосорбционная фаза; IV - адсорбционный слой, V - коррозионная среда, ИЭД - ингибитор экранирующего действия, ИКД - ингибитор катодного действия, НАД - ингибитор анодного действия.
Таблица 3.30
Влияние содержания серы в дизельном топливе на коррозию металла при хранении топлива. Потери металла от коррозии, г/м2
Содержание серы в топливе, мае. %	Время хранения, мес.	Сталь СтЗ	Сталь Ст10	Медь	Свинцовистая бронза
0,18	42	1,54	1,70	1,85	5,80
0,9	42	2,89	3,08	2,59	20,80
1,23	24	4,00	3,11	4,24	21,23
Активные соединения серы - сероводород H,S, меркаптановая сера RSH, элементная сера, взаимодействуют с металлом Me, образуя продукты коррозии -сульфиды MeSn и меркаптиды Me(RS)n металла:
n(S) + Me -A MeSn;
n(H,S) + Me -> MeSn + nH,T;
n(RSH) + Me -»(RS)nMe + 1/2H,?.
Современная технология получения товарных топлив практически исключает присутствие в них сероводорода и элементной серы в количествах, вызывающих коррозию металлов.
При увеличении содержания меркаптановой серы (в пересчете на серу) с 0,01 до 0,13 % коррозия стали марки СтЗ увеличивается в 15 раз, а меди - в 36 раз. В присутствии меркаптановой серы в топливе корродируют даже качественные стали (г/м2 в течение месяца):
Вид топлива	Марка стали		
дизельное	ШХ15	18ХНЗА	12НЗА
без меркаптанов	0	0	0
с 0,007% бензилмеркаптана	0,8	0,3	о,3
с 0,01 % бензилмеркаптана	1,4	1,1	0,8
11 Заказ № 2029
162
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Меркаптановая сера является наиболее коррозионно-активным серосодержащим углеводородным соединением (рис. 3.64). В меркаптанах атом водорода тиогруппы - S-Н способен замещаться на металл с образованием меркаптидов -продуктов химической коррозии. При окислении меркаптаны образу ют сульфокислоты и серную кислоту', которые корродируют металлы. Допустимое содержание меркаптановой серы в бензине - не более 0,005 % мае., а в дизельном топливе - не более 0,01 % мае.
Концентрация серы, % мае
Рис. 3.64. Влияние концентрации и вила сернистых соединений на коррозию меди и бронзы:
1 -- топливо, содержащее меркантановую серу S^+медь: 2 - топливо, содержащее сульфиды+бронза ВБ-23НЦ; 3 - топливо, содержащее тиофенн+бронза ВБ-23НЦ.

Свободная вода и растворенный кислород в несколько раз усиливают коррозию
металлов меркаптанами по схеме:
а также:
Fe + Н,О + 1/20, Fe(OH),;
Fe(OH), + 2RSH -» (RS,)Fe + 2Н,О,
2RSH + 30, -> 2RSO.EI; 2	л
RCH,SO3H + О, —> RCH(OOH)SO,H -> RCHO + H,SO4.
Сероводород является сильным коррозионноактивным соединением. Его наличие в топливе связано с особенностями технологии производства. Содержание сероводорода в топливе не допускается.
Испытание на медной пластинке является универсальным способом оценки коррозионной активности моторных топлив, зависящей от общего содержания активных соединений серы (меркаптанов, сероводорода, свободной серы). Если медная пластинка хотя бы в одной из параллельных проб покрылась черными, темно-коричневыми или серо-стальными налетами и пятнами, считается, что топливо не выдержало испытание. Это происходит, если содержание сероводорода в топливе превышает 0,003 % мае., а свободной серы - более 0,0015 % мае.
3.10. Взаимодействия топлив с конструкционными материалами
163
Водорастворимые кислоты и щелочи являются в топливе коррозионноактивными примесями. Они могут попасть в топливо при нарушении технологии очистки на НПЗ и правил транспортирования или хранения.
Органические кислоты, нафтеновые, переходящие в топливо из нефти; алкановые низкомолекулярные кислоты, образующие при окислении углеводородов топлива; сульфоновые кислоты, образующиеся при окислении сернистых соединений, влияют на коррозионную активность, на стабильность при хранении и склонность к образованию отложений.
Оценочный показатель кислотности топлив - количество щелочи КОН в мг, пошедшей на нейтрализацию кислот в 100 см3 топлива.
Коррозионная активность дизельного топлива выше чем у бензинов в связи с большим содержанием серы. Оксиды серы с водой образуют серную и сернистые кислоты, которые вызывают атмосферную электрохимическую коррозию. Наличие в продуктах сгорания топлива SO, резко повышает точку росы (температуру конденсации) водяного пара, ускоряя процесс образования серной кислоты. Точка росы водяных паров в присутствии SO, повышается на 80-115 °C по сравнению с чистыми водяным паром.
Газовая коррозия, в отличие от электрохимической, более интенсивно протекает в среде SO, и возрастает с повышением температуры. Газовой коррозии подвергаются детали, находящиеся в зоне высоких температур: головка поршня, верхние компрессионные поршневые кольца, верхняя часть гильз цилиндров, выпускные клапаны. Общий вклад газовой коррозии в коррозионно-механический износ двигателя, связанный с наличием серы в топливе, в несколько раз ниже, чем вклад электрохимической коррозии.
3.10.2.	Пассивация металлов и защитные свойства топлив
Пассивностью металлов называют состояние относительно высокой коррозионной стойкости, вызванной торможением анодного процесса электрохимической коррозии. Пассивное состояние характеризуется резким уменьшением скорости коррозии и смещением потенциала металла в положительную сторону.
Пассиваторами могут быть вещества или процессы, вызывающие в определенных условиях пассивное состояние. В качестве пассиваторов могут быть кислоты, кислые соли, кислород, образую-щиеся на поверхности электрическим током.
Депассиваторами являются вещества, обладающие восстановительными свойствами (Н„ SO,), или процессы катодной поляризации. В роли депассиваторов могут выступать повышенная температура, механические нарушения пассивной пленки металла и др.
Механизм пассивации. Согласно пленочной теории, пассивное состояние металла происходит за счет образования многослойной защитной пленки продуктов взаимодействия с активными компонентами или в результате адсорбции поверхностно активных веществ (рис. 3.65-3.66).
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
164
Рис 3.65. Схема многослойной защитной пленки:
1 - топливо с ПАВ; 2 - молекулярные слои активной группы ПАВ; 3 - кристаллы присадки: 4 - кристаллы продуктов распада присадки; 5 - кристаллы сульфидов металла: 6 - металл.
Рис. 3.66. Схема трехслойной защитной пленки:
1 - слой топлива; 2 - адсорбционный слой;
3 - хемосорбционный слой;
4 - металл.
Защитные свойства топлив характеризуют показателями коррозионной активности в условиях конденсации воды, в присутствии электролита, кислорода воздуха и др. активных веществ.
Коррозионную активность оценивают по потере массы стальной пластинки в стандартных условиях испытания, отнесенной к площади поверхности пластинки, г/м2.
Бензин обладает удовлетворительными защитными свойствами, если его коррозионная активность в условиях конденсации воды не превышает 5,0 г/м2.
Дизельное топливо пригодно для применения, если его коррозионная активность в условиях конденсации воды не превышает 10 г/м2.
Коррозионная активность топлив в присутствии электролита позволяет дифференцированно оценить защитные свойства бензинов и дизельных топлив, особенно при наличии антикоррозионных присадок. В качестве электролита используют водный раствор морских солей. Для оценки эффективности присадок используют эталонное топливо - 80 % эталонного изооктана и 20 % толуола.
Прямогонные топлива обладают более высокими защитными свойствами по сравнению с гидроочищенными, из которых удаляет ся основная масса природных ПАВ - серу- и кислородсодержащих соединений. Сравнительно низкими защитными свойствами обладают газойль каталитического крекинга, полученный из гидроочищенного сырья, содержащий относительно мало гетероатомных соединений. Среди продуктов окисления топлив наибольшей поверхностной активностью обладают карбоновые кислоты, которые образуют на поверхности металла адсорбированные и хемо-сорбированные защитные пленки. При увеличении кислотности с 1 до 20 мг КОН на 100 мл защитные свойства топлива резко улучшаются (рис. 3.67).
3.10. Взаимодействия топлив с конструкционными материалами
165
Рис. 3.67. Влияние кислотности дизельного топлива на его защитные свойства:
I	- коррозия стали СтЗ в соленой воде;
2	- коррозия стали в пресной воде;
3	- коррозия стали в условиях конденсации воды.
Кислотность, мл КОН на 100 мл
Увеличение кислотности в определенных пределах, если оно не связано с образованием водорастворимых кислот, не ухудшает, а повышает защитные свойства топлив.
Защитные свойства дизельных топлив улучшают введением в них антикоррозионных присадок.
Коррозионную агрессивность продуктов сгорания сернистых дизельных топлив снижают путем использования моторных масел с щелочными присадками, нейтрализующими кислоты, образующиеся при работе двигателя.
Однако чрезмерное повышение щелочности может иметь обратный эффект вследствие роста химической активности масла. Увеличения зольности масла за счет зольной присадки, увеличивает износ.
Таким образом, коррозионная активность и защитные свойства топлив часто зависят от одних и тех же химических соединений, которые в зависимости от условий могут корродировать металл и защищать его от коррозии.
При глубокой очистке топлив от нежелательных сернистых, азотистых и кислородных примесей защитные свойства топлив могут быть ухудшены, так как при небольших концентрациях эти соединения выполняют роль естественных ингибиторов коррозии, обладающих защитными свойствами.
Совместимость с резинами оценивают при квалификационных испытаниях бензина.
Оценочными показателями совместимости бензинов с резинами являются:
•	набухание резины, %;
•	вымывание резины, %;
•	изменение массы резины, %;
•	изменение концентрации фактических смол бензина, мг на 100 см3.
Сущность методов заключается в выдерживании образца резины в бензине и стандартной среде при температуре 70 °C в течение 4 часов с последующим определением показателей “Набухание”, “вымывание”, “изменение массы” у резины и “концентрация фактических смол” у испытуемого бензина и стандартной среды.
, r,	Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
-------------------—-----------------°—’— --— —-------------
3.10.3. Квалификационные методы оценки коррозионной активности и защитных свойств топлив
Метод определения коррозионной активности в условиях конденсации воды (ГОСТ 18597-73).
Сущность метода заключается в определении потери массы стальной пластинки (СТ 3), находящейся в бензине в течение 4 часов, при насыщении бензина водой и ее конденсации на пластинке.
Испытания проводят на приборе (рис. 3.68), который представляет собой двухстенную колбу из термостойкого стекла, в которой находится полая стеклянная площадка для размещения стальной пластинки. Испытуемый бензин заливают в колбу в количестве 60 см3, а в кольцевой желобок заливают 5 см3 дистиллированной воды.
Рис. 3.68. Прибор для определения коррозионной активности бензинов:
1 - водяной холодильник: 2 - желобок:
3 - металлическая пластинка:
4 - стеклянная площадка для пластинки.
=С помощью двух жидкостных термостатов в рубашке колбы поддерживается температура 60 °C, а в полой площадке 30 °C. За счет разницы этих температур, на металлической пластинке конденсируется вода, насыщающая бензин при испарении из желобка.
Пары бензина и воды, во избежание потерь конденсируются в водяном холодильнике 1.
Оценочный показатель коррозионной активности топлива - потеря массы стальной пластинки в г/м3 (KJ.
к
S
3.10. Взаимодействия топлив с конструкционными материалами
167
где т и т{ - масса пластинки до и после испытаний, г; S - площадь пластинки, м2.
Метод определения коррозионной активности бензина по изменению массы свинцовой пластины.
Сущность метода заключается в определении потери массы свинцовой пластины, находящейся в испытуемом бензине в течение 6 часов при температуре 80 °C.
Для испытаний используют прибор ЛСА РТ и круглые пластинки из свинца диаметром 40±I мм, толщиной 3,5 ± 0,5 мм. Пластинки обрабатывают шлифовальной бумагой, промывают дистиллированной содой и спиртобензольной смесью, сушат на фильтровальной бумаге и взвешивают на аналитических весах. Затем пластинки травят в насыщенном растворе уксуснокислого аммония в течение 3 минут, промывают, сушат и вновь травят до постоянного веса, когда разность массы пластинки между последующими определениями до и после травления не будет превышать 0,0004 г. Эту разность массы принимают за “постоянную травления” и учитывают при расчете.
Метод определения водорастворимых кислот и щелочей. ГОСТ 6307-75.
Содержание водорастворимых кислот и щелочей (ВКЩ) является качественным показателем наличия в топливе коррозионно-активных примесей, которые могут попасть в результате нарушения технологии очистки на НПЗ или правил транспортирования и хранения.
Сущность метода заключается в извлечении водорастворимых кислот и щелочей из топлива водой или водным раствором спирта и определении pH водной вытяжки либо реакции среды с помощью индикатора.
При испытании 50 см3 топлива и 50 см3 дистиллированной воды, нагретых до 50-60 °C взбалтывают в течение 5 мин в делительной воронке. После отстоя сливают нижний водный слой. В полученной вытяжке определяют наличие ВКЩ по значению pH или при помощи индикаторов.
Если pH вытяжки находится в пределах 6-8 или отсутствует окрашивание вытяжки: розовое - от фенолфталеина; красное - от метилового оранжевого, значит ВКЩ отсутствуют.
Метод определения защитных свойств бензина.
Метод предназначен для дифференцированной оценки защитных свойств бензинов, обладающих малой коррозионной активностью в условиях конденсации воды, оценки защитных свойств бензинов с ингибиторами коррозии, а также оценки эффективности защитных присадок.
В прибор для испытаний (рис. 3.69) наливают 100 мл топлива и 20 мл воды, содержащей 2 г морских солей, и ставят в водяную баню (термостат), нагретую до 60 °C. Через барбатер подают воздух со скоростью 3 л/ч в течение 4 часов.
Защитные свойства бензинов характеризуют потерей массы пластины на единицу площади за время испытания, г/м2.
Эффективность присадок оценивается сравнением потерь массы пластинок при испытании эталонного топлива без присадки и с присадкой в рекомендуемой концентрации. В качестве эталонного топлива применяется смесь из 80 % эталонного изооктана и 20 % толуола.
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
168
Рис. 3.69. Прибор для определения защитных свойств бензина с защитными присадками.
Наряду с оценкой коррозионных и защитных свойств топлив при квалификационных испытаниях бензинов оценивают их совместимость с резинами. В качестве оценочных показателей определяют:
•	набухание резины, %, не более	30
•	вымывание, %, не более	12
•	концентрацию фактических смол,
мг/100 см3, не более	15
3.11. Процесс подачи топлива
3.11.1.	Закономерности процессов
Необходимым условием надежной работы двигателя является непрерывное поступление топлива в камеру сгорания в соответствии с заданным законом подачи.
На подачу топлива влияют конструкция топливной системы, условия эксплуатации и физико-химические свойства топлива.
3.11. Процесс подачи топлива
169
Конструкция топливной системы влияет на величину гидравлических потерь, создаваемых местными сопротивлениями топливной аппаратуры.
Условия эксплуатации определяют параметрами внешней среды (температура, давление, влажность, загрязнение атмосферы и др.), режимом работы и степенью изношенности двигателя.
Физико-химические свойства топлива определяют показателями вязкости, плотности, давления паров, температуры фазовых переходов (кристаллизации, помутнения, застывания).
В процессе подачи топливо подвергается давлению в нагнетающей части системы и разряжению на участке всасывания. Топливо обязательно фильтруют для удаления продуктов загрязнения.
Давление в нагнетающей части должно быть достаточным для преодоления всех местных сопротивлений. Давление на участке всасывания должно быть согласовано с давлением паров топлива во избежание нарушения непрерывности потока жидкости.
Давление подачи соответствует условию:
Р =Р 4 ДР 4- ДР 4 ДР 4- ДР 4 ДР , под кс ф тр per фл пд7
где Рпод - давление подачи; Ркс - давление в камере сгорания; АРф, АРтр, АРрег, АРф;1 - потери давления на форсунках, трубопроводах, регулирующей аппаратуре, фильтрах, ЛРга~ превышение давления в камере сгорания для обеспечения устойчивого процесса сгорания.
Потери давления на форсунках АРф зависят от их конструкции и параметров работы:
др =________*___
/Л/ ф п 2 гт2 ’
2i/ 5 pg
где Пф - расход через форсунку, кг/с; </ коэффициент расхода, учитывающий сужение струи и уменьшение действительной скорости течения по сравнению с теоретической; - площадь поперечного сечения отверстия форсунки, м2; р - плотность топлива, кг/м3; g- ускорение земного притяжения, м/с2.
Потери давления на трение в трубопроводах рассчитывают по уравнению:
, L со-&Р =А—р — , 1р d 2п
где L - длина трубопровода, м; - эквивалентный диаметр, который находят как отношение учетверенной площади приведенного сечения к перимет ру, м; р-плотность топлива, кг/м3; а>-скорость перекачки, м/с; g- ускорение земного притяжения, м/с2; Л - коэффициент потерь на трение.
Коэффициент Л зависит от числа Рейнольдса Re и формы канала (коэффициент . 64
(р). При ламинарном потоке, когда Re < 2320, Л = — ; при турбулентном потоке 0 3164	Re
(2320 < Re < 105), Л =^~(р; и при Re > 105: / = (0,0032 4 0,221Re - 0,237).
Re °
170
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Число Re вычисляют по формуле:
где V- кинематическая вязкость топлива, м2/с.
Потери давления в регулирующей системе подачи топлива определяют по формуле:
„	И',
А^е. =^Р~ >
2g
где <7- коэффициент местного сопротивления, определяемый экспериментально.
Фильтрование топлива через пористые среды описывают законами гидравлики. Пропускная способность фильтра зависит от пористости фильтра (п), скорости фильтрации (U), перепада давления на фильтре (ДР), времени фильтрации (/), количества фильтруемого топлива ((?), и его свойств.
Плотность фильтра зависит от общего объема пор, объема проходящих пор, объема монолитного фильтрующего материала:
77. = ---v--Щ, --------— ,
1 V + V " V + V
где /7] - общая пористость фильтра; Ко - общий объем пор; Км - объем монолитного материала; /?, - внешняя пористость; у'- объем проходящих пор.
Среднюю скорость фильтрования выражают через среднюю скорость движения жидкости в отверстиях фильтра и его пористость:
V = iyU0 ,
где /?, — внешняя пористость фильтра; U - средняя скорость движения жидкости в отверстиях фильтра;
где А(2 - расход жидкости; AF- площадь фильтра.
Для единичного отверстия в фильтре объемный расход жидкости g при ламинарном потоке выражается законом Пуазейля:
nr2VP
“ 8т?/ ’
где г - средний радиус поперечного отверстия; ДР - перепад давления в отверстии;
- динамическая вязкость жидкости; / - длина отверстия.
Механизм фильтрования жидкости зависит от размеров механических примесей, их количества и размеров пор фильтрующего элемента.
3.11. Процесс подачи топлива
171
Различают четыре основные вида фильтрования:
® с полным закупориванием пор;
•	с образованием осадка на фильтре;
•	по промежуточному закону;
•	по стандартному закону.
Обший закон фильтрования устанавливает зависимость изменения сопротивления единицы поверхности фильтрующего материала от объема отфильтрованной жидкости при постоянном перепаде давления ДР = const и переменной скорости жидкости:
dV
= kR"
где dRd.~ изменение сопротивления единицы поверхности фильтра; dV- изменение объема отфильтрованной жидкости; к и и- постоянные величины для данных условий фильтрации; R- сопротивление фильтра в текущий момент времени.
Коэффициенты к и и зависят от характеристик фильтрующей перегородки и жидкости, степени ее загрязненности и размеров механических примесей.
При фильтрации с полным закупориванием пор, когда величина частиц загрязнений соизмерима с величиной пор фильтра, и = 2.
Если величина частиц меньше размеров пор фильтрующей перегородки и частицы задерживаются в них, и = 1,5.
Для промежуточного типа фильтрования с образованием осадка на поверхности и внутри пор фильтра, и = 1,0.
При филырации с образованием осадка на поверхности фильтра, когда фильтрация осуществляется слоем осадка, п = 0.
Надежность системы подачи двигателя, выраженная относительно эксплуатационных свойств топлива, называют прокачиваемостью.
Прокачиваемость топлив - эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процесса подачи топлива в двигателе.
Комплекс обобщенных и единичных показателей прокачиваемости топлив для поршневых двигателей показан на рис. 3.70.
Чистота зависит от содержания в топливе механических примесей, воды, продуктов физико-химических превращений топлива.
Содержание воды. Если количество воды превышает ее растворимость при данных условиях, она выделяется в виде капель и топливо мутнеет. При температуре ниже 0 °C вода превращается в кристаллы льда. Часто наблюдается переохлаждение растворов воды в топливе. Растворенная вода находится в динамическом равновесии с окружающей средой. При понижении относительной влажности окружающей среды растворенная вода переходит в атмосферу. Опасные условия для забивки фильтров и ухудшения перекачки топлива создаются в случае заправки топливом при положительной температуре с последующей эксплуатацией техники при низкой температуре.
Механические примеси ухудшают прокачиваемость. Они забивают фильтры, и могут явиться центрами кристаллизации воды или других компонентов топлива при пониженных температурах.
172
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Рис. 3.70. Показатели прокачиваемости топлив.
Цвет топлива зависит от содержания окрашенных соединений растворимых в топливе. Это могут быть нежелательные загрязнения, а также специально добавляемые красители для иденти-фикации марки топлива.
Текучесть определяет подвижность и легкость течения жидкого топлив.
Вязкость топлива в оптимальных пределах обеспечивает бесперебойную работу двигателя и минимальный износ смазываемых топливом деталей. Топливо с высокой вязкостью может нарушить заданный режим подачи и повысить потери на трение.
Температура застывания - та, при которой топливо теряет текучесть в стандартных условиях испытаний. Причиной потери текучести является образование и сращивание кристаллов углеводородов между собой в жесткую кристаллическую решетку. Температура застывания в меньшей степени характеризует поведение топлива в системе питания двигателя, а в большей степени определяет возможность заправки, транспортирования, слива и налива топлива.
Фильтруемость - способность топлива проходить через фильтры при очистке его от загрязнений.
Коэффициент фильтруемости характеризует изменение пропускной способности фильтра в стандартных условиях испытаний, как отношение времени пропускания определенных количеств топлива.
Температура помутнения связана с выделением в топливе микрокапель воды, микрокристаллов льда или других нерастворимых веществ при отрицательных
3.11.	Процесс подачи топлива температурах. В некоторых случаях помутнение происходит в результате выделения в твердую фазу и-парафинов и высокомолекулярных смолистых соединений.
Температура помутнения позволяет прогнозировать температурные пределы применения топлив без депрессорных присадок. При введении в топливо депрессорных присадок характеристикой работоспособности топлива становится предельная температура фильтруемости.
Температура начала кристаллизации характеризует наличие в топливе высокоплавких углеводородов, которые образуют группы ориентированных молекул и становятся центрами образования кристаллов. В зависимости от внешних условий и химического состава кристаллизация происходит в результате образования кристаллической решетки и коллоидной структуры топлива.
Предельная температура фильтруемости -температура, при которой топливо после охлаждения в определенных условиях способно еще проходить через фильтр с установленной скоростью.
Склонность к образованию паровых пробок характеризует способность топлива образовывать в системе парогазовые пробки, вызывающие прекращение подачи жидкого топлива и кавитацию насосов.
3.11.2.	Прокачиваемость бензинов
При отрицательных температурах прокачиваемость бензинов зависит от низкотемпературных свойств базовых бензинов, компонентов добавляемых для достижения требуемых свойств, присадок и загрязнений (вода, механические примеси).
Низкотемпературные свойства углеводородов, входящих в состав бензинов, обеспечивают хорошую прокачиваемость при отрицательной температуре. Углеводороды застывают при температуре ниже минус 60 °C и имеют пологую вязкостнотемпературную характеристику. Поэтому для оценки прокачиваемости товарных марок бензинов нет необходимости определять их температуры застывания, помутнения или начала кристаллизации. При добавлении в бензин продуктов не нефтяного происхождения определяют показатель фазовой стабильности бензина, температуру помутнения, °C).
Фазовую стабильность определяют для бензинов с кислородсодержащими синтетическими компонентами при содержании оксигенатов 0,2 % и более в пересчете на О,.
Температура помутнения для таких бензинов в зависимости от температуры применения должна быть:
•	не выше минус 5 °C при температуре воздуха не ниже 0 °C;
•	не выше минус 25 °C при температуре воздуха ниже 0 °C.
Фазовая стабильность бензина определяется в два этапа.
На первом этапе определяют концентрацию воды в бензине электрометрическим титрованием по ГОСТ 14870-77.
На втором этапе определяют температуру помутнения бензина по ГОСТ 5066-56 (методом без обезвоживания), если концентрация воды в бензине 0,05 % мае. и более для летнего вида и 0,15 % мае. и более для зимнего вида.
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
174
При меньшем количестве растворенной воды температуру помутнения бензина определяют после предварительного обводнения пробы: до 0,05 % летнего бензина и до 0,15 % зимнего бензина.
При положительных температурах прокачиваемость бензинов оценивают показателями склонности к образованию паровых пробок.
Склонность бензина к образованию паровых пробок является важнейшим свойством, влияющим на его подачу. При повышении температуры количество паров бензина увеличивается и может достичь такой величины, когда образующиеся в топливной системе паровые пробки вызовут прекращение подачи жидкого топлива.
Показателем склонности бензина к образованию паровых пробок принято критическое значение показателя соотношения пар - жидкость, исключающее образование паровых пробок в широком диапазоне оборотов и нагрузок двигателя. На практике за показатель склонности бензина к образованию паровых пробок принимают температуру, при которой достигается предельно допустимое соотношение “пар -  жидкость”, 20:1.
Фазовое соотношение “пар -жидкость” для каждой температуры нагрева бензина Ф, рассчитывают по формуле:
Ф,= V/VQ,
где V - объем паровой фазы, измеренный в равновесии с жидким бензином при температуре t и нормальном атмосферном давлении; 1ф - начальный объем пробы бензина (см3).
Индекс паровой пробки (ИПП) рассчитывают по формуле:
ИПП = 10 ДНП + 7К0,
где ДНП - давление насыщенных паров; Г70 - объем бензина, выкипающего до 70 °C.
Чем выше давление насыщенных паров бензина и больше объем фракции, выкипающей до 70 °C, тем больше индекс паровой пробки.
Температура кипения и давление насыщенных паров характеризуют способность бенрзина выделять газы и пары, которые в топливной системе образуют паровые пробки, уменьшают подачу топлива и вызывают кавитацию насоса. Разность между давлением на входе в насос Рвх и давлением насыщенных паров Рндс называют кавитационным запасом (Рвх-Рмс). С его уменьшением кавитация возрастает и подача топлива прекращается при Рвх = Рихс- Чем выше давление насыщенных паров, тем большее давление должно быть на входе в насос.
Механические примеси в бензине не допускаются. Они засоряют топливные фильтры, топливопроводы, жиклеры и являются причиной отказов системы питания. Попадая в двигатель, механические примеси увеличивают износ цилиндров и поршневых колец и отложение нагара. Содержание механических примесей в автомобильном бензине при приемо-сдаточных испытаниях определяется визуально и при фильтровании бензина через бумажный фильтр.
Содержание механических примесей определяют по ГОСТ 10577-78 по массе загрязнений, задерживаемых при фильтровании бензина мембранным нитроцеллюлозным фильтром.
3.11. Процесс подачи топлива
175
Дня определения содержания механических примесей 0,4-0,5 л испытуемого бензина пропускают через нитроцеллюлозный фильтр № 4 с размером отверстий до 0,9 мкм, и после просушки фильтра при комнатной температуре рассчитывают изменение его массы до и после фильтрования.
Содержание воды в бензинах не допускается. Вода опасна прежде всего при температуре ниже 0 °C, так как, замерзая, образует кристаллы льда, которые забивают топливные фильтры. Вода способствует осмолению бензина, вымывает ингибитор окисления, ускоряет процессы коррозии топливных баков, трубопроводов и других металлических деталей системы питания.
Вода в бензинах может находиться в трех состояниях: в свободном, эмульсионном и растворенном. В свободном состоянии вода практически не смешивается с бензином и легко удаляется из него путем отстаивания. Эмульсия воды с бензином образуется в результате выделения растворенной воды при понижении температуры. Мелкие капли воды, взвешенные в бензине, могут превращаться в льдинки и закупоривать топливные фильтры. Растворенная вода содержится в бензинах в небольших количествах - в сотых и даже тысячных долях процента. Она представляет опасность лишь при понижении температуры.
Содержание растворенной воды определяют по ГОСТ 8287-57 и ГОСТ 14870-77 (метод Фишера).
Первый метод основан на взаимодействии растворенной в бензине воды с гидридом кальция и последующем определении количества выделившегося водорода.
Второй метод заключается в потенциметрическом титровании топлива реагентом Фишера, представляющим собой раствор йода в метаноле, насыщенный диоксидом серы.
Содержание свободной воды определяют визуально. Бензин, налитый в стеклянный цилиндр диаметром 40-55 мм, должен быть прозрачным и не содержать взвешенных и осевших на дно цилиндра капель воды.
3.11.3.	Прокачиваемость дизельных топлив
При положительных температурах подача дизельного топлива в камеру сгорания не создает проблем из-за отсутствия паровых пробок вследствие низкой испаряемости и вязкости.
При отрицательных температурах возникают серьезные проблемы по обеспечению текучести и фильтруемости топлив.
Прокачиваемость дизельных топлив зависит от низкотемпературных характеристик углеводородных фракций (табл. 3.31).
Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания зимних топлив облегчают фракционный состав. Так, для снижения температуры застывания от -19 °C до-47 °C (температуры помутнения от -11 °C до -38 °C) понижают температуру конца кипения с 370 °C до 280 °C, что снижает отбор дизельного топлива от нефти с 39,2 % до 22,4 % мае.
Низкотемпературные свойства топлив зависят от длины цепи н-парафинов и пределов их выкипания.
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
176
Таблица 3.31
Низкотемпературные характеристики фракций дизельного топлива
Показатели	Фракции, °C						
	160-280	160-320	160-350	160-370	160-390	185-350	180-370
Выход на нефть. % мае. доля	22,4	30,5	35,9	39,2	42,0	32,2	35,5
Фракционный состав Температуры начала кипения, °C	188	190	192	194	197	210	211
Перегоняются при температуре, °C: 10 % (об. доля)	198	201	203	205	211	228	227
50 % (об. доля)	226	245	258	265	274	272	275
90 % (об. доля)	260	295	320	336	354	327	340
96 % (об. доля)	267	305	330	346	358	337	345
98 % (об. доля)	273	306	332	347	362	338	347
Плотность при 20 °C, кг/м’	823	832	837	841	844	842	846
Кинематическая вязкость при 20 °C, мм2/с	2,47	3,02	3,77	4,31	4,73	4,35	5,06
Температура, °C: застывания	-47	-35	-30	-19	-13	-22	-14
помутнения	-38	-28	-17	-11	-6	-13	-5
Марка топлива	3 -45 °C	3 -35 °C	Л	Л	Л	Л	Л
В состав летних дизельных топлив входят парафины с длиной цепи С6-С,7, а в состав зимних - С -С|9.
Температура помутнения дизельного топлива зависит от количества высокоплавких н-парафиновых углеводородов, которые резко повышают температуру помутнения:
Суммарное содержание н-парафиновых углеводородов, % мае.	27,4	27,5	27,1
Фракция, °C	210-220	250-260	260-270
Температура помутнения, °C	-51	-30	-23
Суммарное содержание высокоплавких парафиновых углеводородов С,{-С25, % мае.	0	5	10
Температура помутнения, °C	-35	-20	-15
Температуры помутнения и застывания дизельных топлив служат лишь для ориентировочной оценки низкотемпературных свойств, так как условия определения этих показателей отличаются от условий эксплуатации. Одной из причин, влияющих
3.11. Процесс подачи топлива
177
на возникновение, рост и величину кристаллов в топливе, является скорость охлаждения, которая в лабораторных условиях во много раз выше реальных в двигателе.
Процесс кристаллообразования в дизельных топливах зависит от содержания сернистых соединений, поверхностно-активных веществ, механических примесей и воды. Прокачиваемость сернистых топлив резко ухудшается при охлаждении, малосернистых - постепенно. Поверхностно-активные вещества адсорбируются на кристаллах парафиновых углеводородов и препятствуют их росту.
Кристаллы льда, смолистые вещества и микрозагрязнения входят в состав осадков, образующихся при фильтровании дизельных топлив. Загрязнения в виде микрочастиц являются часто центрами начала кристаллизации н-парафинов.
Наиболее критическим моментом в работе дизельного двигателя при низких температурах считают период пуска и прогрева на холостом ходу. На линии всасывания происходит забивка фильтра грубой очистки, что не обеспечивает подачу топлива в необходимом для работы количестве. Подача топлива прекращается при низкой температуре по причине забивки фильтра за 5-10 °C выше, чем температура застывания топлива. Точнее работоспособность топливной системы характеризует предельная температура фильтруемости.
Предельная температура фильтруемости на холодном фильтре - самая низкая температура, при которой данный объем топлива не протекает через стандартизованную фильтрующую установку в течение определенного времени, при охлаждении в стандартизованных условиях.
При квалификационных испытаниях определяют двумя методами.
По ГОСТ 22254-92 метод заключается в постепенном охлаждении испытуемого топлива с интервалом в 1 °C и стекании его через проволочную фильтрующую сетку при вакууме 1961 Па (200 мм вод. ст.). Определение ведут до температуры, при которой кристаллы парафина, выделенного из раствора на фильтр, вызывают прекращение или замедление протекания в такой степени, что время наполнения пипетки превышает 60 с, или топливо не стекает полностью обратно в измерительный сосуд (20 см3).
По Европейскому стандарту EN-116 “Стандартный метод определения предельной температуры фильтруемости топлив на холодном фильтре” используется аппарат 1SL СРР 97-2, который является полностью автоматическим прибором и позволяет наряду с предельной температурой фильтруемости определить:
•	точку текучести в соответствии со стандартными методиками ASTM D 97, IP 15hNFT60-105;
•	точку помутнения в соответствии со стандартными методиками ASTM D 2500, IP 219 и NF Т60-105.
Прокачиваемость и фильтруемость дизельных топлив оценивают дифференцированно на стенде, имитирующем реальные условия перекачки топлива при эксплуатации при положительных и отрицательных температура (установка “Север”).
Принятые термины:
Прокачиваемость — эксплуатационное свойство, характеризующее процесс истечения топлива под разряжением, создаваемом топливоподкачивающим насосом в системе питания низкого давления.
12 Заказ № 2029
178
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
Фильтруемость - эксплуатационное свойство, характеризующее процесс истечения топлива, содержащего дисперсную фазу, с задержкой дисперсной фазы на пористом материале.
На стенде “Север” определяют следующие показатели:
Показатель фильтруемости при положительной температуре — продолжительность опыта до появления перепада давления на фильтре от 0,05 до 0,15 МПа при заданном расходе топлива или изменение до заданного уровня условной пропускной способности фильтра, после однократного расхода через него фиксируемого объема топлива.
Показатель фильтруемости при низкой температуре - время снижения расхода топлива через фильтр от первоначально заданного до нуля под воздействием низких температур при постоянном давлении фильтрации, или - минимальная температура при которой достигается предельно допустимый перепад давлений на фильтре при неизменном расходе топлива.
Показатель низкотемпературной прокачиваемости—минимальная температура, при которой пропускная способность системы циркуляции топлива снижается до 50...90 % от первоначальной, или - максимально допустимое разрежение после сетчатого топливоприемника в расходном боксе автотракторной техники при заданном расходе и снижении температуры топлива.
Температурный режим от минус 60 °C до выше 30 °C.
При положительной температуре оценивают влияние степени загрязненности топлива на работоспособность фильтра тонкой очистки топлива. Критерий оценки фильтруемости топлива при температуре 20 ± 2 °C является время достижения перепада давления на фильтре 0,1 МПа (1 кг/см2).
Расслаиваемость дизельных топлив при отрицательных температурах характеризует физическую стабильность топлива, которая влияет на прокачиваемость и фильтруемость за счет равномерности распределения кристаллов в топливе.
Расслаиваемость оценивают после выдерживания образца дизельного топлива (500 мл) при температуре на 5 °C ниже его температуры помутнения в течение 16 часов. Топливо считают “стабильным”, если температура помутнения и предельная температура фильтруемости верхнего и нижнего слоев топлива после выдерживания не отличаются от исходного образца. Если эти показатели отличаются больше, чем на ±2 °C, топливо считают “нестабильным” вследствие неравномерности распределения кристаллов парафина.
3.12.	Смазывающая способность и противоизносные свойства топлив
Смазывающая способность топлив - эксплуатационное свойство, которое определяет результат процессов трения и износа деталей двигателя, смазываемых топливом.
Топливо смазывает сопряженные детали топливной аппаратуры: плунжерные пары насосов и форсунок, запорные иглы, штифты и др. Потери энергии на трение и
3.12. Смазывающая способность и противоизносные свойства топлив
179
износ трущихся поверхностей зависят от антифрикционных и противоизносных свойств топлива.
Трибологические основы трения и износа узлов и механизмов двигателя в присутствии смазочных материалов будут рассмотрены во второй части книги “Моторные масла”.
В настоящем разделе рассматриваются физико-химические свойства топлив, определяющие их смазывающую способность.
Антифрикционные свойства
Антифрикционные свойства топлива уменьшают затраты энергии на трение и уменьшают коэффициент трения.
Коэффициент трения - отношение силы трения между двумя поверхностями к нормальной силе, прижимающей поверхности друг к другу.
Сила трения - сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого, тангенциально направленная к общей границе между двумя телами.
При гидродинамическом режиме трения затраты на преодоление сил трения зависят только от сил внутреннего трения жидкости - вязкости.
При граничном режиме трения затраты энергии на трение определяют коэффициентом трения, который зависит от свойств граничного слоя и вязкости.
Вязкость - это внутреннее трение или сопротивление течению жидкости.
Кинематическая вязкость характеризует текучесть жидкости при нормальной и высокой температурах. Измеряют вискозиметрами истечения. Единицы измерения - стокс или сантистокс: 1 сСт = 1 мм2/с. Обозначается V.
Динамическая вязкость характеризует текучесть смазочных материалов при низких температурах. Измеряют ротационными вискозиметрами, которые имитируют реальные условия работы смазочного материала при запуске холодного двигателя. Выражают в сантипаузах, имеющих размерность миллипаскаль - секунда (mPa  с). Обозначают Г].
В узлах трения, смазываемых топливом, имеет место граничный режим трения, для которого определяющим являются свойства пленки, образующейся на трущихся поверхностях поверхностно-активными веществами (ПАВ-ы).
Вязкость, которая является основным показателем антифрикционных свойств смазывающих веществ при гидродинамическом режиме трения, при граничном трении косвенно характеризует наличие веществ, обладающих смазывающими свойствами. Топлива с повышенной вязкостью лучше по сравнению с маловязкими топливами, что объясняется бу?ьшим содержанием в них смолистых веществ, включающих ПАВ.
Для дизельных топлив нормируют только кинематическую вязкость, которая на порядок меньше вязкости моторных масел. Величину вязкости дизельного топлива оптимизируют, учитывая ее влияние на прокачиваемость, испаряемость и др.
В стандартах ограничивают вязкость нижним и верхним пределами по той причине, что слишком вязкое топливо плохо прокачивается по топливной системе, влияет на подачу и распыление, а маловязкое топливо приводит к повышенному износу трущихся плунжерных пар и снижению производительности топливных насосов.
Глава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
180
В зависимости от предназначения дизельных топлив кинематическую вязкость нормируют в пределах 1,5-6,0 мм2/с при 20 °C. Для обеспечения оптимального распыления топлива кинематическая вязкость топлива при температуре на выходе из форсунки должна составлять 0,15-0,25 мм2/с.
Противоизносные свойства
Снижение износа трущихся деталей происходит за счет образования на них граничного смазочного слоя. Различают два основных механизма противоизносного действия граничного слоя:
•	расклинивающий;
•	модифицирующий.
Расклинивающие свойства граничного слоя обеспечивают высокое сопротивление сближению контактирующих поверхностей под действием нормальной нагрузки и малое сопротивление тангенциальным силам сдвига. Это связано с полярностью молекул и наличием в них функциональных групп, содержащих кислород, серу, азот, хлор и др. ПАВ-ы образуют с поверхностью трения граничную пленку, которая сопротивляется своему утоньшению и развивает противодавление. Расклинивающее действие углеводородов возрастает с увеличением их вязкости, плотности, теплоты смачивания, краевого угла смачивания, работы выхода электрона. Эти показатели служат косвенными характеристиками противоизносных свойств.
Модифицирующие свойства (полирующие) граничного слоя связаны с образованием на поверхности металла новых веществ, характеризующихся более низкой температурой плавления и пластичностью. Температура плавления, например, сульфида железа на 350 °C, а фосфида железа на 515 °C ниже температуры плавления железа. Течение сплава в местах контакта производит химическое полирование поверхности, в результате чего трение и износ уменьшаются.
Противоизносные свойства материалов оценивают на четерехшариковой машине трения, принцип работы которой показан на рис. 3.70, а результаты испытаний - на рис. 3.71.
Нагрузка
Рис 3.70. Принцип работы четырехшариковой машины для изучения противоизносных свойств.
3.12. Смазывающая способность и противоизносные свойства топлив
181
Износ при Задирный Износ при действии нормальном износ противозадирных (ЕР) смазывании	присадок
Нагрузка, Р
Рис. 3.71. Кривая износа, полученная при помощи четырехшариковой машины. Зависимость диаметра пятна износа d от нагрузки Р.
Характеристики иротивоизносных свойств, определяемые на машине трения
Критическая нагрузка- давление, при котором происходит резкое увеличение коэффициента трения за счет разрушения или плавления адсорбированного слоя смазки.
Критическая нагрузка сваривания-давление, при котором происходит прочное соединение двух трущихся поверхностей металла в форме сваривания.
Критическая нагрузка заедания - давление, при котором возникают и развиваются повреждения поверхностей трения вследствие схватывания и переноса материала.
Показатели износа - результаты изнашивания, измеряемые в единицах длины и массы путем обмера или взвешивания изнашиваемых деталей или определением качества продуктов износа.
Скорость изнашивания — отношение показателя износа к интервалу времени, в течение которого возник износ.
Интенсивность изнашивания - отношение показателя износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.
Обобщенный показатель износа (ОПИ) - показатель, учитывающий нагрузки истирания, задира и сваривания, представляющий собой среднее отношение осевых нагрузок к соответствующим значениям показателей износа в области 20 последовательных нагрузок, предшествующих нагрузке сваривания:
«=20 р
у у о
01^="“'^^ .
20
J82
Гпава 3. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства топлив
где Р - переменная осевая нагрузка от 6 до 1260 кг; dK - диаметр пятна износа при нагрузке; dK - 0,0873^/7^- диаметр площадки упругой деформации стальных шаров по Герцу при той же переменной осевой нагрузке Ро.
Противоизносные свойства топлив зависят от содержания в них поверхностноактивных веществ и других примесей.
Поверхностно-активные вещества представлены в топливе преимущественно гетероорганическими соединениями, содержащими атомы серы, кислорода и азота. В результате наличия дипольного момента они притягиваются активной поверхностью металла, имеющей свободные связи, и образуют тонкий граничный слой смазочной пленки, которая предотвращает непосредственный контакт поверхностей трения. При повышении температуры до определенного предела адсорбционные пленки переходят в хемосорбционные в результате химического взаимодействия металла с атомами серы и кислорода, что способствует снижению износа.
Гетероорганические соединения входят в состав сернистых соединений и естественных смол, содержатся преимущественно в тяжелых фракциях топлива.
Сернистые соединения, особенно меркаптаны, ухудшают противоизносные свойства топлив вследствие коррозионного и эрозионно-механического изнашивания.
В процессе гидроочистки топлив от сернистых соединений одновременно удаляются поверхностно-активные гетероорганические соединения, в результате чего противоизносные свойства ухудшаются. Для улучшения противоизносных свойств топлив разработаны присадки-модификаторы трения, которые увеличивают срок службы элементов топливной системы.
Рис. 3.72. Зависимость противоизносных свойств дизельных топлив от их вязкости, кислотности и содержания воды:
Рк — критическая нагрузка; d диаметр пятна износа;
К - критерий противоизносных свойств (обобщенный показатель).
3,12. Смазывающая способность и противоизносные свойства топлив
183
Вода ухудшает противоизносные характеристики топлива, один процент воды уменьшает критерий проитвоизносных свойств в 3 раза.
Механические примеси в топливе приводят к абразивному изнашиванию плунжерных прецизионных пар. Износ плунжерных пар насосов рядного типа ухудшает энергоэкологические показатели дизеля, а насосов распределительного типа (одна насосная секция на несколько цилиндров) резко ухудшает пусковые характеристики дизеля.
Органические кислоты оказывают сильное влияние на противоизносные свойства вследствие поверхностной активности карбоксильной группы. Противоизносные свойства с повышением кислотности улучшаются, особенно до 1,5 мг КОН на 100 см3 (рис. 3.72).
Смазывающая способность дизельных топлив при квалификационных испытаниях определяется по стандартам ISO 12156-1 (ASTM D 60-79) по скорректированному диаметру пятна износа при 60 °C, который не должен превышать 460 мкм.
Гпава 4. Бензины
184
Глава 4. Бензины
4.1. Компонентный состав
Бензины получают смешением бензиновых фракций различных технологических процессов переработки нефти: прямой перегонки, термического крекинга, каталитического крекинга, каталитического риформинга, гидрокрекинга, изомеризации, алкилирования, ароматизации и индивидуальных высокооктановых углеводородных компонентов и присадок, улучшающих отдельные эксплуатационные свойства.
Бензины прямой перегонки нефти.
Прямогонные фракции нефтей Ураловолжского бассейна, Татарстана, многих месторождений Западной Сибири в основном состоят из нормальных парафиновых углеводородов с низкими октановыми числами. В товарные бензины вовлекают низкокипящие прямогонные фракции этих нефтей, выкипающие в пределах 30-62 °C с октановым числом 60-75 ед.
Прямогонные бензины из нефтей нафтенового основания обладают высокой приемистостью к антидетонаторам и в необходимых случаях служат базовыми компонентами автомобильных бензинов. Групповой углеводородный состав и детонационная стойкость прямогонных бензинов:
содержание углеводородов, % масс.:
нафтеновых........55-60
парафиновых.......36-41
ароматических..... до 4;
октановое число (ММ)
без антидетонатора... 70-74
Прямогонные компоненты из газовых конденсатов имеют:
ОЧ (ММ) - 55-65 ед. и температуру конца кипения - 135-195 °C.
При добавлении к ним антидетонатора получают бензины с октановым числом до 76 ед.
Бензины прямой перегонки нефти содержат алкановые углеводороды слабо разветвленного строения с низкой детонационной стойкостью (табл. 4.1).
Бензины термических процессов углубленной переработки нефти получают расщеплением высокомолекулярных углеводородов при повышенной температуре с образованием углеводородов с меньшей молекулярной массой (табл. 4.2).
Термический крекинг в настоящее время осуществляют по системе, разработанной фирмой “Hydrocarbon Research”, получившей название динакрекинг. Процесс проводят в специальном вертикальном реакторе, имеющем верхнюю зону гидрокрекинга, среднюю зону и нижнюю зону газификации.
В верхней зоне сырье в среде инертного теплоношггеля в присутствии водородсодержащего газа превращается в более легкие продукты, которые после отпаривания
4.1. Компонентный состав
185
Таблица 4.1
Антидетонацнонные свойства бензинов прямой перегонки различных нефтей
Бензин или фракция	ОЧ (ИМ)	ОЧ (ММ)	ДОЧ (ИМ - ММ)
Бензин, К.К. 200°С (Туймазинская нефть, Башкирия)	43,0	41,0	+-2,0
Бензин, К.К. 200°С (Краснокамская нефть)	50,0	48,6	+1,4
Бензин, К.К. 200°С (Казаланглийская нефть, о.Сахалин)	70,5	68,5	+2,0
Бензин, К.К.200°С (Му хановская нефть, Пермская обл.)	33,0	32,8	+0,2
Бензин, К.К. 200°С (Урицкая нефть, Саратовская обл.)	63,8	62,0	+1,8
Бензин, К.К. 200°С (Ромашкинская нефть, Татария)	41,6	41,0	+0,6
Фракция (Н.К. 180°С) (Ромашкинская нефть, Татария)	46,0	46,0	0,0
Фракция (Н.К. 120°С) (Ромашкинская нефть, Татария)	57,5	58,0	-0,5
Фракция (Н.К. 85°С) (Ромашкинская нефть, Татария)	67,0	68,0	-1,0
Фракция (Н.К. 62°С) (Ромашкинская нефть, Татария)	76,0	75,0	+1,0
Фракция (Н.К. 62°С) (смесь нефтей, Пермская обл.)		73,2	+1,8
и газификации выводят из реактора. Бензины динакрекинга отличаются повышенной химической стабильностью по сравнению с бензинами других термических процессов.
Висбрекинг - жидкофазный процесс термического крекинга в относительно мягких температурных условиях 400-480 °C. Степень превращения сырья зависит от температуры и времени контакта. Бензины висбрекинга обладают невысоким октановым числом (65-66 по ММ) и низкой химической стабильностью, обусловленной высоким содержанием непредельных углеводородов.
Термоконтактный крекинг (ТКК) сочетает коксование в кипящем слое и газификацию образующегося кокса. Бензиновая фракция продуктов ТКК содержит значительное количество серы и непредельных соединений. Для использования в качестве компонента товарных бензинов ее необходимо подвергнуть гидроочистке или полному гидрированию и каталитическому риформингу.
Замедленное коксование осуществляют в реакторе в псевдоожиженном слое порошкообразного кокса при температуре 480-510 °C и давлении 0,14-0,40 МПа. При обычном коксовании образуется бензин с октановым числом 58-62, а при непрерывном коксовании в псевдоожиженном слое октановое число бензина повышается до 70 (ММ). Групповой углеводородный состав бензина замедленного коксования: парафино-нафтеновые 37-45 % мае.;
олефиновые 49-51 % мае.; ароматические 5-13 % мае.
Гпава 4. Бензины
186
Таблица 4.2
Основные термические процессы переработки углеводородного сырья
Процесс	Сырье	Получаемые продукты	Средний выход бензина, % мае.
Термический крекинг	Мазут	Газ, бензин, остаток	13
	Газойль коксования	Газ, бензин, сырье для производства технического углерода	25
Висбрекинг	Вакуумный газойль	Газ. бензин. крекинг остаток	35
	Мазут, гудрон	То же и средний дистиллят	7-11
Терм о контактный крекинг	Гудрон	Газ, бензин, средний дистиллят, остаток	17
	Мазут	Газ, бензин, средний дистиллят, кокс	15-22
Замедленное коксование	Гудрон	То же	15-23
	Газойль каталитического крекинга	Газ, бензин, газойль, игольчатый кокс	12
Бензины термических процессов содержат большое количество непредельных углеводородов, поэтому они имеют более высокие октановые числа, чем бензины прямой перегонки (табл. 4.3). Вследствие невысоких других эксплуатационных свойств бензины термических процессов имеют ограниченное применение.
Бензины каталитических процессов являются основными компонентами товарных бензинов.
Каталитический крекинг - процесс каталитического деструктивного превращения тяжелых дистиллятных нефтяных фракций в моторные топлива и сырье для нефтехимии и производства технического углерода и кокса. При использовании современных цеолитсодержащих катализаторов каталитический крекинг обеспечивает выход до 50 % мае. бензина и 20 % легкого газойля, который применяют как компонент дизельного топлива (% по сырью).
Реакции каталитического крекинга:
•	расщепление высокомолекулярных углеводородов;
•	изомеризация парафиновых углеводородов;
•	дегидрирование циклоалканов в арены.
4.1. Компонентный состав
187
Таблица 4.3
Антидетонационные свойства бензинов термических процессов
Бензин	ОЧ (ИМ)	ОЧ (ММ)	ДОЧ (ИМ-ММ)
Бензин термического крекинга мазута: из пермских нефтей из саратовских нефтей	71,2 73,4	64,2 66,4	7,0 7,0
Бензин термоконтактного крекинга гудрона арланской нефти	83,8	71,0	12,8
. Бензин замедленного коксования гудрона	68,2	62,4	5,8
Бензин пиролиза этиленового режима после облагораживания	99,0	86,0	13,0
Бензин пиролиза бутиленового режима после облагораживания	74,3	68,8	5,5
Бензин термического риформинга (фракции 100-2б0°С) на комбинированной установке	76,0	71,0	5,0
На выход и состав продуктов большое влияние оказывает подготовка сырья. Предварительная гидроочистка сырья снижает содержание сернистых и азотистых соединений, превращает полициклические ароматические углеводороды в алкиларома-тические с меньшим числом колец, повышает выход бензина, снижает коксообра-зование, увеличивает срок работы катализатора. Для эффективной переработки тяжелого сернистого сырья установки каталитического крекинга комбинируют с установками гидроочистки. В состав современной комбинированной установки Г-43-107 мощностью по сырью 2 млн. т. в год входят: гидроочистка вакуумного дистиллята, каталитический крекинг, ректификация и газофракционирование продуктов крекинга.
Бензины каталитического крекинга, получаемые на установке с псевдоожиженным катализатором, содержат значительное количество непредельных углеводородов, поэтому характеризуются повышенной склонностью к окислению и нуждаются в химической стабилизации с помощью противоокислительных присадок. Бензины каталитического крекинга имеют более высокую детонационную стойкость по сравнению с бензинами термических процессов. Детонационная стойкость повышается за счет содержания ареновых и алкановых углеводородов изостроения.
Бензины каталитического риформинга являются основными базовыми компонентами товарных бензинов.
Каталитический риформинг - процесс, предназначенный для повышения детонационной стойкости бензинов и получения бензола, толуола и ксилолов.
В основе каталитического риформинга лежат следующие реакции:
Глава 4. Бензины
188
•	ароматизация исходного сырья путем дегидроциклизации алканов, дегидроизомеризации алкилциклопентанов, дегидрирования циклогексанов;
•	изомеризация алканов;
•	гидрокрекинг тяжелых углеводородов.
Как и при каталитическом крекинге, указанные реакции повышают октановые числа бензинов.
Каталитический риформинг осуществляют при повышенной температуре (около 500 °C) под давлением водорода (1,5-4 МПа) на бифункциональном катализаторе, сочетающем кислотную и гидрирующе-дегидрирующую функции. Кислотную функцию обычно выполняет оксид алюминия, гидрирующе-дегидрирующую - металлы VIII группы, главным образом, платина.
В качестве сырья каталитического риформинга используют прямогонные бензиновые фракции, в которых содержатся углеводороды с шестью углеродными атомами, способные превращаться в ароматические кольца. Обычно сырьем каталитического риформинга является фракция, выкипающая в пределах 85-180 °C. При более высокой температуре конца кипения увеличивается коксообразование и снижается выход бензина. Значительное влияние на процесс риформинга оказывает углеводородный состав сырья: при увеличении содержания нафтеновых углеводородов увеличивается выход бензина и снижается газообразование.
В реакторах каталитического риформинга используются в основном биметаллический (Pt, Al) катализатор АП-64, представляющий собой оксид алюминия с нанесенной платиной (0,6-0,65 %). Для повышения изомеризационной активности оксида алюминия используется хлор (дихлорэтан). Применяются также полиметаллические катализаторы, содержащие рений, кадмий, иридий, германий и др., использование которых позволяет снизить давление с 3,0-4,0 до 1,4-2,0 МПа и повысить селективность процесса.
Выход базового бензина каталитического риформинга (катализата) составляет 78-82 % от сырья. Катализат имеет октановое число по моторному методу 80-85 ед. и содержит:
•	50-65 % ароматических,
•	35-40 % парафиновых
•	5 % нафтеновых углеводородов.
Бензины гидрокрекинга
Гидрокрекинг - каталитический процесс, предназначенный для получения светлых нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива), а также сжиженных газов С3-С4 при переработке тяжелого нефтяного сырья под давлением водорода. Гидрокрекинг позволяет получить широкий ассортимент нефтепродуктов практически из любого нефтяного сырья путем подбора соответствующих катализаторов и условий и является одним из наиболее эффективных и гибких процессов нефтепереработки.
В отличие от каталитического крекинга, при гидрокрекинге, осуществляемом при высоких давлениях, образуются только продукты распада, а реакции уплотнения подавляются воздействием водорода.
4.1. Компонентный состав
Гидрокрекинг можно вести на максимальный выход бензина, реактивного топлива или дизельного топлива.
При бензиновом варианте давление процесса составляет 15-20 МПа, расход водорода - более 4 % на сырье. Процесс ведут в несколько стадий. Исходное сырье крекируют в реакторе I ступени, затем гидрогенезат отделяют от сероводорода, аммиака и углеводородных газов и направляют на крекирование в реактор II ступени, после которого гидрогенизат отделяют от газообразных продуктов и разделяют на целевые продукты в ректификационной колонне.
Выход легкого бензина (/нк - 85 °C) составляет 17,5 % и тяжелого бензина (Z, ~ 85 -г- 115 °C) - 33,3% мае. при двухступенчатом крекинге сернистого вакуумного газойля.
Легкий бензин состоит в основном из изопарафиновых углеводородов с октановым числом ~85 единиц. Тяжелый бензин из парафинистых тяжелых дистиллятов имеет невысокое октановое число — около 60 ед.
Бензин гидрокрекинга не содержит непредельных углеводородов и в отличие от бензина каталитического крекинга является химически стабильным, не требующим введения противоокислительных присадок. Октановое число бензинов гидрокрекинга повышают путем каталитического риформинга.
Сравнительная характеристика антидетонационных свойств бензинов каталитических процессов показана в табл.4.4.
Характеристики свойств некоторых высокооктановых компонентов бензина приведены в табл. 4.5.
Таблица 4.4 Антидетонационные свойства бензинов каталитических процессов
Бензин	04 (ИМ)	ОЧ (ММ)	ДО4 (ИМ - ММ)
Бензин каталитического крекинга тяжелого дистиллятного сырья: из ро.машкинской нефти	83,8	76,2	7,6
из туймазинской нефти	87,0	77,8	9,2
Бензин каталитического крекинга легкого сырья из куйбышевских нефтей	82.6	74,9	7,7
Бензин каталитического риформинга: платформинг “жесткого” режима	96,6	86,0	10,6
Бензин каталитического риформинга без толуола: платформинга обычного режима	76.0	70,4	5,6
гидроформинга	78.6	71,6	6,9
Головная фракция бензина гидроформинга	79,1	74,0	5,1
гидрокрекинга	75,0	71,0	4,0
Глава 4. Бензины
190
Таблица 4.5
Характеристики высокооктановых компонентов автомобильных бензинов
Показатели	Бензин каталитического риформинга жесткого режима	Бензин каталитического крекинга	Алкил-бензин	Ксилольная фракция
Октановое число по:		91-93		
ИМ	91-99		91-94	100-108
ММ	82-90	80-82	90-93	90-99
Фракционный состав: температура начала перегонки,°C пределы перегонки, °C	35-50 60-70	30-45	30-45	100-110
		52-75		
10%			66-75	120-126
50%	110-120	97-120	105-110	130-140
90%	160-180	165-185	115-130	150-160
конец кипения, °C	195-215	205-215	170-190	175-205
Массовая доля серы, % Испытание на медной	0,01-0,02	0.03-0.08	0,005-0,02	-
пластинке		выдерживает		
Плотность при 20°С, кг/м1	770-780	725-750	690-700	835-850
Углеводородные высокооктановые компоненты бензина
Представляют собой различные фракции низкокипящих углеводородов, выделенных из продуктов прямой перегонки нефти или вторичных процессов (табл.4.6):
Таблица 4.6
Антидетонационные свойства углеводородных высокооктановых компонентов автомобильных бензинов
Компонент	ОЧ (ИМ)	ОЧ (ММ)	ДОЧ
Узкие фракции углеводородов:			
бутановая	94,0	89,0	5,0
изобутановая	101,0	97,0	4,0
изопентановая	93,0	90,0	3,0
пентамиленовая	90,0	87,0	3,0
Газовый бензин (фракция 33-103°С)	89,0	85,8	3,2
Диизобутилен (изооктилен)	100,0	88,0	12,0
Полимерный бензин	100,0	85,0	15,0
Алкилат	92,0	90,0	2,0
Алкилбензин (широкая фракция алкилата)	90,0-94,0	88,0-92,0	2,0-4,0
Толуол	115,0	103.0	12.0
Пиробензол	102,0	88,0	14,0
Алкилбензол	107,0	100,0	7,0
Изооктан технический	100,0	100,0	0,0
Продукты изомеризации фракции С,-С6 (изомеризат)	81,0-87,0	79,0-85,0	2,0-4,0
4.1. Компонентный состав
191
Требования к качеству высокооктановых компонентов регламентируются ГОСТ или отраслевыми ТУ (табл. 4.7,4.8).
Некоторые свойства высокооктановых компонентов приведены в табл. 4.9.
Таблица 4.7
Требования к показателям качества изопарафиновых компонентов бензина
Показатели	Алкилбензин ТУ 38372		Изооктан технический ГОСТ 4095
	бутиленовый	пропиленбутиленовый	
Октановое число ММ, не менее без ТЭС	90/91,5*	89/90*	90
с 3,2 г ТЭС на 1 кг	-	-	107
Сортность на богатой смеси с 2,7 г ТЭС на 1 кг, не менее	140	130	
Фракционный состав, °C начало кипения., не ниже	40	40	40
10%, не выше	75	75	80
50%, не выше	108/105*	105	105
90%, не выше	140/130*	140	140
97,5%, не выше	170/130*	-	-
конец кипения, не выше	180	180	-
остаток и потери, % не более	1,5	1,5	1,5
Давление насыщенных паров, кПа (мм рт.ст.), не более	25(350)	25(350)	25(350)
Кислотность, мг КОН на 100 см3, не более	0,5(0,35*)	0,5(0,35*)	0,4
Йодное число, г йода на 100 г, не более	1,0(0,35*)	1,0(0,35*)	1,5
Концентрация фактических смол, мг на 100 мм3, не более	2	2	2
Массовая доля воды, %, не болеее	0,025	0,025	0,02
Содержание водорастворимых кислот и щелочей Содержание механических примесей и воды Испытание на медной пластинке	Отсутствие Отсутствие Выдерживает		
192
Глава 4. Бензины
Таблица 4.8
Требования к показателям качества ароматических компонентов бензина
Показатели	Толуол нефтяной ГОСТ 14710		Пиробензол ОСТ 3801105
	Чистый (пиролизный чистый)	Технический (продукт каталитического риформинга)	
Внешний вид	Бесцветная прозрачная жидкость без взвешенных частиц и воды		Бесцветная светло-желтая жидкость
Октановое число без ТЭС: ММ ИМ	103* 115*		
Фракционный состав, °C начало кипения, не ниже 10%, не выше 50%, не выше 90%, не выше 97,5%, не выше 98% выкипает в интервале конец кипения, не выше Остаток, % не более	109,9 109,4 1,0 (1,5) 111,0	109,0 111,2	80 95 115 155 175 1
Степень очистки, окраска с серной кислотой в номерах образцовой шкалы, не более	0,3	0,5	4
Бромное число, г Вг2 на 100 см3	0,2 (0,3)	0,6	-
Температура начала кристаллизации, °C, не выше	-	-	-18
Содержание: сульфируемые вещества, %, не менее сера, %, не более	99,0	95,0	90 0,02
Водорастворимые кислоты и щелочи	отсутствие		
Механические примеси		-	отсутствие
* фактические данные, ГОСТ и ОСТ не нормируются.
4.1. Компонентный состав
Таблица 4.9
Свойства высокооктановых компонентов
Показатели качества	Изоокган технический	Изопентан технический	Алкилат (алкилбензин)	Алкилбеизол	Изопропилбензол технический (кумол)	Пиробензол
Октановое число ММ	90-98	88-91	88-95	94-96	98-99	84-92
Сортность с 4 мл ТЭС/кг	145-155	142-144	140-155	240-260	280-285	215-220
Пределы перегонки, °C	50-185	24-90	60-190	105-182	145-154	80-180
Давление насыщенных паров, мм рт.ст.	100-300	950-1000	115-210	ниже 50	ниже 20	ниже 50
Температура начала кристаллизации, °C	ниже -60	ниже -100	ниже -60	ниже -60	ниже -60	0ч--20
Плотность при 20°С, кг/м3	690-710	600-640	600-640	860-870	858	850-860
Кислородсодержащие компоненты (оксигенаты)
К ним относятся спирты, эфиры и их смеси. Оксигенаты имеют высокую детонационную стойкость и снижают токсичность отработавших газов автомобиля. Оксигенаты получают из газов, угля, сланцев, некоторых отходов органического происхождения.
Метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) считается наиболее перспективным компонентом. При добавке 10% МТБЭ октановое число бензинов повышается на 2,1-5,8 ед. по исследовательскому методу, при добавлении 20 % - на 4,6-12,6 единиц. При этом минимальная температура холодного пуска двигателя снижается на 10-12 °C. Максимально допустимое содержание МТБЭ (ТУ 38.103704-90) или его смеси с третбутанолом “Фэтерол” (ТУ 301-03-130-93) составляет 15 %.
МТБЭ - бесцветная жидкость с резким запахом, имеет относительно низкую температуру кипения (55 °C) и повышенное давление насыщенных паров, что ограничивает его применение в летний период в связи с требованиями по испаряемости.
В высокооктановых бензинах АИ-95 и АИ-98 оксигенаты повышают полноту сгорания и равномерность распределения детонационной стойкости по фракциям, снижают теплоту сгорания и повышают агрессивность по отношению к резинам.
МТБЭ не оказывает отрицательного действия на организм человека. Добавление в бензины снижает содержание оксида углерода, углеводородов и полициклических ароматических соединений в отработавших газах. Незначительно увеличивает расход бензина вследствие более низкой, чем у углеводородов, теплоты сгорания (35200 кДж/ кг). Однако при эксплуатации автомобиля в городских условиях экономичность двигателя не ухудшается, а повышается на 3-5 % вследствие снижения неравномер-
13 Заказ № 2029
Глава 4. Бензины
194
ности распределения детонационной стойкости бензина по фракциям.
Производство МТБЭ основано на взаимодействии изобутена с метанолом:
(СН,),С = СП, + СИОН -» (СНДСОСН,.
За рубежом МТБЭ получают из метанола, вырабатываемого из природного газа и изобутена, производимого на установках крекинга или пиролиза НПЗ. Бутановую фракцию углеводородов выделяют из широкой фракции легких углеводородов, затем проводят реакцию изомеризации н-бутана в изобутан с последующим дегидрированием его в изобутен. Мировая цена на МТБЭ примерно вдвое выше цены премиального автомобильного бензина.
Среди других эфиров в качестве компонентов к автомобильному бензину рассматриваются: этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ), третамилметиловый эфир (ТАМЭ), простые метиловые эфиры, полученные из химически активных олефинов С и С,, присутствующие в бензине каталитического крекинга (табл. 4.10).
Таблица 4.10
Характеристика простых эфиров С5-Ся, пригодных в качестве компонентов бензинов
Показатель	МТБЭ	ЭТБЭ	ТАМЭ	Метиловые эфиры из олефинов С(-С_
Плотность при 20°С, кг/м5	746	746	775	-
ОЧ (ИМ)	120	120	НО	-
ОЧ (ММ)	100	104	94	-
ОЧ дорожное (ДМ)	110	112	102	85-95
Температура кипения, °C	55	73	86	100
Содержание кислорода, % масс.	18,2	15,7	15,7	12,3-13,8
Давление насыщенных паров, Па	41.1-61,2	21,7-34,5	6,9-13,8	6,9
В качестве оксигенатов испытывались смесь 48 % метилового и 52 % третбутилового спирта под названием “ксинол” и побочная фракция при производстве изопропилового спирта - диизопропиловый эфир (ДИПЭ).
Наличие в бензине 2 % кислорода в виде “оксинола” или МТБЭ практически не изменяет мощность и экономичность двигателя. При содержании 2,7 % кислорода в виде технического ДИПЭ увеличивает массовый расход топлива из-за снижения теплоты сгорания. Содержание СО в отработавших газах снижается на 30...50 %. Значительно меньше оксигенаты влияют на выброс углеводородов и окислов азота.
В состав так называемого модифицированного бензина, перспективного с экологической точки зрения, обязательно вводится от 2,0 до 2,7 % кислородсодержащих соединений.
Метиловый спирт СН3ОН имеет высокую детонационную стойкость, удовлетворительную испаряемость, образует мало нагара и менее токсичные продукты
4.1. Компонентный состав
195
сгорания по сравнению с бензином. Высокая теплота испарения метилового спирта позволяет снизить температуру горючей смеси в такте пуска, повысить коэффициент наполнения и увеличить мощность двигателя. Двигатели на метиловом спирте выбрасывают в 3-5 раз больше формальдегида по сравнению с бензиновым двигателем. Метиловый спирт сейчас дороже бензина, его рекомендуют в первую очередь использовать в качестве компонента к бензин)', а не в чистом виде.
Испытания бензометагюльных смесей продолжают. Они показали "нецелесообразность'’ их использования на автотранспорте из-за расслаивания смесей при хранении, повышенной коррозионной активности и ухудшения пусковых свойств в холодное время года.
Этиловый спирт (С,Н.ОН) находит применение в качестве компонента к бензинам и самостоятельного топлива. Фирмой ФИАТ создан и успешно эксплуатируется специальный автомобиль на этиловом спирте в Бразилии. В США бензо-этанольные смеси называют газохоллом (10 % спирта). Расход такого топлива в двигателе на 5 % выше по сравнению с бензином. Повышенная гигроскопичность спирта увеличивает коррозионное воздействие на двигатель. Этиловый спирт обладает повышенной летучестью и испаряется легче бензина. Рекомендуется смешение бензина со спиртом производить непосредственно на автозаправочных станциях. Массовое применение этилового спирта в качестве компонента модифицированных бензинов в настоящее время не рассматривается.
Средний компонентный состав основных марок автомобильных бензинов приведен в табл. 4.11. Углеводородный состав бензиновых фракций различных процессов переработки нефти показан в табл. 4.12. Сравнительная характеристика компонентного состава бензинового фонда России, США и Западной Европы показана в табл. 4.13.
Гоблина 4.11
Средние компонентные составы автомобильных бензинов, % об.
Компонент	А-76 (ЛИ-80)	А-76*	ЛИ-91	АИ-92	АИ-92*	АИ-95	АИ-98
Бензин каталитического риформинга: мягкого режима	40-80	70-60	60-90	60-88	50-100		
жесткого режима	-	-	40-100	40-100	10-40	45-90	25-8S
Ксилольная фракция	-	-	10-20	10-30	-	20-40	20-40
Beiвин кат алитического крекинга	20-80	10-60	10-85	10-85	10-85	10-50	10-20
Бензин прямой перегонки	20-60	40-100	10-20	10-20	10-80	-	-
Алкилбензин	-	-	5-20	5-20	-	10-35	15-50
Б) таны + изопентан	1-7	1-5	1-10	1-10	1-7	1-10	1-10
Газовый бензин	-	-	0.7	0-10	-	8-15	10-15
Бензин коксования	1-5	5-10	-	-	-	-	-
Гидроетабилизированнып бензии пиролиза	10-35	10-20	10-30	10-30	10-30	10-20	10-20
МТБЭ	8	-	5-12	5-12	-	10-15	10-15
этилированный
Гпава 4. Бензины
196
Таблица 4.12
Углеводородный состав бензиновых фракций различных процессов переработки нефти
Бензины	Содержание основных классов углеводородов			
	Арены	Циклоалканы	Алканы	Алкены
Прямогонный бензин из:				
татарской нефти	3-10	20-30	60-80	1-2
западносибирской нефти	7-12	22-35	55-70	1-2
бакинской нефти	2-10	40-65	25-50	-
Катализат риформинга:				
мягкого режима	40-50	50-60		1-2
жесткого режима	60-70	30-38		1-2
Бензин каталитического				
крекинга	20-35	55-65		8-12
Бензин термического крекинга	15-35	50-60		15-25
Бензин коксования	20-25	25-35		45-60
Алкилат	-		100	-
Рафинат установок экстракции	3-4	96-97		
Легкая смола пиролиза	45-60	10-18		20-28
Компонентный состав бензинового фонда, % (об.)
Таблица 4.13
Компонент	Россия	США	Западная Европа
Бензин каталитического риформинга	52,8	34,6	46,9
Бензин каталитического крекинга	9,6	36,1	27,1
Прямогонный бензин	25,2	4,0	7,6
Бутаны	5,7	5,5	5,7
Изомеризат	1,5	4,7	5,0
Бензин коксования	4,9	-	-
Оксигенаты	0,2	2,1	1,8
Алкилат	0,3	13,0	5,9
Обший бензиновый фонд: Россия - 30 млн. т/год; США - 325 млн. т/год; Западная Европа - 125 млн. т/год.			
4.2.	Присадки
Для обеспечения установленных требований к качеству автомобильных бензинов допускается использование присадок, улучшающих характеристики работы двигателей, обеспечивающих сохраняемость качества, уменьшающих отложения в камере сгорания, снижающих уровень токсичности отработавших газов.
Присадки должны быть совместимы с моторными маслами и не оказывать побочных вредных воздействий.
4.2. Присадки
197
4.2.1.	Антидетонаторы
Алкилсвиицовые антидетонаторы. Наиболее эффективной антидетона-ционной присадкой до конца XX столетия являлся тетраэтилсвинец (ТЭС). Способность ТЭС подавлять детонацию была открыта в 1921 г., а с 1923 г. начался массовый промышленный выпуск этого антидетонатора. В настоящее время в интересах экологической безопасности применение ТЭС повсеместно прекращено.
Марганцевые антидетонаторы. Относятся к новым, так называемым “сэндвичевым” соединениям, представляющим собой два циклопентадиенильных кольца, между которыми расположены атомы переходного металла—марганца, никеля, кобальта, железа и др. В марганцевых антидетонаторах переходным металлом является марганец. Наиболее эффективны два марганцевых “полусэндвича” - циклопента-диенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ) - [C5H5Mn(CO)3J, его метильное производное (МЦТМ).
Антидетонатор ЦТМ является легко сублимизующимся кристаллическим желтым порошком. Антидетонатор МЦТМ представляет собой маловязкую жидкость светло-янтарного цвета с травянистым запахом. Оба антидетонатора имеют примерно одинаковую эффективность и мало отличаются по эксплуатационным свойствам.
Марганцевые антидетонаторы (МА) в 300 раз менее токсичны, чем ТЭС. Хорошо растворимы в бензине и практически нерастворимы в воде. При низких температурах из бензиновых растворов не выпадают.
Эффективность МА в различных бензинах приблизительно одинакова со свинцовыми антидетонаторами при равном содержании присадок и превосходит их при одинаковой концентрации металлов. В присутствии МА увеличивается полнота сгорания бензинов и снижается токсичность отработавших газов. Общий износ и коррозия деталей от введения в бензин МА не изменяются. Нагарообразование в двигателе незначительно, преждевременное воспламенение почти отсутствует. Однако при работе на бензине с МА образующийся нагар вызывает перебой в работе свечей зажигания за счет утечки тока по поверхности изолятора свечи и образования токопроводящих нитей между электродами свечи. Продукты сгорания марганца имеют высокую электропроводность, возрастающую с повышением температуры. Проводятся исследования по изысканию преобразователей нагара, изменению конструкции свечей, применению новых материалов для изоляторов и электродов свечей. Содержание МА в бензинах “Нормаль 80” и “Регуляр-91” ограничено по марганцу соответственно 50 и 18 г/дм3.
В Канаде рекламируется новая антидетонационная присадка “Hitec 3000”, которая добавляется в количестве 11 г Мп на тонну бензина. С повышением октанового числа бензина всего лишь на единицу, присадка сокращает выброс автомобилем оксида углерода на 1,2 г/км пробега и NOx - на 0,06 г/км (-20 %).
Использование МА в малых концентрациях является более дешевым способом повышения октановых чисел, чем изменения химического состава или применение МТБЭ.
Марганецсодержащие антидетонаторы в сочетании с преобразователями нагара и антидетонационными спиртовыми добавками и азотсодержащими соединениями рассматриваются как перспективные средства улучшения качества товарных бензинов.
Глава 4. Бензины
198
Антидетонаторы на основе соединений железа. Высокими антидетоиа-ционными свойствами обладает пентакарбонилжелезо (ПКЖ), которое представляет собой нерастворимую в воде жидкость бледно-желтого цвета с температурой кипения 102,5 °C и температурой плавления -21 °C. На свету соединение разлагается с выделением твердого нерастворимого осадка Fe(CO)., который при соприкосновении с воздухом самовоспламеняется. Эффективность ПКЖ. как антидетонатора, на 15-20 % ниже, чем ТЭС. При сгорании ПКЖ образуется окись железа, отлагающаяся в камере сгорания в виде легкоподвижного осадка с высокими абразивными свойствами, увеличивающими износ. Пока ПКЖ как присадка не применяется.
В качестве антидетонаторов исследуются комплекс диизобутилена с пента-карбонилжелезом (ДИБ-ПКЖ) и дициклопентадиенилжелезо (ферроцен).
Ферроцен (С.Н.)фе - металлоорганическое соединение “сэндвичевого строения”. Это легковоспламеняющийся кристаллический порошок с температурой плавления 174 °C. Ферроцен более эффективен, чем ДИБ-ПКЖ и ПКЖ. Внедрению ферроцена препятствует отсутствие эффективных выносителей для окиси железа. При использовании железосодержащих антидетонаторов без выносителей, концентрация Бе в бензине не должна превышать 37 мг на 1 дм3.
Антидетонаторы на основе аминов. Антидетонационный эффект аминосоединений проявляется при больших концентрациях их в бензинах. На первом месте стоят ароматические амины - производные анилина. Анилин CfcHsNH, представляет собой жидкость с температурой кипения 184 °C и температурой плавления -6 °C. Долгое время служил эталоном для оценки антидетонационной стойкости бензинов (“анилиновый эквивалент”). Существенный недостаток анилина - ограниченная растворимость в бензине.
Производные анилина, например, ксилидин, применялись в США и Англии в качестве антидетонационной присадки к авиационным бензинам в количестве до 2 %. В Советском Союзе в конце 40-х гг. выработались авиационные бензины, содержащие 4 % экстралина. В настоящее время достаточно широко в автомобильных бензинах используется N-монометиланилин в концентрации до 1,3 % мае.
4.2.2.	Антиокислители
Для снижения окислительных процессов в бензины каталитического и термического крекинга добавляют присадки-антиокислители.
По механизму стабилизации присадки делят на:
•	реагирующие только с радикалами на стадии инициирования окислительных цепей;
•	реагирующие с радикалами и с перекисями, разрушая их на стадии автокаталитического процесса;
•	способствующие разложению перекисей и реагирующие с радикалами;
•	взаимодействующие с алкильными и пероксидными радикалами и пассивирующие каталитическое действие металла.
Основной реакцией, обрывающей цепи окисления, является взаимодействие молекул антиокислителя, имеющих слабые связи О-Н и N-H, с пероксидными
4.2. Присадки
199
радикалами. При этом активный пероксидный радикал заменяется на радикал ингибитора, неспособный продолжать цепи окисления:
R' + АН —> RH + А;
ROOH + АН -> ROH + АОН,
где АН - молекула антиокислителя; А - малоактивный радикал, исчезающий вследствие рекомбинации раньше, чем произойдет его реакция с молекулой окисляющего вещества.
Антиокислительные присадки должны обладать хорошей растворимостью в топливах, не вымываться из них водой и не ухудшать других эксплуатационных свойств топлив. На практике часто используются композиции различных антиокислителей, проявляющих эффект синергизма. Влияя на разные стадии цепного процесса окисления, компоненты антиокислительной композиции предохраняют друг друга от быстрого расходования.
Для стабилизации автомобильных бензинов наиболее широкое применение полз чили антиокислители фенольного и аминофенольного типа.
Древесно-смоляной антиокислитель (ДСА) - фракция древесной смолы лиственных пород с пределами кипения 240-310 °C. Активной частью ДСА являются многоатомные фенолы и их метиловые и диметиловые эфиры. Добавляется в концентрации 0,05-0,15 % масс.к бензинам, содержащим непредельные углеводороды.
Антиокислитель ФЧ-16- фракция 260-300 °C технических фенолов из подсмольных вод полукоксования черемховских углей. Активная часть антиокислителя -одно- и двухатомные фенолы (не менее 86 %). Для повышения растворимости в бензинах присадки вводят в виде 30 % раствора в толуоле, ксилоле, алкил-бензоле. ФЧ-16 эффективен в компонентах термического и каталитического крекинга в концентрации 0,03-0,10 % масс. Недостаток антиокислителя-большая вымываемость водой.
Антиокислитель “ИОНОЛ”- 2,6-ди-третбутил-4 метилфенол:
ОН
(СН3)5С /Ч С(СН3),
сн3
Хорошо растворим в бензинах, нетоксичен, не образует выпадающих в осадок продуктов разложения, не вымывается водой. Для стабилизации автомобильных бензинов “Ионол” вводят в концентрации 0,05-0,1 % масс, в расчете на нестабильные компоненты бензина. Ранее “Ионол” использовался для стабилизации гидрогени-зационных реактивных топлив, широко применяется за рубежом.
Фенольный антиокислитель — “Агидол-12” - представляет собой 50 %-ный раствор в толуоле кубового остатка регенерации метанола при производстве “Ионола”. Присадка в основном состоит из фенолов, аналогичных по строению и близких по эффективности к "Ионолу”. Рабочая концентрация “Агидол-12” на нестабильные компоненты бензина-0,15 % масс.
Гпава 4. Бензины
200
Аминофенольны й антиокислитель фенил-п-аминофенол (п-оксидифени-ламин) - ПОДФА:
ОН
Добавляется в количестве 0,001-0,010 % масс. - значительно меньшем, чем фенольных присадок. Присадка особенно эффективна в этилированных бензинах, предотвращает окислительный распад ТЭС. Недостатки: ограниченно растворим в топливе, вымывается водой, высокая стоимость.
“Агидол-9” (“Ингазон”) - антиокислительная композиция, имеющая синергетические свойства, была разработана в 1986 г.
Представляет собой 20 %-ный раствор в толуоле смеси двух компонентов в массовом соотношении 1:1:
“Ингазона-1”:
(сн3)3с_____ ____________С(СН3)3
/ N=7 \% = О
(СН3)3С	С(СН3)3
и основания Маниха (ОМИ):
(СН3),С
НО	-СН, - N = (СН3)2
(СН,)3С
Присадка окрашивает бензин в ярко-красный цвет.
Присадка “Агидол-9” значительно повышает индукционный период окисления:
	Индукционный период, мин.
Бензин без присадки	55
Бензин с присадкой:	
“Агидол-9”, 0,06% мае.	425
“ОМИ”, 0,06% мае.	345
“Ингазон”, 0,06% мае.	365
“Ионол”, 0,06 мае.	305
Для подавления каталитического действия металлов к антиокислительным присадкам добавляют деактиваторы, которые образуют с ионами металлов внутри-комплексные соли, в которых атом металла экранирован и не способен вступать в реакции окисления.
4.2. Присадки
201
4.2.3.	Моющие присадки
Моющие присадки уменьшают количество отложений в карбюраторе, увеличивает пробег автомобиля без нарушения регулировок, снижают содержание окиси углерода в отработавших газах, повышают экономичность.
Моющие присадки представляют собой масло- или масловодорастворимые поверхностно-активные вещества, которые проявляют себя на границах раздела фаз “металл -углеводороды - смолистые отложения”, способствуя переводу смолистых отложений на металле в жидкую углеводородную среду.
Большинство отечественных и зарубежных моющих присадок представляет собой сложные азотсодержащие и кислородсодержащие соединения, полученные при взаимодействии высших жирных кислот, спиртов, аминов, альдегидов и других нефтехимических продуктов.
Азотсодержащие композиции, наряду с моющими, обладают защитными и антиобледенительными свойствами. В нашей стране разработаны и широко испытаны в период 1980-1990 гг. присадки этого типа- “Найк” (“Афен”), “Афен-1” и “Автомат”:
Требования к отечественным моющим присадкам типа “Афен”
Показатели	«Найк» («Афен») ТУ 38.401 304-83	«Афен-1» ТУ 38.401731-89	«Автомаг» ТУ 38.401867-91
Внешний вид	однородная жидкость от светло-коричневого до темно-коричневого цвета	однородная жидкость от желтого до коричневого цвета, не содержащая механических примесей и следов воды	однородная жидкость от светло-желтого до коричневого цвета
Плотность при 20°С, кг/м3	830-900	910-940	820-900
Кислотное число, мг КОН на 1 г присадки, не более	15	20	20
Щелочное число, мг КОН на 1 г присадки, не более	40	40	40
Поверхностное натяжение раствора присадки в толуоле концентрации 0,01% на активное вещество, .мН/м	не более 10	—	не более 10
Поверхностное натяжение раствора в смеси толуола и изооктана (1:4) в концентрации 0,02% на активное вещество, мН/м	-	не более 10	-
Глава 4. Бензины
202
4.3.	Требования к качеству бензинов
4.3.1.	Требования к качеству неэтилированного бензина по Европейскому стандарту EN-228-2000
Стандарт содержит требования к качеству и методы испытаний неэтилированного бензина.
Стандарт допускает использование присадок.
Для защиты каталитических систем транспортных средств в неэлитированный бензин не должны добавляться соединения, содержащие фосфор.
Для ограничения кислотности бензина, при использовании этанола, при компаундировании, его кислотность не должна превышать 0,007 % масс, (в пересчете на уксусную кислоту).
Неэтилированные бензины высшего и обычного качества должны соответствовать нормам, приведенным в таблице 4.15.
Таблица 4.15
Требования к неэтилированным бензинам высшего и обычного качества
		Высшего		Обычного		
	Единицы измерения	качества		качества		
Характеристика		Предельные значения				Метод испытания
		min	max	min	max	
						
Исследовательское окгаиовое число (ИОЧ)		95.0			j	EN 25164:1993
Моторное октановое число (МОЧ)		85,0			j	EN 25163:1993
Содержание свинца	мг/л	—	5		5	EN237:1996
I Ьютность (при 15 °C)	кг/м’	720	775	720	775	EN ISO 3675 ENISO 12185
Содержание серы	мг/кг		150		150	EN ISO 14596:1998 EN ISO 8754:1995
Устойчивост ь к окислению	мин	360		360	—	EN 24260:1994
						EN ISO 7536
Содержание смол (вымываемых растворителем)	мг/100 мл		5		5	EN ISO 6246
Коррозия медной пластинки	номинал	Класс 1		Класс 1		ENISO 21260
(3 ч при 50 °C)						
Внешний вид		прозрачный		прозрачный		Визуальная
		и яркий		и яркий		проверка
Содержание углеводородов по	об. %					ASTNf D
типам:						1319:1995
олефины			18,0		21,0	EN 12177:1998
ароматика			42,0		42,0	EN 238:1996
Содержание бензола	об. %		1,0		1,0	EN 1601:1997 PzEN 13132:1998
Содержание кислорода			2.7		2.7	
Содержавие оксигенатов метанол	вес. % об. %		з			EN 1601:1997
этанол			5		5	PzEN 13132:1998
изопропиловый спирт			10		10	
изобу'1 иловый спирт			10		10	
третбутиловый спирт			7		7	
эфиры (5 или более атомов С)			15		15	
другие оксигеназы			10		10	
203
।4.3. Требования к качеству бензинов
Все методы испытаний, на которые делаются ссылки в Европейском стандарте, включают в себя Требования к точности метода.
Требования к эмульгируемое™. Учитывая особенность некоторых автомобильных бензинов абсорбировать воду, поставщики должны обеспечивать устойчивость эмульсии бензина с водой в конкретных климатических условиях, соответствующих региону, в который поставляется бензин. В противном случае в бензин должны вводиться антикоррозионные присадки.
Требования к летучести. Характеристики летучести бензина должны соответствовать предельным значениям, указанным в табл. 4.16.
Таблица 4.16 Характеристики летучести ____________________________________________________,_____________.
Характеристика	Ед. измерения	Пределы
Давление паров (DVPE)	кПа	мин./макс.
Доля бензина, выпариваемая при 70 °C Е70	обьемн.	мин./макс.
Доля бензина, выпариваемая при 100 °C Е100	объем н.	мин./макс.
Доля бензина, выпариваемая при 150 °C Е150	объем н.	мин
Конечная температура кипения, FBP	°C	макс.
!л бовый остаток	объема, %	макс.
Индекс паровой пробки VLI (VLI = 10VP - 7Е70)		макс.
В зависимости от величины характеристик летучести бензины делят на классы: летние-классы А, В; зимние-классы С, D, Е, F; переходные-классы С1, DI, El, F1 (табл. 4.17).
Соотношения между давлением паров (VP), долей паров, выпариваемой при 70 °C (Е70), и индексом паровой пробки (VLI) для бензинов десяти различных классов летучести показаны на рис. 4.1.
Требования Европейских стандартов (Евро) к качеству автомобильных бензинов из года в год возрастают в направлении обеспечения оптимальной испаряемости и снижения токсичности отработавших газов (табл. 4,18).
Динамика изменения требований Европейских стандартов Евро-2. Евро-3, Евро-4 для автомобильных бензинов свидетельствует о снижении в бензинах содержания бензола, серы, ароматических компонентов, олефиновых компонентов, обязательном введении моющих присадок и увеличении концентрации синтетических кислородсодержащих компонентов.
Глава 4. Бензины
204
Таблица 4.17
Классы летучести
Характеристика	Единицы измерения	Предельные значения						Метод испытания
		Класс А	Класс В	Класс С7С1	Класс D'Dl	Класс Е/Е1	Класс F/F1	
Давление паров	кПа, мин. кПа, макс.	45,0 60,0	45,0 70,0	50,0 80,0	60,0 90,0	65,0 95,0	70,0 100,0	PrEN 13016:1997 (DVPE)
% бензина, испарившегося при 70 °C, Е70	об. %, мин. об. %, макс.	20,0 48,0	20,0 48,0	22,0 50,0	22,0 50,0	22,0 50,0	22,0 50,0	PrEN ISO 3405:1998
% бензина, испарившегося при 100 °C, Е100	об. %, мин. об. %, макс.	46,0 71,0	46,0 71,0	46,0 71,0	46,0 71,0	46,0 71,0	46,0 71,0	PrEN ISO 3405:1998
% бензина, испарившегося при 150 °C, Е150	об. %, мин.	75,0	75,0	75,0	75.0	75.0	75.0	PrEN ISO 3405:1998
Конечная температура кипения (FBP)	°C, макс.	210	210	210	210	210	210	PrEN ISO 3405:1998
Кубовый остаток	об. %, макс.	2	2	2	2	2	2	PrEN ISO 3405:1998
VLI (10VP + 7E70)	индекс, макс.	—	—	С	D	Е	F	
VLI (10VP + 7E70)	индекс, макс.	—	—	С1 1050	D1 1150	Е1 1200	F1 1250	
Таблица 4.18
Сравнительные данные требований стандартов Евро-2, Евро-3 и Евро-4 для автомобильных бензинов
Показатели	Требования		
	Евро-2	Евро-3	Евро-4
Содержание бензола, %	5,0	1,0	1,0
Содержание серы	0,05 %	150 ppm	30 ppm
Содержание ароматических компонентов, %	—	42	30
Содержание олефиновых компонентов. %	—	18	14
Содержание кислорода, %	—	2,3	2,7
Фракционный состав, %:			
до 100 °C перегоняется, не менее	—	46	46
до 150 °C перегоняется, не менее	—	75	75
Давление насыщенных паров, кПа, не более	—	60	60
Наличие моющих присадок	—	Обяз.	Обяз.
50 
% (Об.)
45 •
40 
Е70	35 
30 
25 
20 
15 4-
40
Переходные классы: С1, D1, Е1, F1
"Т........ |	........I ....... 1..........г1—...I— ............Т"	" I ........1	' " I........... I	........1..
45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95 kPa 100
4.3. Требования к качеству бензинов
Давление паров -------•-
Рис. 2.2. Соотношение между давлением паров (VP), Е70 и индексом паровой пробки (VLI) для бензинов десяти различных классов летучести
Глава 4. Бензины
206
4.3.2.	Требования Всемирной Хартии Производителей Топлива к качеству неэтилированного бензина
Автомобилестроители стран Азии, Европы и Северной Америки, входящие во Всемирную Хартию Производителей Топлива, в новых “Международных спецификациях на топливо” 2000 г. определили четыре различные категории качества для неэтилированного бензина и дизельного топлива (в отличии от 3-х категорий 1998 г).
Категория 1:
Рынки с предъявлением минимальных требований или без предъявления требований по контролю выбросов. Основное внимание уделяется рабочим характеристикам двигателя или автомобиля.
Категория 2:
Рынки с предъявлением жестких требований по контролю выбросов и другими требованиями. Например, рынки с требованиями соответствия стандартам США Tier 0 или Tier 1, Euro 1 или 2.
Категория 3:
Рынки с предъявлением требований повышенного уровня по контролю выбросов и другими требованиями. Например, рынки, предъявляющие требования соответствия калифорнийским стандартам LEV, ULEV и Euro 3 и 4.
Категория 4:
Рынки, предъявляющие требования повышенного уровня по контролю выбросов, дающие возможность контролировать более сложные окислы азота (NOx) и твердые частицы после обработки специальным оборудованием.
Например, рынки с требованиями соответствия стандартам LEV-II (Калифорния), ЕРА Tier 2 США, Euro 4, в сочетании с другими повышенными ограничениями.
Эти требования касаются свойств товарного топлива, поставляемого конечному потребителю. Методы внутреннего контроля качества не предписываются и не ограничиваются, если топливо отвечает спецификациям. Если национальные требования более жесткие, чем данные рекомендации, то следует выполнять требования национальных ограничений.
Для преодоления будущих проблем, касающихся пользователя, окружающей среды и энергии, автомобилестроительная промышленность изучает передовые технологии во всем мире. Категория 3 определена как требования, предъявляемые передовыми технологиями, в том виде как они существуют в настоящее время, категория 4 определена как требования, предъявляемые к топливам без содержания серы для удовлетворения требований будущими технологиями в автомобилестроении.
4.3. Требования к качеству бензинов
207
Таблица 4.19
Категория 1
Рынки с .минимальными требованиями по снижению токсичности отработавших газов, либо рынки, где такие требования отсутствуют, либо основаны преимущественно на проблемах работы транспортного средства/двигателя.
С войства	Единицы измерения	Пределы	
		МИН.	макс.
ОЧ ИМ 91111 Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу	-	91,0 82,0	-
ОЧ ИМ 95'*’ Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу	-	95,0 85,0	-
ОЧ ИМ 98!1) Октановое число по исслед. метду Октановое число по мотор, методу	-	98,0 88,0	-
Стойкость к окислению	минуты	360	-
Содержание серы	% масс.	-	0,10е0
Содержание свинца	г/л	-	0,0134 3)
Содержание марганца	мг/л	-	О)
Содержание кислорода	% масс.	-	2,7141
Ароматика	% об.	-	50,0
Содержание бензола	% об.	-	5,0
Летучесть	С.м. табл. 4.23		
Непромытые смолы	мр'1 00 мл	-	70
11ромытые смолы	мг/100 мл	-	5
11лотность	кг/м'’	715	780
Испытание на медной пластине	Выдерживает	Класс 1	
Внешний вид		Прозрачный и чистый	
Чистота карбюратора	Выдерживает	8,0(5)	-
Чистота топливной форсунки	% потерь расхода	-	10°’
Чистота впускного клапана	Выдерживает	9,0(5)	-
Общие примечания к бензинам всех категорий 1,2. 3. 4:
I.	Присадки должны быть совместимы с моторными маслами (продукты окисления масла, образующиеся при работе двигателя-отложения лака не увеличиваются). Не допускается добавление компонентов, образующих золу.
2.	Рациональное использование топлива для вспомогательных целей с целью снижения загрязнения (пыль, вода, другие топлива и пр.).
Гпава 4. Бензины
208
Сноски:
(1)	Должна быть установлена и использована соответствующая маркировка насосов; топливо должно впрыскиваться через топливные форсунки в соответствии с SAEJ285 “Рекомендованная практика для выпускных отверстий топливо - распределительного устройства”. Для установления максимальной гибкости на рынке определены три сорта топлив по октановому числу. Наличие всех трех сортов необязательно.
(2)	Предпочтение топливу с пониженным содержанием серы для транспортных средств с системами снижения токсичности отработавших газов с помощью катализатора. Предел в 0,10% масс, может соответствовать 1000 ppm.
(3)	Исключается преднамеренное добавление.
(4)	В случае применения оксигенатов предпочтение отдается простым эфирам. Если согласно ранее действующим нормам содержание этанола составляет до 10% по объему (в соответствии с ASTM D 4806 и pH - 7-9), то топливная смесь должна соответствовать всем прочим требованиям Категории 1. Высшие спирты (02) ограничиваются максимум до 0,1% по объему. Метанол не разрешается.
(5)	Соответствие этому требованию может быть обеспечено за счет использования надлежащих моющих присадок в сопоставимых бензинах.
Колебания по этилированному бензину для случаев, разрешенных законом
Свойства	Единицы измерения	Пределы	
		МИН.	макс.
Содержание свинца, этилированный бензин	г/л	0,05‘"	0,40°>
Сноски:
(1) Предел необходим только обеспечения защиты более старых моделей автомобилей при помощи мягких гнезд клапанов.
(2) Содержание свинца должно быть доведено до минимума, где это возможно.
4.3. Требования к качеству бензинов
209
Таблица 4.20
Категория 2
Рынки с жесткими требованиями по снижению токсичности отработавших газов или с другими требованиями.
Свойства	Единицы	Пределы	
	измерения	МИН.	макс.
ОЧ ИМ 91**’ Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу'	-	91,0 82,0	-
ОЧ ИМ 95(1) Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу'	-	95,0 85,0	-
ОЧ ИМ 9811 Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу		98,0 88,0	-
Стойкость к окислению	минуты	480	-
Содержание серы	% масс.	-	0,02*-’
Содержание свинца	г/л	Не определяется*3’	
Содержание фосфора	мг/л	Не определяется^’	
Содержание марганца	мг/л	Не определяется*311	
Кремний	мг/кг	Не определяется*3’	
Содержание кислорода	% масс.	-	2,7(4j
Содержание олефинов	% об..	-	20
Содержание ароматики	% об.	-	40,0
Содержание бензола	% об.	-	2,5
Летучесть	См. табл. 4.24		
Осадок	мг/л	-	
Непромытые смолы*’’	мг/100 мл	-	70
Промытые смолы	мг/100 мл	-	5
Плотность	кг/м3	715	770
Испытание на медной пластине	Выдерживает	Класс 1	
Внешний вид		прозрачный и чистый	
Чистота топливной форсунки	% потерь расхода	-	5
Заедание впускного клапана	выдержи-вает/не выдерживает	выдерживает	
Чистота впускного клапана: Метод 1 (СЕС F-05-A-93) или Метод 2 (ASTM D 5500) или Метод 3 (ASTM D 6201)	средн, мг/ клапан средн.мг/ клапан средн.мг/ клапан	-	50 100 90
Нагар в камере сгорания15’ Метод 1 (ASTM D 6201) или Метод 2 (СЕС F-20-A-98)	% мг/двигат.		140 3500
Сноски:
(1)	Должна быть установлена и использована соответствующая маркировка насосов; топливо должно впрыскиваться через топливные форсунки в соответствии с SAEJ285 “Рекомендованная практика для выпускных отверстий топливо - распределительного устройства”. Для
14 Заказ № 2029
Гпава 4. Бензины
установления максимальной гибкости на рынке определены три сорта топлив по октановому числу. Наличие всех трех сортов необязательно.
(2)	Предел в 0,02% масс, обычно соответствует 200 ppm.
(3)	На пределе или ниже предела используемого метода испытания. Исключается преднамеренное добавление.
(4)	В случае применения оксигенатов предпочтение отдается простым эфирам. Если согласно ранее действующим нормам содержание этанола составляет до 10% по объему (в соответствии с ASTM D 4806 и pH - 7-9), то топливная смесь должна соответствовать всем прочим требованиям Категории 2. Высшие спирты (02) ограничиваются максимум до 0,1% по объему. Метанол не разрешается.
(5)	Разрешается соответствие либо пределу непромытых смол, либо пределу нагара в камере сгорания.
4.3. Требоввния к качеству бензинов
211
Таблица 4.21
Категория 3
Рынки с жесткими требованиями по снижению токсичности отработавших газов или с другими требованиями.
Свойства	Единицы	Пределы	
	измерения	МИН.	макс.
ОЧ ИМ 91(1) Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу	-	91,0 82,5	
ОЧ ИМ 95'11 Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу	-	95,0 85,0	-
ОЧ ИМ 98*1; Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу		98,0 88,0	-
Стойкость к окислению	минуты	480	-
Содержание серы	% масс.	-	0,003*-
Содержание свинца	г/л	Не определяется*’	
Содержание фосфора	мг/л	Не определяется*’	
Содержание марганца	мг/л	Не определяется*3	
Кремний	мг/кг	Не определяется*’	
Содержание кислорода	% масс.	-	2,7* 1
Содержание олефинов	% об.	-	10,0
Содержание ароматики	% об.	-	35,0
Содержание бензола	% об.	-	1,0
Летучесть	См. табл. 4.24		
Осадок	мг/л	-	1
Непромытые смолы*’1	мг/100 мл	-	30
Промытые смолы	мг/100 мл	-	5
Плотность	кг/м3	715	770
Испытание на медной пластине	Выдерживает	Класс 1	
Внешний вид		прозрачный и чистый	
Чистота топливной форсунки	% потерь расхода	-	5
Заедание впускного клапана	выдержи-вает/не выдерживает	Выдерживает	
Чистота впускного клапана: Метод I (СЕС F-05-A-93) или Метод 2 (ASTM D 5500) или Метод 3 (ASTMD6201)	средн.мг/ клапан средн.мг/ клапан средн.мг/ клапан	-	30 50 50
Нагар в камере сгорания*’1 Метод 1 (ASTM D 6201) или Метод 2 (СЕС F-20-A-98)	% мг/двигат.		140 2500
Сноски:
(1)	Должна быть установлена и использована соответствующая маркировка насосов; топливо должно впрыскиваться через топливные форсунки в соответствии с SAEJ285 “Рекомендованная практика для выпускных отверстий топливо - распределительного устройства”. Для обеспечения
Глава 4. Бензины
максимальной гибкости на рынке определены три сорта топлив по октановому числу. Наличие всех трех сортов необязательно.
(2)	Обычно предел в 0,003% масс, соответствует 30 ppm.
(3)	На пределе или ниже предела используемого метода испытания. Исключается преднамеренное добавление.
(4)	В случае применения оксигенатов предпочтение отдается простым эфирам. Если согласно ранее действующим нормам содержание этанола составляет до 10% по объему (в соответствии с ASTM D 4806 и pH - 7-9), то топливная смесь должна соответствовать всем прочим требованиям Категории 3. Высшие спирты (02) ограничиваются максимум до 0,1% по объему. Метанол не разрешается.
(5)	Разрешается соответствие либо пределу непромытых смол, либо пределу нагара в камере сгорания.
4.3. Требования к качеству бензинов
213
Таблица 4.22
Категория 4
Рынки с последующими более жесткими требованиями по снижению токсичности отработавших газов для использования сложных технологий снижения выбросов оксидов азота (NOJ.
Свойства	Единицы	Пределы	
	измерения	МИН.	макс
ОЧ ИМ 91111 Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу		91,0 82.5	-
ОЧ ИМ 95*11 Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, .методу	-	95,0 85,0	-
ОЧ ИМ 98(|) Октановое число по исслед. методу Октановое число по мотор, методу	-	98,0 88,0	
Стойкость к окислению	минуты	480	-
Содержание серы	% масс.	-	0,003*
Содержание свинца	г/л	Не определяется*	
Содержание фосфора	мг/л	Не определяется*	
Содержание марганца	мг/л	Не определяется*	
Кремний	мг/кг	Не определяется*	
Содержание кислорода	% масс.	-	2,7*4
Содержание олефинов	% об.	-	10.0
Содержание ароматики	% об.	-	35,0
Содержание бензола	% об.	-	1.0
Летучесть	См. табл. 4.24		
Осадок	мг/л	-	1
Непромытые смолы*5*	мг/100 мл	-	30
Промытые смолы	мг/100 мл	-	5
Плотность	кг/м3	715	770
Испытание на медной пластине	Выдерживает	Класс 1	
Внешний вид		прозрачный и чис тый	
Чистота топливной форсунки	% потерь расхода	-	5
Заедание впускного клапана	выдержи-вает/не выдерживает	Выдерживает	
Чистота впускного клапана: Метод 1 (СЕС F-05-A-93) или Метод 2 (ASTM D 5500) или Метол 3 (ASTM D 6201)	средн, мг/ клапан средн, мг/ клапан средн, мг/ клапан	-	30 50 50
Нагар в камере сгорания*3* Метод 1 (ASTM D 6201) или Метод 2 (СЕС F-20-A-98)	% мг/двигат.		140 2500
Сноски:
(1)	Должна быть установлена и использована соответствующая маркировка насосов; топливо должно впрыскиваться через топливные форсунки в соответствии с SAEJ285 “Рекомендованная практика для выпускных отверстий топливо - распределительного устройства”. Для обеспечения максимальной гибкости на рынке определены три сорта топлив по октановому числу. Наличие всех трех сортов необязательно.
Глава 4. Бензины
214
(2)	Макс. 5-10 ppm на основе имеющихся данных по автомобилям, на которых используется современная технология. По мере накопления данных, будет установлен новый максимум.
(3)	На пределе или ниже предела используемого метода испытания. Исключается преднамеренное добавление.
(4)	В случае применения оксигенатов предпочтение отлается простым эфирам. Если согласно ранее действующим нормам содержание этанола составляет до 10*3o по объему (в соответствии с ASTM D 4806 и pH - 7-9), то топливная смесь должна соответствовать всем прочим требованиям Категории 4. Высшие спирты (02) ограничиваются максимум до 0,1% по объему. Метанол не разрешается.
(5)	Разрешается соответствие либо пределу непромытых смол, либо пределу нагара в камере сгорания.
Классы летучести
Таблица 4.23
Категория 1
Класс*	А	В	С	D	Е
Диапазон температур, °C	>15	5-15	от -5 до +5	от -5 до -15	<-15
Давление паров, кПа	45-60	55-70	65-80	75-90	85-105
Фракционный состав: 10% бензина перегоняется при температуре, °C, не выше (Т10)	70	70	65	60	55
50% бензина перегоняется при температуре, °C (Т50)	77-110	77-110	77-110	77-110	77-110
90% бензина перегоняется при температуре, °C (Т90)	130-190	130-190	130-190	130-190	130-190
Конец кипения бензина (ЕР), °C, нс выше	215	215	215	215	215
Объем испарившегося бензина при температуре 70°С (Е70). %	15-45	15-45	25-45	25-47	25-47
при 100°С(Е100), %	50-60	50-65	50-65	55-70	55-70
при 18О°С(Е18О), % (мин.)	85	85	85	85	85
4.3. Требования к качеству бензинов
215
Таблица 4.24
Категория 2,3 и 4
Класс*	А	В	С	D	Е
Диапазон температур. °C	>15	5-15	от -5 до +5	от -5 до -15	<-15
Давление паров, кПа Фракционный состав: 10% бензина перегоняется при температуре, °C, не выше	45-60	55-70	65-80	75-90	85-105
(Т10) 50% бензина перегоняется	65	60	55	50	45
при темпериту ре, °C (Т50) 90% бензина перегоняется	77-100	77-100	77-100	77-100	77-100
при температуре, °C (Т90) Конец кипения бензина,	130-175	130-175	130-175	130-175	130-175
°C, не выше Объем испарившегося бензина, %, при	195	195	195	195	195
температуре 70°(Е70)	20-45	20-45	25-45	25-47	25-47
при 100°С (Е100)	50-65	50-65	50-65	55-70	55-70
при 180°С (Е180), мин.	90	90	90	90	90
Индекс испаряемости, не более	570	565	560	555	550
*1 (снятие “Класс” основано на минимальной прогнозируемой температуре окружающей среды рынка пользователей. “Класс” будет меняться по признаку сезонности.
Примеры того, как данные классы могли бы соответствовать современным рыночным классификациям представлены ниже (напри-мер, “Класс А” мог бы быть присвоен японскому летнему топливу).
Япония	Лето			Зима	
США	«А»	«В»	«С»	«D»	«Е»
Канада		«А»	«В»	«С»	«D»
Примечание: D.I. (Общая характеристика управляемости автомобиля/Индекс разгонки) = (1,5.хТ10) + (ЗхТ50) + Т90 + (Их содержание кислорода, весовых %);
Температура в градусах Цельсия. Поправка на продукты окисления не применяется к простым эфирам. Ограниченность данных по транспортным средствам с низкими токсичными выбросами/ чрезвычайно низкими токсичными выбросами означает, что для простых эфиров может потребоваться такая же поправка на продукты окисления. Потребность и величина поправки будет определяться по мере поступления данных. Предварительные данные свидетельствуют о том, что может появиться потребность в дальнейшем регулировании свойств летучести, которые в настоящее время не указаны.
Глава 4. Бензины
216
Соотношение паровой и жидкой фаз (V/L), Т V/L=20
Категория 1, 2, 3 и 4
Класс	Температура испытания, °C, мин.	Применяемая температура, °C
1	60	>43
2	56	<43
3	51	<36
4	47	<29
5	41	<21
6	35	<14
Класс по паровой пробке определяется на основе максимальной ежедневной температуры (90-ый процентиль). Для каждого класса паровой пробки предусматривается минимальная температура испытания бензина по V/L=20. Дополнительная информация представлена в ASTM D 4814.
4.3.3.	Ассортимент автомобильных бензинов
Российского производства
По состоянию на 2007 год общее количество марок автомобильных бензинов, выпускаемых в Российской Федерации, около ПО, (табл. 4.25).
Таблица 4.25
Ассортимент автомобильных бензинов Российского производства и нормативные документы
			Бензины типа:				
А-72	А-76 (АИ-80)	АИ-91	АИ-92	АИ-93	АИ-95	АИ-98	Нормативные документь
	А-76 н/э Нормапь-80 А-80 (АИ-80)	%гуляр-91 АИ-91	Рэгуляр-92 А-92(АИ-92) ЯрМарка 92 Е		Гфемиум-95 А-96 АИ-95 "Экстра" ЯрМарка 95 Е	Супер-98 1рМарка Супер 98	ГОСТ 2084-77 ГОСТ Р 51105-97 ГОСТ Р 51866-2002 ТУ 38.001165-2003 ’	' ", ТУ 38.1011225-89 ТУ 38.1011279-89 ТУ 38.301-25-41-97
	Дон-Мотор А-76 н/э		Ярмарка 92 Ег	Дон-Мотор АИ-93 н/э	ЯрМарка 95 & /	ХИ-98 Экстра плю	ТУ 38.401-58-35-92 ТУ 38.401-58-44-92
А-72э	Дон-Мотор А-76 этиг ГБ-76 НОРСИ А-76 этил.		АИ-92 НОРСИ АИ-92	Дон-Мотор АИ-93 эти/ АИ-ЭЗэ АИ-93	1. АИ-95 НОРСИ АИ-95		ТУ 38.401-58-51-92 ТУ 38.401-58-56-93 ТУ 38.401-58-58-93 ТУ 38.401-58-68-93
	НОРСИ А-80 АИ-80ф А-76ф А-76фк АИ-80 А-76	АИ-91 АИ-91ф АИ-91фк АИ-91	АИ-92ф АИ-92	АИ-ЭЗф АИ-93фк АИ-93	АИ-95ф Евро-Су пер-95 АИ-95фк	АИ-98ф АИ-98 АИ-98 АИ-98 Супер плкх	ТУ 38.401-58-86-94 ТУ 38.401-58-89-94 ТУ 38.401-58-95-94 ТУ 38.401-58-99-94 ТУ 38.401-58-100-94 ТУ 38.401-58-122-95 ТУ 38.401-58-126-95 ТУ 38.401-58-127-95 ТУ 38.401-58-140-95 ТУ 38.401-58-141-95
4.3. Требования к качеству бензинов
	А-76		АИ-92	АИ-93 н/э
				А И-93 этил.
А-72		АИ-91		
	АИ-80РЭК		АИ-92РЭК	
	АИ-80РЭКп		АИ-92РЭКп	
	АИ-80ЭК		АИ-92ЭК	
	АИ-80ЭКп		АИ-92ЭКП	
	А-76	АИ-91		
		АИ-91		АИ-93
	А-76		А-92	
	А-76	АИ-91	АИ-92	
	А-76			
	А-76			
	А-76 Дакс		АИ-92 Дакс	
	Нормаль-80		Нэгуляр-92	АИ-93
	А-76		АИ-92	
	АИ-80Э		АИ-92Э	
	А-76(г)			
			АИ-92 "Евро"	
	А-76		АИ-92	
	А-76 (красный)	АИ-92 (голубой)		
	АИ-80 (красный)			
3	32	10	21	10
Продолжение табл. 4.25
АИ-95		ТУ 38.401-58-144-95 ТУ 38.401-58-156-96
АИ-95РЭК	АИ-98РЭК	ТУ 38.401-58-157-96 ТУ 38.401-58-169-97
АИ-95РЭКп АИ-95ЭК АИ-95ЭКП АИ-95 АИ-95 АИ-95 АИ-95 Дакс Премиум-95	АИ-98ЭК АИ-98ЭКП	ТУ 38.401-58-171-96 ТУ 38.401-58-176-96 ТУ 38.401-58-180-97 ТУ 38.401-58-193-97 ТУ 38.401-58-194-97 ТУ 38.401-58-200-97 ТУ 38.401-58-201-97 ТУ 38.401-58-207-97 ТУ 38.401-58-220-98 АПК
АИ-95Э АИ-95 АИ-95 "Евро" АИ-95		ТУ 38.401-58-240-99 ТУ 38.401-58-244-99 ТУ 38.401-58-300-2001 ТУ 38.401-728-89 ТУ 38.401-1030-95 ТУ 0251-001-31441488-96 ТУ 0251-001-48978376-99 ТУ 0251-002-18419946-99 ТУ 0251-012-00044434-20
		I
24
10
Глава 4. Бензины
4.3. Требования к качеству бензинов
219
4.3.4.	Бензины автомобильные.
Общие технические требования по ГОСТ Р 51313-99
Стандарт распространяется на бензины для автомобильного транспорта и устанавливает показатели качества, характеризующие их безопасность и подлежащие обязательному включению во все виды документации, по которой изготавливаются автомобильные бензины.
В зависимости от детонационной стойкости установлены 4 типа автомобильных бензинов (табл. 4.26).
Нормы по показателям качества, характеризующие безопасность автомобильных бензинов в документации, на конкретные марки должны быть в пределах минимальных и максимальных значений, предусмотренных настоящим стандартом.
Таблица 4.26
Показатели качества, характеризующие безопасность автомобильных бензинов
Наименование показателя	Значение показателя для бензинов типа				Метод испытания
	I	11	III	IV	
Делонационная стойкость: октановое число по исследовательскому методу, не менее или октановое число по моторному методу, не менее	80 76	91	95	98	ГОСТ 8226 ГОСТ 511
Концентрация свинца, г/дм’, не более для бензина: неэтилированного этилированного	0,013 0,17	0,013	0,013	0,013	ГОСТ 28828
Давление насыщенных паров, кПа	35-100	35-100	35-100	35-100	ГОСТ 1756
Фракционный состав: 90% бензина перегоняется при температуре,°C,не выше конец кипения бензина, °C, не выше остаток в колбе, ° о. не более	190 215 1,5	190 215 1,5	190 215 1,5	190 215 1,5	ГОСТ 2177
Массовая доля серы, 0 о, не более	0,1	0,05	0,05	0,05	ГОСТ 19121 или ГОСТ Р 50442
Объемная доля бензола, %, не более	5	5	5	5	ГОСТ 29040
Примечания:
1.	Минимальное и максимальное значения показателя “Давление насыщенных паров” устанавливаются в документации на автомобильные бензины конкретных марок в зависимости от климатического района применения по ГОСТ 16350 и сезона эксплуатации.
2.	Для автомобильных бензинов типа II, Ill, IV допускается до 1 января 2003 года массовая доля серы не более 0,10 о.
3.	Допускается до I января 2003 года показатель "Объемная доля бензола” в документации на автомобильные бензины конкретных марок не включать.
Глава 4. Бензины
220
4.3.5.	Неэтилированные бензины по ГОСТ Р 51105-97
ГОСТ разработан с учетом требований Европейского стандарта EN 228-2000.
Распространяется на неэтилированные бензины для автомобильного транспорта, применяемого в качестве топлива для автомобильных и мотоциклетных двигателей, а также двигателей другого назначения, рассчитанных на использование этилированного или неэтилированного бензина.
В зависимости от октанового числа по исследовательскому методу установлены следующие марки неэтилированных бензинов.
Нормаль-80 Регуляр-92 Премиум-9 5/2 Премиум-95/3 Премиум-95/4 Супер-98
не менее 80
не менее 92
не менее 95
не менее 95
не менее 95
не менее 98
Марки Премиум 95/3 и Премиум 95/4 введены с 01.07.2000 г. в связи с принятием новых требований EN 228-2000 на Евро-3 и Евро-4. Показатели качества новых марок Премиум 95/3 и Премиум 95/4 соответствуют требованиям EN 228/2000. Число в знаменателе указывает каким нормам отвечает автобензин.
Требования к физико-химическим и эксплуатационным свойствам бензинов показаны в табл. 4.27.
В зависимости от климатического района применения автомобильные бензины подразделяются на 10 классов по испаряемости (табл. 4.28). Климатические зоны сезонного применения в регионах Российской Федерации изложены в Приложении Б ГОСТа 51105-97.
Бензин “Нормаль-80” предназначен для использования в грузовых автомобилях наряду с бензином А-76.
Бензины “Регуляр-92” предназначены для использования взамен этилированного бензина АИ-93.
Бензины “Премиум-95” и “Супер-98” предназначены для высококлассных автомобилей и полностью соответствуют европейским требованиям.
В стандарт введены новые показатели по испаряемости и, наряду с отечественными, включены зарубежные методы испытаний.
При производстве автомобильных бензинов допускается применять кислородсодержащие компоненты, другие высокооктановые добавки, а также антиокисли-тельные и моющие присадки, улучшающие экологические показатели бензинов и допущенные к применению.
Моющие присадки могут вводиться в автомобильные бензины при отгрузке потребителю, а также на нефтебазах и АЗС или непосредственно в бензобак перед заправкой автомобиля.
Таблица 4.27
Физико-химические и эксплуатационные показатели автомобильных бензинов (с учетом изменений № 3)
	) (аименование показателя	Значение для марки						Метод испытания
		11ормаль-80	Рсгуляр-92	Премиум-95/2	11ремиум-95/3	11ре.миум-95/4	Супер-98	
		ОКИ 02 51123701	ОКИ 02 5112 3705	ОКИ 02 5112 3703	OKI 1 02 5112 370	OKI 1 02 5112 370	ОКИ 02 5112 3704	
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Октановое число, нс менее: - но моторному методу - по исследовательскому методу	76,0 80,0	83,0 92,0	85,0 95,0	85,0 95,0	85,0 95,0	88,0 98,0	По ГОСТ 511 или Приложению А [10. 32, 36] По ГОСТ 8226 или 11риложению А [9, 33,37]
2	Концентрация свинца, мг/ дмЛ, не более	5	5	5	5	5	5	По ГОСТ 28828 или Приложению А [12,23]
3	Концентрация смол, промытых раствори гелем, мг на 100 см1 бензина, не более	5,0						По ГОСТ 1567 или Приложению А [4, 20]
4	Устойчивость к окислению, мин., нс менее	360						По ГОСТ 4039 или Приложению А [5, 34]
4.3. Требования к качеству бензинов
Продолжение табл. 4.27 [7
ГО
1	2	3	4	5	6	7	8	9
5	Концентрация серы, мг/кг; не более	500	500	500	150	50	150	По Приложению А [8] или ГОСТ 19121 или Приложению А [6,17,35,38,39]
6	Объемная доля бензола, %, нс более	5,0	5,0	5,0	1,0	1,0	5,0	Но ГОСТ 29040 или 11риложснию А [ 11, 15, 18, 24]
7	Объемная доля углеводородов, %, не более - ароматических - олефиновых	-		-	42,0 18,0	35,0 18,0	-	По ГОСТ 29040 или Приложению А [40] По Приложению А [40]
8	Массовая доля кислорода, %, не более	2,7 .						По Приложению А [41,42,43,44,45]
9	Объемная доля оксигенатов, %, не более - метанола - этанола - изопропанола - изобутанола - трет-бутанола -	диалкиловых эфиров (с 5 и более атомами С) -	других оксигенатов	3 5 10 10 7 15 10						1 Io 11риложению А [41,42, 43,44,45]
Глава 4. Бензины
Продолжение табл. 4.27
1	2	3	4	5	6	7	8	9
10	Коррозия медной пластинки (3 ч при 50°С), единицы по шкале	Выдерживает класс 1						По ГОСТ 6321 или Приложению А [2, 25]
11	Внешний вид	Ч истый, прозрачпый						По п. 7.3
12	Плотность при 15°С, кг/м’	700-750	725-780	725-780	720-775	720-775	725-780	По ГОСТ I’ 51069 или Приложению А [7, 14,29, 30]
Примечания
1.	Допускается до 01.01.2008 года производство автомобильных бензинов с концентрацией марганца для марок Нормаль-80 не более 50 мг/дм’ и Регуляр-92 не более 18 мг/дм'. Концентрацию марганца определяют по и.7.2 и Приложению А [13].
2.	Допускается производство автомобильного бензина марки Нормаль-80 с концентрацией серы не более 1000 мг/кг до 01.01.2006 года.
3.	Автомобильные бензины, предназначенные для длительного хранения (5 лег) н Госрезерве и Министерстве обороны, должны иметь индукционный период не менее 1200 мин.
4.	При введении метанола в бензин необходимо использовать добавки и присадки, обеспечивающие фазовую стабильность топлива. При введении в бензин этанола также могут попадобиться стабилизаторы. В бензины, содержащие оксигенаты, в случае возникновения опасности выделения воды следует вводить антикоррозионные присадки. Под другими оксигенатами предусматриваются другие алифатические спирты и диалкиловые эфиры с конечной температурой кипения не выше, чем температура, указанная в таблице 2.28.
5.	Па месте производства объемную долю оксигенатов и массовую долю кислорода определяют только для бензинов, содержащих оксигенаты.
6.	Автомобильные бензины марок Прсмиум-95/3 и Премиум-95/4 могут применяться с моющими присадками, допущенными в установленном порядке.
4.3. Требования к качеству бензинов
ю to
Глава 4. Бензины
224
Таблица 4.28
Испаряемость бензинов
Наименование показателя	Значение для класса						Метод испытания
	А	в	С7С1	D/D1	Е/Е1	F/F1	
Давление насыщенных паров бензина, кПа, (ДНП) не менее нс более	45,0 60,0	45,0 70,0	50,0 80,0	60,0 90,0	65,0 95,0	70,0 100,0	ПоГОСТ 1756 или ГОСТ 28781 или Приложению А [19,21]
Фракционный состав: объемная доля испарившегося бензина, %, при температуре: 70°С (И70) 100°С(И100) 150°С (И150) не менее конец кипения, °C. не выше остаток в колбе, % (но объему), не более	20,0-48,0 46,0-71,0 75.0 210 2	20,0-48,0 46,0-71,0 75,0 210 2	22,0-50,0 46,0-71,0 75,0 210 2	22,0-50,0 46,0-71,0 75,0 210 2	22,0-50,0 46,0-71.0 75,0 210 2	22,0-50.0 46,0-71.0 75.0 210 2	По ГОСТ 2177 (метод А) или Приложению А [1-26]
Максимальный индекс паровой пробки (ИПП)	-	-	С-С1	D-D1	Е-Е1	F-F1	По п. 7.4 или Приложению А [22]
Примечание: Для бензинов Нормаль-80, Регуляр-92, Премиум-95/2 допускается минимальное значение объемной доли испарившегося бензина, %, при температуре: 70°С-15, 100°С-40 для классов А и В.
Требования безопасности и охраны окружающей среды
Автомобильные бензины являются малоопасными продуктами и по степени воздействия на организм относятся к 4-му классу опасности в соответствии с ГОСТ 12.01.007.
Предельно допустимая концентрация паров углеводородов бензина в воздухе производственных помещений - 100 мг/м3 в соответствии с ГОСТ 12.1.005.
Наличие автомобильных бензинов в питьевой воде недопустимо; определяется визуально (маслянистая пленка нефтепродукта на поверхности воды).
Автомобильный бензин представляет собой в соответствии с ГОСТ 12.1.044 легковоспламеняющуюся жидкость с температурой самовоспламенения 255-370 °C.
4.3. Требования к качеству бензинов
225
Температурные пределы воспламенения: нижний - минус 27 - минус 39°С, верхний - минус 8 - минус 27 °C.
Концентрационные пределы распространения пламени: нижний - 1,0 %, верхний - 6 % (по объему).
Емкости и трубопроводы, предназначенные для хранения и транспортирования бензина, должны быть защищены от статического электричества по ГОСТ 12.1.018.
ПРИЛОЖЕНИЕ А МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА БЕНЗИНОВ (рекомендуемые)
[1]	ASTM D 86-95 Метод определения фракционного состава нефтепродуктов
[2]	ASTM D 130-94 Испытание коррозионной активности нефтепродуктов на медной пластинке
[4]	ASTM D 381-94 Метод определения фактических смол в топливах испарением в струе (воздуха или пара)
[5]	ASTM D 525-95 Метод определения окислительной стабильности бензина (индукционный период)
[6]	ASTM D 1266-91 Метод определения содержания серы в нефтепродуктах (ламповый метод)
[7]	ASTM D 1298-90 Метод определения плотности, относительной плотности или плотности в градусах АПИ сырой нефти
[8]	ASTM D 2622-94 Метод определения серы в нефтепродуктах рентгеновской спектрометрией
[9]	ASTM D 2699-94 Метод определения детонационных характеристик моторных топлив исследовательским методом
[10]	ASTM D 2700-94 Метод определения детонационных характеристик моторных и авиационных топлив (моторный метод)
[11]	ASTM D 3237-90 Определение свинца в бензине методом атомно-абсорбционной спектрометрии
[12]	ASTM D 3831-94 Определение марганца в бензине методом атомно-абсорбционной спектроскопии
[13]	ASTM D 4052-91 Метод определения плотности и относительной плотности жидкостей с помощью цифрового денсиметра
[14]	ASTM D 4057-88 Метод отбора проб нефти и нефтепродуктов для испытаний
[15]	ASTM D 4294-90 Определение содержания серы в нефтепродуктах дисперсионным рентгено-флуоресцентным методом
[16]	ASTM D 4420-94 Метод определения ароматических углеводородов в бензине методом газовой хроматографии
[	17] ASTM D 4953-93 Метод определения давления насыщенных паров бензина и смесей бензина с кислородсодержащими добавками (сухой метод)
[18]	ИСО 3170-88 Нефтепродукты. Жидкие углеводороды. Отбор проб вручную
[19]	ИСО 3171-88 Нефтепродукты. Жидкие углеводороды. Автоматический отбор проб из трубопровода
[20]	ИСО 5163-90 Моторные и авиационные топлива. Определение детонационных характеристик моторным методом
[21]	ИСО 5164-90 Моторные топлива. Метод определения детонационных характеристик. Исследовательский метод
15 Заказ №2029
Гпаев 4. Бензины
226
[22]	EN ИСО 7536 Нефтепродукты. Определение стабильности бензина к окислению. Метод индукционного периода.
[23]	EN ИСО 8754 Нефтепродукты. Определение содержания серы энергодисперсионным рентгено-флуоресцентным методом.
[24]	EN 25163 Моторные и авиационные топлива. Определение детонационной стойкости. Моторный метод.
[25]	EN 25164 Моторные и авиационные топлива. Определение детонационной стойкости. Исследовательский метод.
[26]	EN ISO 14596 (ИСО 14596) Нефтепродукты. Определение содержания серы методом длинноволновой дисперсионной рентгено-флуоресценцентной спектрометрии.
[27]	EN ISO 24260 (ИСО 24260) Нефтепродукты и углеводороды. Определение содержания серы. Методом сжигания по Викбольду.
[28]	ASTMD 1319 Метод определения углеводородного состава жидких нефтепродуктов с помощью флуоресцентной индикаторной адсорбции.
[29]	EN 1601 Нефтепродукты жидкие. Бензин неэтилированный. Газохроматографический метод (O-FID). Определение органических кислородсодержащих соединений и общего содержания органически связанного кислорода.
[30]	ASTM D 5845 Стандартный метод определения МТБЭ, ЭТБЭ, ТАМЭ, ДИПЭ, метанола, этанола и третичного бутанола в бензине с помощью инфракрасной спектрометрии.
[31]	EN 13132 Нефтепродукты жидкие. Бензин неэтилированный. Газохррмаюгра-фический метод (с переключением колонок) определение органических кислородсодержащих соединений и общего содержания органически связанного кислорода.
[32]	ASTM D 4815 Метод определения МТБЭ, ЭТБЭ, ТАМЭ, ДИПЭ, третичного амилового спирта и спиртов С^ в бензине с помощью газовой хроматографии.
[33]	ASTM D 5599 Метод определения оксигенатов в бензине с помощью газовой хроматографии и избирательного по кислороду пламенно-ионизационного детектора.
[11]	EN12177 Нефтепродукты жидкие. Бензин неэтилированный. Газохроматографический метод определение содержания бензола.
[15]	ASTMD6277 Определение бензола в топливах для двигателей с искровым зажиганием методом средней инфракрасной спектрометрии.
[20]	EN ISO 6246 Нефтепродукты. Определение содержания смол в лёгких и средних дистиллятных топливах. Метод испарения в струе воздуха.
[21]	EN 13016-1 Жидкие нефтепродукты. Давление паров. 4.1. Определение давления насыщенных паров в воздухе.
[22]	EN 228 Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэти-лированный бензин. Требования и методы испытаний.
[23]	EN 23 7 Нефтепродукты жидкие. Бензин. Определение низких концентраций свинца методом атомно-абсорбционной спектрометрии.
[24]	EN 23 8 Нефтепродукты жидкие. Бензин. Определение содержания бензола методом инфракрасной спектрометрии.
[25]	EN ISO 2160 Нефтепродукты. Метод определения коррозионного воздействия на медную пластинку.
[26]	EN ISO 3405 Нефтепродукты. Метод определения фракционного состава при атмосферном давлении.
[29]	EN ISO 3675 Сырая нефть и жидкие нефтепродукты. Лабораторное определение удельного веса и относительной плотности. Гидрометрический метод.
[30]	EN ISO 12185 Сырая нефть и нефтепродукты. Определение плотности методом осцилляции в U-образной трубке.
___________________________4.3. Требования к качеству бензинов__________________ 227
[31]	EN ISO 4259 Нефтепродукты. Определение и применение показа-телей точности методов испытаний.
4	.3.6. Бензины неэтилированные высшего качества марки Премиум Евро-95 и Супер Евро-98 и обыкновенного качества марки регуляр Евро-92 по ГОСТ Р 51866-2002
Стандарт распространяется на неэтилированные бензины, предназначенные для использования в качестве моторного топлива на транспортных средствах с бензиновыми двигателями, сконструированными для работы на неэтилированном бензине. Стандарт соответствует европейской нормали EN 228-2000, принятой Европейским Комитетом по стандартизации с дополнительными требованиями учитывающими потребности экономики страны.
Стандарт разработан для бензинов, поставляемых на экспорт предприятиями ОАО “Лукойл”.
Технические требования к физико-химическим и эксплуатационным показателям бензинов приведены в таблицах 4.29, 4.30, 4.31.
Таблица 4.29
Требования к бензинам высшего качества марок Премиум Евро-95 и Супер Евро-98
Наименование показателя	Значение	Метол испытания21
1	2	3
Октановое число, не менее:		
- по исследовательскому методу3*	95,0**	По ГОСТ 8226 или приложению А [20]
- по моторному методу'*	85,О'*	По ГОСТ 511 или приложению А [19|
Концентрация свинца, мг/дм3, нс более	5	По приложению А [1]
Плотность при 15°С3*, кг/м’	720-775	По ГОСТ Р 51069 или приложению А [8, 14]
Концентрация серы3’, мг/кг, нс более	150	По приложению А [17, 12, 18]
Устойчивость к окислению, мин, не менее	360	По приложению А [11]
Концентрация смол, промытых растворителем”, мг на 100 см3 бензина, не более	5	По ГОСТ 1567 или приложению А [Ю]
Коррозия медной пластинки (3 ч при 50°С), единицы по шкале	Класс 1	По ГОСТ 6321 или приложению А [4]
Внешний вид Объемная доля углеводородов, %, не более:	Прозрачный и чистый	Визуальная проверка По приложению А [21] с учетом 4),
- олефиновых - ароматических	18,0 42,0	5), 6)
Глава 4. Бензины
228
Продолжение табл. 4.29
1	2	3
Объемная доля бензола3’, %, нс более Массовая доля кислорода3’, %, не более Объемная доля оксигенатов3’, 4), %, не более: -	метанола7’ -	этанола8’ -	изопропилового спирта -	изобутилового спирта -	третбутилового спирта -	эфиров (С5 и выше) -	других оксигенатов”	1,0 2,7 3 5 10 10 7 15 10	По ГОСТ 29040 или приложению А [13,2] По приложению А [3, 16] По приложению А [3, 16]
11	Бензин высшего качества марки Супер Евро-98 вырабатывают с октановым числом 98 по исследовательскому метолу (88 - по моторному) и показателями качества, установленными в таблице 4.29.
21 См. пункт 6.2.
3) См. пункт 6.3.
4’ Объемную долю оксигепатпых соединений определяют по методу, приведенному в приложении А [21], пункт 13.2.
5’ Если в испытуемом образце содержится этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ), зону ароматических углеводородов определяют по розово-коричневому кольцу, при отсутствии ЭТБЭ используют зону ниже красного кольца. Наличие или отсутствие ЭТБЭ может быть определено по методу, приведенному в 6). 61 Используют метод, приведенный в приложении А [21], без факультативного этапа депептапизации. Пункты 6.1; 10.1 и 14.1.1 метода нс используют.
’’ Должны быть добавлены стабилизирующие агенты.
s’ Могут быть добавлены стабилизирующие агенты.
’’ Другие моноспирты и эфиры с температурой конца кипения нс выше указанной в таблице 4.31.
Таблица 4.30
Требования к неэтилироваиному бензину обычного качества марки Регуляр Евро-92
Наименование показателя	Значение	Метод испытания11
1	2	3
Октановое число, не менее: - по исследовательскому методу2’	92	По ГОСТ 8226 или приложению А [20]
- по моторному методу2'	83	По ГОСТ 511 или приложению А
Концентрация свинца, мг/дм3, не более	5	[191 По приложению А [1]
Плотность при 15°С2’, кг/м3	720-775	По ГОСТ Р 51069 или приложению
Концентрация серы2’, мг/кг, не более	150	А [18, 14] По приложению А [17, 12, 18]
Устойчивость к окислению, мин, не менее	360	По приложению А [11 ]
Концентрация смол, промытых растворителем2’, мг на 100 см3 .бензина, не более	5	По ГОСТ 1567 или приложению А [Ю]
Коррозия медной пластинки (3 ч	Класс 1	По ГОСТ 6321 или приложению А
при 50°С), единицы по шкале		[4]
4.3. Требования к качеству бензинов
229
Продолжение табл. 4.30
1	2	3
Внешний вид Объемная доля углеводородов, %, не более: - олефиновых - ароматических Объемная доля бензола2’, %, не более Массовая доля кислорода2’, %, не более Объемная доля оксигенатов 2), ”, %, не более: -	метанола6’ -	этанола71 -	изопропилового спирт а -	изобут илового спирт а -	трет бут илового спирта -	эфиров (С5 и выше) -	других оксигенатов8’	Прозрачный и светлый 21,0 42,0 1,0 2,7 3 5 10 10 7 15 10	Визуальная проверка По приложению А [21] с учетом 3), 4), 5) По ГОСТ 29040 или приложению А [13, 2] По приложению А [3, 16] По приложению А [3, 16]
° См. пункт 6.2.
2) См. пункт 6.3.
” Объемную долю оксигенатных соединений определяют по методу, приведенному в приложении А [21], пункт 13.2.
4) Если в испытуемом образце содержится этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ), зону ароматических углеводородов определяют по розово-коричневому кольцу, при отсутствии ЭТБЭ используют зону ниже красного кольца. Наличие или отсутствие ЭТБЭ может быть определено но методу, приведенному в ”.
” Используют метод, приведенный в приложении А [21], без факультативного этапа депентанизации. Пункты 6.1; 10.1 и 14.1.1 метода не используют.
61 Должны быть добавлены стабилизирующие агенты.
7’ Могут быть добавлены стабилизирующие агенты.
81 Другие моноспирты и эфиры с температурой конца кипения не выше указанной в таблице 4.31.
Красители и вещества метки
Допускается использовать красители и вещества - метки.
Присадки
Для улучшения эксплуатационных качеств бензинов допускается использовать присадки, не оказывающие побочных вредных воздействий.
Фосфор
Для защиты каталитических систем нейтрализаторов отработавших газов транспортных средств не допускается добавлять в бензин соединения, содержащие фосфор.
Кислотность
С целью ограничения кислотности бензина кислотность этанола, используемого в качестве продукта, применяемого при компаундировании, не должна превышать 0,007 % (по массе) в пересчете на уксусную кислоту' по методу, приведенному в приложении А [22].
Классы испаряемости
Таблица 4.31
Наименование показателя	Значение для класса						Метод испытания”
	А	в	СиС1	D и D1	ЕиЕ1	F и F1	
Давление насыщенных паров (ДНП), кПа: нс менее	45,0	45,0	50,0	60,0	65,0	70,0	По приложению
нс более	60,0	70,0	80,0	90,0	95,0	100,0	Л[15]
Фракционный состав”: Объемная доля испарившегося бензина, %, при температуре: 70°С (И70)	20,0-48,0	20,0-48,0	22,0-50,0	22,0-50,0	22,0-50,0	22,0-50	По ГОСТ 2177
100°С (HI00)	46,0-71,0	46,0-71,0	46,0-71,0	46.0-71,0	46,0-71.0	46,0-71	(метод А) или
150°С(П150), не менее	75,0	75,0	75,0	75,0	75,0	75,0	приложению А
конец кипения, °C, не выше	210	210	210	210	210	210	[7]
остаток в колбе, % (по объему), нс более	2	2	2	2	2	2	
Максимальный индекс паровой	Л	В	С1	D1	Е1	F1	
пробки” (ИПП) ИПП=10ДНП+7(И70)	-		1050	1150	1200	1250	
Гпава 4. Бензины
"См. пункт6.2.
’’Для бензинов классов Л, В, С, D, Е, F индекс паровой пробки нс нормируется. ’’См. пункт 6.3.
4.3. Требования к качеству бензинов
231
Требования, определяемые климатическими условиями, и методы испытаний
Требования к эмульгируемости
Поставщики должны обеспечивать устойчивость эмульсии бензина с абсорбированной водой во всех климатических зонах. При возникновении опасности выделения воды в бензин следует вводить антикоррозионные присадки.
Требования к испаряемости
Стандарт предусматривает производство 10 классов бензинов по испаряемости. Предельные значения характеристик испаряемости приведены в таблице 4.31. Диаграмма определения классов испаряемости бензинов та же, что и на рис. 4.1.
Рекомендации по сезонному применению бензинов различных классов в Российской Федерации приведены в Приложении Б оригинала ГОСТа Р 51866-2002.
Приложение А
к ГОСТ Р 51866-2002 на методы испытаний бензинов
[1]	EN 237-96 Жидкие нефтепродукты. Определение малых концентраций свинца методом атомно-адсорбционной спектрометрии
[2]	EN 238-96 Жидкие нефтепродукты. Определение содержания бензола методом инфракрасной спектрометрии
[3]	EN 1601-97 Жидкие нефтепродукты. Бензин неэтилированный. Определение органических кислородсодержащих соединений и общего содержания кислорода методом газовой хроматографии (О—F1D)
[4]	EN ИСО 2160-98 Нефтепродукты. Метод определения коррозионного воздействия на медную пластинку
[5]	EN ИСО 3170-88 Нефтепродукты жидкие. Ручные методы отбора проб
[6]	EN ИСО 3171-88 Нефтепродукты жидкие. Автоматический отбор проб из трубопровода
[7]	EN ИСО 3405-2001 Нефтепродукты. Метод определения фракционного состава
[8]	EN ИСО 3675-98 Нефть сырая и нефтепродукты жидкие. Определение плотности и относительной плотности ареометром
[9]	EN ИСО 4259-92 Нефтепродукты. Определение и применение показателей точности методов испытаний
[10]	EN ИСО 6246-98 Нефтепродукты. Определение содержания смол в легких и средних дистиллятных топливах. Метод испарения в струе воздуха
[11]	EN ИСО 7536-95 Бензин. Определения окислительной стабильности. Метод индукционного периода
[12]	EN ИСО 8754-95 Нефтепродукты. Определение содержания серы энергодисперсионным рентгено-флуоресцентным методом
[13]	EN ИСО 12177-98 Жидкие нефтепродукты. Бензин. Определение содержания бензола газохроматографическим методом
[14]	EN ИСО 12185-96 Нефть сырая и нефтепродукты. Определение плотности оснилля-ционным методом в У-образной трубке
[15]	EN 13016-1-2001 Жидкие нефтепродукты. Определение давления насыщенных паров. Часть I: Определение давления насыщенных воздухом паров (ASVP)
[16]	EN 13132-2001 Жидкие нефтепродукты. Бензин неэтилированный. Определение кислородсодержащих соединений и общего содержания связанного кислорода методом газовой хроматографии с использованием переключающихся колонок
Глава 4. Бензины
232
[17]	EN ИСО 14596-98 Нефтепродукты. Определение содержания серы дисперсионным длинноволновым рентгено-флюоресцентным методом
[18]	EN 24260-94 Нефтепродукты и углеводороды. Определение содержания серы методом сжигания по Викбольду
[19]	EN 25163-93 (ИСО 5163-90) Моторные и авиационные топлива. Определение антидетонационных характеристик. Моторный метод
[20]	EN 25164-93 (ИСО 5164-90) Моторные топлива. Определение антидетонационных характеристик. Исследовательский метод
[21]	ASTM Д 1319-95 Нефтепродукты жидкие. Определение типов углеводородов методом абсорбации с флуоресцентным индикатором
[22]	ASTM Д 1613-91 Растворители летучие и сырье для химической промышленности. Определение кислотности методом титрования
4.3.7. Бензин автомобильный неэтилированный по ГОСТ 2084-77
Стандарт определял требования к качеству пяти марок автомобильных бензинов: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93, АИ-95.
В соответствии с Постановлением Госстандарта с 01.01.2003 отменяется на территории Российской Федерации действие ГОСТа 2084-77 и прекращается выпуск всех марок бензина за исключением бензина марки А-76 неэтилированного (табл. 4.32). На остальные марки бензинов ГОСТ 2084-77 действует на территории всех государств СНГ.
Таблш1а 4.32
Требования к качеству бензина А-76 неэтилнрованного
Показатели качества	Марка бензина
	А-76 неэтил.
1	2
Детонационная стойкость: октановое число, не менее:	
моторный метод	76
исследовательский метод	не нормируется
Массовое содержание свинца, г/дм3, не более	0,013
Фракционный состав: температура начала перегонки бензина, °C, не ниже:	
летнего	35
зимнего	не нормируется
10% бензина перегоняется при температуре, °C, не выше:	
летнего	70
зимнего	55
50% перегоняется при температуре, °C, не выше:	
летнего	115
зимнего	100
90% перегоняется при температуре, °C, не выше:	
летнего	180
зимнего	160
Конец кипения, °C, не выше:	
летнего	195
зимнего	185
4.3. Требования к качеству бензинов
---------------- 233
Продолжение табл. 4.32
1	2
Остаток в колбе, %, не более Остаток и потери, %, не более Давление насыщенных паров бензина, кПа: летнего, не более зимнего Кислотность, мгКОН/ЮО см3, не более Содержание фактических смол, мг/100 см3, не более на месте производства на месте потребления Индукц. период на месте производства, мин., не менее Массовая доля серы, %, не более Цвет	1,5 4,0 66,7 66,7-93,3 1,0 5,0 10,0 1200 0,10
Примечания
1.	для бензина предусматривается: испытание на медной пластинке - выдерживает; содержание водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей - отсутствие, определение плотности при 20 °C - не нормируется, но определение обязательно;
2.	допускается вырабатывать бензин, предназначенный для применения в южных районах, со следующими показателями по фракционному состав}':
10 % перегоняется при температуре не выше 75 °C;
50 % перегоняется при температуре не выше 120 °C;
3.	для бензинов, изготовленных с применением компонентов каталитического риформинга, допускается температура конца кипения не выше 205 °C - для летнего и не выше 195 °C - для зимнего.
Глава 5. Дизельное топливо
234
Глава 5. Дизельное топливо
5.1. Компонентный состав
Дизельное топливо получают смешением керосино-газойлевых фракций различных технологических процессов переработки нефти и газовых конденсатов, предварительно очищенных от нежелательных примесей.
Требуемый уровень качества товарных марок дизельного топлива достигается путем подбора соответствующих фракций и введения присадок, улучшающих отдельные эксплуатационные свойства топлива.
Основными технологическими процессами получения дизельных топлив заданного качества являются прямая перегонка нефти, каталитический крекинг прямогонного вакуумного дистиллята, гидроочистка и депарафинизация.
Газойлевый дистиллят прямой перегонки нефти (фракция 230-380 °C в смеси с частью керосинового дистиллята) является основой (до 90 %) товарного дизельного топлива.
Легкий газойль каталитического крекинга - ЛГКК (фракция 195-350 °C) является вторым основным компонентом дизельного топлива.
Газойлевый дистиллят прямой перегонки нефти, керосино-газойлевые фракции и их смеси с ЛГКК подвергают гидроочистке для удаления нежелательных примесей.
Гидроочистка — процесс удаления гетероатомных (прежде всего, сернистых), непредельных соединений и частично полицилических аренов в среде водорода на катализаторах. Гидроочистка проводится при температуре 380-420 °C и давлении водорода 2,5-4 МПа в присутствии алюмокобальтмолибденовых (АКМ) или алюмо-никель-молибденовых (АНМ) катализаторов, гидрирующими компонентами которых являются оксиды и сульфиды никеля, кобальта, молибдена. В этих условиях соединения, содержащие серу, азот и кислород, превращаются в газообразные продукты и удаляются.
В процессе гидроочистки теряется около 5 % исходного дистиллята дизельного топлива.
Дистиллятные дизельные топлива зимних марок представляют собой облегченные керосино-газойлевые фракции, очищенные от высокоплавких парафинов методами депарафинизации.
Карбамидная депарафинизация дизельного топлива и его компонентов проводится с целью удаления значительной части н-парафинов, имеющих высокие температуры плавления. При карбамидной депарафинизации топливо смешивают со спиртовым насыщенным раствором карбамида. Карбамид - сильно ассоциированное соединение из-за образования межмолекулярных водородных связей:
W,	Н О
I	I II
NH,-C = O...H-N-C-NH,
5.1. Компонентный состав
235
При взаимодействии с парафинами он образует комплекс, который при охлаждении до 25-35 °C выделяется в виде твердой фазы. Депарафинизированное топливо отбирается из верхней части отстойника, а смесь комплекса с раствором карбамида направляется в специальный отстойник, где при температуре 70-75 °C происходит разделение смеси на свободные парафины и насыщенный раствор карбамида, который снова используется для депарафинизации.
Количество удаленного парафина зависит от расхода карбамида:
Содержание н-парафинов в дизельном топливе, % мае.	Расход карбамида, % от топлива	Температура, °C	
		помутнения	застывания
13,3	0	-5	-15
(исходное топливо)			
8.7	20	-22	-29
4,1	40	-39	-43
Дизельные топлива карбамидной депарафинизации имеют более высокие температуры помутнения, чем прямогонные зимние топлива облегченного фракционного состава.
Депарафинизация дизельных фракций на цеолитах проводится с цепью более глубокой очистки топлива от высокоплавких углеводородов. В процессе “Парекс” применяют синтетические цеолиты типа 5А, с порами диаметром 5 • Ю'4мкм, через которые молекулы н-парафинов проходят во внутренние полости цеолита и задерживаются. Молекулы других углеводородов, диаметры которых больше 5  10'4 мкм, не могут проходить через поры цеолита и остаются в рафинате.
Адсорбция н-парафинов протекает в паровой фазе при температуре 400 °C и давлении 0,5-1,0 МПа. Исходное сырье - прямогонная фракция (200-320 °C), подвергнутая предварительной глубокой гидроочистке для удаления поверхностно-активных гетеросоединений, смешивается с газом-носителем (водород или водородсодержащий газ), нагревается в теплообменнике и проходит через адсорбционный блок, заполненный цеолитом.
Десорбция н-парафинов осуществляется при помощи нагретых паров аммиака.
Полученный по методу “Парекс” рафинат характеризуется низкой концентрацией парафина, что обеспечивает значительное снижение температур помутнения и застывания:
Показатель	Сырье	Рафинат	н-парафины
Плотность при 20°С, кг/м3 Температура, °C:	819	834	773
помхтнения	-16	-49	+4
застывания	-22	-60	+3
Содержание:			
н-парафинов, % (мае.)	27,4	2,8	98,7
ароматических углеводородов, % (об.)	14,6	18,5	1,0
непредельных, % (об.)	2,1	1,8	0,8
Глава 5. Дизельное топливо
236
Групповой углеводородный состав прямогонных дизельных топлив, полученных из нефтей различных месторождений существенно различается (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Групповой углеводородный состав прямогонных дизельных фракций 200-350°С западно-сибирских нефтей
Показатель	Нефть				
	Русская	Ванье-ганская	Усть-балыкская	Самотлорская	Муравлен-ковская
Выход на нефть, % (мае.)	28,0	20,6	23,5	27,6	28,0
Содержание серы, %	0,19	0,29	0,59	0,57	0,18
Углеводородный состав, % (мае.):					
Парафиновые:	5,9	7,0	44,5	39,0	42,0
нормального строения	0	0	5,5	18.0	-
изостроения	5,9	7,0	39.5	21.0	-
Нафтеновые:	66,8	57,0	29,0	31,8	33,0
моноциклические	7.2	11,4	13,5	12,1	14.3
бициклические	20,0	23,0	9,8	10,3	10,4
Трициклические	26,3	15,7	3,8	5,0	4,8
тетрациклические и выше	13.1	6,9	1.9	4,4	3,5
Ароматические:	27,3	36	26,5	29,2	25,0
моноциклические	26.0	25,8	-	19,9	16,3
бициклические	1,3	8,4	-	7,7	7,2
трициклические	-	0,9	-	1,6	0,6
производные тиофена	-	0,9	-	-	0,9
Легкий газойль каталитического крекинга значительно отличается по групповому углеводородному составу от прямогонных дизельных топлив высоким содержанием ароматических и непредельных углеводородов (табл. 5.2).
Таблица 5.2
Углеводородный состав легкого газойля каталитического крекинга (ЛГКК)
Показатель	Образцы ЛГКК			
	Новоярославский НПЗ	Московский НПЗ		Бургасский НПЗ (Болгария)
		Образец 1	Образец 2	
Плотность при 20°С, кг/м3	899	917	938	-
Содержание серы, % (мае.)	1,23	0,72	0,34	-
Углеводородный состав, % (мае.): парафино-нафтеновые	55,2	21,6	5,1	20,9
ароматические	37,8	72,4	88,8	61.5
непредельные	7,0	6,0	6,1	17,6
5.2. Присадки
237
5.2. Присадки
Присадки, повышающие цетановое число
В России применяют изопропилнитратСН3-СН(СН3)ОКО, и циклогексилнитрат C6HnNO3 (табл. 5.3).
Таблица 5.3
Характеристика активаторов воспламенения дизельных топлив
Показатели	Изопропилнитрат	Циклогексилнитрат
Внешний вид	Бесцветная прозрачная жидкость	
20 Относительная плотность, р4	1,043	1,104
Температура кипения, °C	102 (при 101,4 кПа)	72 (при 2,67 кПа)
Температура застывания, °C	-78	-60
Давление насыщенных паров, кПа		
при 20°С	4,13	0,27
при 50°С	16,0	1,33
Теплота испарения, кДж/моль	36,3	38,9
Растворимость воды при 20°С, % масс.	0,12	0,09
Температура вспышки в закрытом тигле, °C	11	60
Циклогексилнитрат эффективнее изоиропилнитрата. При добавлении 0,5 % масс, изопропилнитрата к прямогонному дизельному топливу его цетановое число увеличивается на 5, а при добавлении такого же количества циклогексилнитрата - на 11 ед. Добавление 1,5-2 % масс, циклогексилнитрата к этилированному автомобильному бензину позволяет использовать его как топливо для быстроходных дизелей.
Механизм действия присадок, повышающих цетановое число дизельных топлив, заключается в ускорении предпламенных реакций, способствовании разветвлению окислительных цепей и образованию новых реакционных центров:
RONO, -> RO»+NO2
RH+NO, R»+HNO2HNO1 -
+о,
-> ноо»+ко2
-э HO»+NO
Радикалы НОО содействуют накоплению пероксидов, радикалы НО- способствуют развитию цепей окисления, а радикалы NO2h NO принимают участие в возникновении дополнительных центров высокотемпературного воспламенения:
Глава 5. Дизепьное топпиво
238
N0 + 02 —»N02+6*N0, —»N0 + 6*
Эффективность присадок зависит от химического состава топлива. Цетановое число прямогонных дизельных топлив повышается в большей степени, чем топлив, содержащих продукты вторичных процессов. Чувствительность топлив к присадкам уменьшается с повышением содержания ароматических и непредельных углеводородов. Первые порции присадки повышают цетановое число значительнее, чем последующие. Поэтому добавление присадок к топливам в количестве более 2 % нецелесообразно.
Kerobrisol EHN (BASF Akticnge sselschaft). По химическому составу - 2-этилгексилнитрат. Жидкость от бесцветной до желтоватого цвета, плотность при 20 °C 0,962 г/см3, вязкость 1,78 мм2/с, температура разложения 130 °C, температура самовоспламенения 130°С. Дозировка присадки составляет 200-2000 мг/кг в зависимости от химического состава топлива и требуемого ЦЧ.
Парадин 668. Представляет собой смесь нитрованных алкилспиртов. Добавление в топливо 0,06-0,20 % масс, увеличивает цетановое число от 1 до 5 ед. в зависимости от состава исходного топлива. Светло-желтая прозрачная жидкость с плотностью при 15 °C 967,7 кг/м3. Температура вспышки выше 65 °C, температура застывания - 50 °C. Температура разложения ПО °C.
Присадки LZ 8090 или ADX 743. Представляют собой 2-этилгексилнитраты. Добавление 125 ppm масс, в топливо увеличивает ЦЧ на единицу. Уровни вовлечения присадок зависят от приемистости базового топлива и требуемой степени увеличения цетанового числа. Присадки вводят в композиции некоторых многофункциональных пакетов присадок, например:
LZ 8038 А: 530 ppm масс, содержат 200 ppm присадки
ADX 3851: 500 ppm масс, содержат 300 ppm присадки.
Добавление повышающей цетановое число присадки в топливо в процессе его производства на НПЗ становится все более распространенной практикой в свете повышенных требований к качеству топлив спецификации EN 590.
Присадки, улучшающие низкотемпературные свойства
Присадки снижают температуру застывания, понижают предельную температуру фильтруемости, предотвращают осаждение парафинов при низкой температуре, либо оказывают комплексное воздействие на указанные характеристики.
Депрессорные присадки позволяют снизить температуру застывания на 15-25 °C предельную температуру фильтруемости на 15-20 °C. Механизм действия депрессорных присадок зависит от их химического строения и состава нефтяных дистиллятов. Основное направление их действия состоит в модификации структуры кристаллизующихся парафинов и предотвращении агломерации кристаллов -уменьшении их размеров и роста.
Основу присадок составляют различные композиции полимерных соединений непредельных углеводородов простых и сложных эфиров.
Депрессорные присадки, как правило, не влияют на температуру помутнения, но значительно понижают температуру застывания и предельную температуру
5.2. Присадки
239
[фильтруемости дизельного топлива.
При длительном хранении дизельных топлив с депрессорными присадками при температуре ниже температуры помутнения в топливе может образоваться осадок [кристаллов парафина. При нагревании топлив выше температуры помутнения эти кристаллы могут не раствориться. Поэтому топливо с депрессорной присадкой рекомендуется хранить в заглубленных резервуарах, где температура не снижается ниже температуры помутнения топлива.
Наиболее применяемые марки депрессорных присадок зарубежных фирм.
Фирма Clariont Gmbh поставляет на рынок присадки Dodiflow для снижения температуры застывания и предельной температуры фильтруемости и Dodiwax для подавления низкотемпературного осаждения парафинов.
Dodiflow 4134, 4271, 4971 - присадки, улучшающие низкотемпературные свойства как летних, так и зимних дизельных топлив. Эффективны в средних дистиллятах с узким фракционным составом конец кипения 250 °C, а также для широких фракций конец кипения - ниже 380 °C. Присадки могут вводится в газойли в неразбавленном виде при температуре 30 °C. При более низких температурах присадки предварительно разбавляют с нафта (1:1) или керосином (1:3). В средний дистиллят присадки вводят при температуре на 10 °C выше температуры помутнения. Для достижения требуемой температуры застывания и предельной температуры фильтруемости добавляют 25-400 г/т. Можно добавлять и до 1000 г присадки на 1 т. топлива и выше в зависимости от характеристик обрабатываемого топлива. По составу присадки представляют собой полимерные композиции в высококипящих углеводородах.
Dodiflow 4603 - присадка снижает температуру застывания, предельную температуру фильтруемости и улучшает диспергируемость парафиновых углеводородов. Представляет собой смесь полимера этилена с виниловым эфиром и модифицированных полимеров в высококипящих углеводородах. Для достижения требуемой температуры застывания и предельной температуры фильтруемости обычно добавляют 200-500 г/т. Возможна и более высокая концентрация (1500 г/т) в зависимости от характеристик топлива и условий введения присадки.
Dodiflow 4741,4965,4851, 5057 - присадки, специально созданные для зимних дизельных топлив. Механизм лейсивия депрессорно-диспергирующей. Особенно эффективны в средних дистиллятах с узким фракционным составом, а также в широких фракциях и в высоко-кипящих дистиллятах с концом кипения выше 380 °C. Добавляются в количестве 200-500 г/т и выше в зависимости от свойств топлива.
Dodiflow 4700 - присадка для улучшения низкотемпературных свойств зимних и арктических топлив. Особенно эффективна в средних дистиллятах с узким фракционным составом с концом кипения ниже 300 °C. Представляет собой этилен-виниловые полимеры, растворенные в высококипящих углеводородах. Вводится 25-400 г/т в газойли в неразбавленном виде при температуре 20 °C, а при более низких температурах - в растворах с нафта или керосином (1:1 - 1:3).
Dodiflow 4500 -применяется в сочетании с депрессорной присадкой для предотвращения осаждения кристаллов парафинов в средних дистиллятах при их хранении ниже температуры помутнения. Уменьшает размеры кристаллов парафинов и предотвращает их агломерацию. В зависимости от типа среднего дистиллята улуч
240
Глава 5, Дизельное топливо
шает и другие его низкотемпературные характеристики - предельную температуру фильтруемости.
Keroflux ES (Зарегистрированная торговая марка BASF Aktiengesselschaft) -депрессор и диспергатор парафинов для средних дистиллятов. Представляет собой смесь производных олефинов и амидов жирных кислот в органических растворителях. Улучшает текучесть средних дистиллятов при низких температурах. Действует как модификатор кристаллов для высших н-парафинов. Предотвращает формирование когерентной решетки, состоящей из кристаллов парафинов, тем самым значительно снижает предельную температуру фильтруемости топлива. Keroflux ES 3566 действует в качестве диспергатора парафинов путем уменьшения размеров парафиновых кристаллов, а также за счет электростатического эффекта. Добавляется в средние дистилляты в количестве от 100 до 1000 г/т в зависимости от их свойств непосредственно в поток на НПЗ в неразбавленном виде, либо в виде раствора при температуре 40-50 °C.
Keroflux ES 3502 - диспергатор парафинов для средних дистиллятов. Представляет собой смесь амидов жирных кислот в органическом растворителе. Применяют вместе с обычными депрес-сорными присадками от 100 до 500 г/т. Смешивается с другими марками Keroflux в любой пропорции.
Присадки, улучшающие смазывающие свойства
Используют для восстановления смазывающих свойств мало-сернистых топлив, подвергшихся глубокой гидроочистке. Количество добавляемой присадки увеличивают по мере снижения содержания серы в топливе. Наблюдается твердая тенденция к введению присадки на НПЗ, а не в составе многофункционального пакета присадок. Смазывающие свойства современного дизельного топлива (включая EN 590 - 2000) оценивают средним диаметром пятна износа на машине трения HFRR на уровне <460 мкм. После 2005 г. это требование может быть снижено до <400 мкм, что предопределяет потенциальное увеличение содержание присадки.
Присадки компании Lubrizol наряду с улучшением смазывающих свойств улучшают антикоррозионные и другие свойства (табл. 5.4).
Таблица 5.4
Ассортимент и свойства присадок компании Lubrizol
Марка присадка	Смазывающие свойства	Антистатические свойства	Антикоррозионные свойства	Деэмульгирующие свойства
539М	-Н--Н-	Нет	4-4-	Нет
539МА	++++	Да	4-1-	Нет
539N	+++	Нет	+++	Да
539NA	+++	Да	+++	Да
В основе всех присадок находится проверенное соединение - монокислота. 9,12 Octadecadienoic acid. Влияние присадки LZ 539М на противоизносные свойства российского малосернистого зимнего дизельного топлива в зависимости от уровня вовлечения присадки показано на рис. 5.1.
5.2. Присадки
241
Рис. 5.1. Влияние количества присадки LZ 539М на смазывающие свойства дизельного топлива зимнего с содержанием серы 216 мг/кг российского производства (испытание на машине трения HFRR).
Присадка LZ 539С разработана для топлив, соответствующих требованию EN 590 по содержанию серы (<500 ppm). Обладает смазывающими, деэмульгирующими и антикоррозионными свойствами. Типичные уровни вовлечения 100-300 ppm масс, в зависимости от качества топлива.
Семейства присадок LZ 539 и ADX 4101 на основе монокислот. Защищают от износа при низких концентрациях и совместимы с моторными маслами. Имеют высокие антикоррозионные свойства. При необходимости могут включаться в состав многофункциональных пакетов присадок, например: ADX 3831 А + ADX 4101 В = ADX3891 В
Семейства присадок Dodilube 4862, Dodilube 4885 ( Clariant GmbH). Предназначены для улучшения смазывающих свойств средних дистиллятов. Представляют собой соответственно растворы высоко-молекулярных карбоновых кислот и полимера (Dodilube 4885) в высококипящих углеводородах. Присадки в топливах образуют защит-ную смазывающую пленку на поверхности металла, минимизирующую износ. Присадки разработаны для малосернистых дизельных топлив, однако, могут применяться и для других средних дистиллятов для улучшения их смазывающих свойств. Добавляются 25-250 г/т для получения требуемых смазывающих характеристик.
Kerokorr LA99 (BASF Aktiengesselsehaft). Представляет собой смесь жирных кислот и их производных в ароматических растворителях. Не содержит металлов, фосфора и серы. Применяется для ультранизко-сернистых дизельных топлив, вызывающих дополнительный износ инжекторного оборудования насосов двигателей. В дизельных топливах с содержанием серы <0,05% в соответствии с нормами EN590 путем введения Kerokorr LA99 в количестве 200-400 мл/м3 можно достичь уменьшения диаметра пятна износа на стенде HFRR до <460 мм. Присадка Kerokorr LА99 не влияет на другие характеристики дизельных топлив, такие как устойчивость к окислению, цетановое число, эмульгирующая способность, содержание НС, СО, NOx в отработавших газах.
Многофункциональные моющие пакеты присадок к дизельному топливу. Обеспечивают чистоту форсунок при работе дизеля, в результате чего сохраняется расчетный режим распиливания и сгорания топлива, снижаются выбросы, шум, улучшается топливная
16 Заказ № 2029
Глава 5. Дизельное топливо
242
экономичность. Моющие пакеты наряду с детергентами, предотвра-щающими загрязнение форсунок и других деталей камеры сгорания, содержат антиоксиданты, ингибиторы коррозии, деэмульгаторы, антигенные присадки, присадки улучшающие смазывающие свойства и процесс сгорания.
В зависимости от эффективности компонентов моющих пакетов их подразделяют по уровням качества на:
•	стандартный уровень,
•	средний (массовый),
•	высший уровень.
Одной из характеристик моющих свойств топлив разного уровня является % сохранения потока топлива (% потока топлива, остающийся при подъеме иглы форсунки).
Разделение присадок на уровни в зависимости от степени моющих свойств обеспечивает гибкий подход для заказчика - возможность подбора (улучшения) других функциональных свойств присадок.
В таблице 5.5, в качестве примера, показаны свойства моющих пакетов присадок фирмы Lubrizol серии LZ 8040.
Таблица 5.5
Базовые продукты серии LZ 8040
Свойства	Уровень качества		
	Стандартный	Средний	Высший
Обозначение пакета	8041А	8042А	8043 А
Уровень легирования (мг/кг)	200	260	340
Повышение цетанового числа	Нет	Нет	Нет
Антипенные	Средний	Средний	Средний
Антикоррозионные	Стандартный	Средний	Высший
Деэмульгирующие	Да	Да	Да
Антиокислительные	Да	Нет	Да
Обозначение пакета	8044В	8045 А	8046С
Уровень легирования (мг/кг)	220	280	320
Повышение цетанового числа	+1	+1,5-2,0	+1,5-2,0
Антипенные	Средний	Средний	Средний
Антикоррозионные	Стандартный	Средний	Высший
Деэмульгирующие	Да	Да	Да
Антиокислительные	Да	Да	Да
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
5.3.1.	Требования к качеству по Европейскому стандарту EN 590-1999
Основным документом, регламентирующим требования и методы испытаний поставляемому на продажу автомобильного дизельного топлива в Европейских странах-членах CEN, является Европейский стандарт EN 590-1999 “Моторные топлива для двигателей внутреннего сгорания - Дизель - Требования и методы испытаний”. Стандарт разработан Техническим комитетом CEN/TC 19 “Нефтепродукты, смазочные материалы и другие проблемные продукты”. Членами CEN являются национальные организации по стандартизации 19 государств Австрии, Бельгии, Чешской Республики, Дании, Финляндии, Франции, Германии, Греции, Исландии, Ирландии, Италии, Люксембурга, Голландии, Норвегии, Португалии, Испании, Швейцарии, Швеции и Объединенного королевства Великобритании. Россия не является еще членом CEN, но учитывает ее требования в своих национальных стандартах.
Стандарт EN 590-1999 определяет общие технические требования и методы испытаний дизельного топлива (табл. 5.6), климатические зависимые требования и методы испытаний (табл.5.7), порядок отбора проб и др. особенности применения и испытания дизельных топлив.
В зависимости от предельной температуры фильтруемости стандарт устанавливает 6 сортов дизельного топлива для умеренного климата и пять классов топлива для арктического климата.
Таблица 5.6 Общие требования и методы испытаний
Свойства	Единицы	Пределы		Метод испытаний
		минимум	максимум	
1	2	3	4	5
Цетановое число		51,0	-	EN ISO 5165: 1998
Цетановый индекс		46,0	-	EN ISO 4264
Плотность при 15°С	кг/м3	820	845	EN ISO 3675: 1998 ENISO 12185
Полициклические ароматические углеводороды	% (m/m)	-	11	IP 391: 1995
Содержание серы	мг/кг	-	350	EN ISO 14596: 1998 EN ISO 8754: 1995 EN 24260: 1994
Температура вспышки	°C	выше 55	-	EN 22719
Коксуемость (10% остаток)	% (m/m)	-	0,30	EN ISO 10370
Зольность	% (m/m)	-	0,01	EN ISO 6245
Глава 5. Дизельное топливо
44
Продолжение табл. 5.6
1	2	3	4	5
Содержание воды	мг/кг	-	200	prENISO 12937: 1996
Осадок	мг/кг	-	24	EN 12662
Коррозия медной пластинки	рейтинг	кла	сс 1	EN ISO 2160
(3 часа при 50°С)				
Окислительная стабильность	г/м3	-	25	ENISO 12205
Маслянистость, диаметр пятна	мкм	-	460	ISO 12156-1
износа (дпи 1,4) при 60°С				
Вязкость при 40°С	мм2/с	2,00	4,50	EN ISO 3104
Фракционный состав				prENISO 3405: 1998
% (V/V) перегоняется до 250°С	%(V/V)		<65	
% (V/V) перегоняется до 350°С	% (V/V)	85		
95% (V/V) перегоняется до	°C		360	
Таблица 5.7
Климатически зависимые требования и методы испытаний а - Умеренный климат
Свойство	Единицы	Пределы						Метод испытания
		Сорт А	Сорт В	Сорт С	Сорт D	Сорт Е	Сорт F	
11редельная температура фильтруемости	°C, макс	+5	0	-5	-10	-15	-20	EN 116
б - Арктический климат
Свойство	Единицы	Пределы					Метод испытания
		класс (	класс 1	класс 2	класс 3	класс 4	
Предельная температура фильтруемости	°C, макс	-20	-26	-32	-38	-44	EN 116
Температура помутнения	°C, макс	-10	-16	-22	-28	-34	EN 23015
Плотность при 15°С	кг/м3, мин	800	800	800	800	800	ENISO
	кг/м3, макс	845	845	840	840	840	3675:1998 ENISO 12185
							
Вязкость при 40°С	мм2/с, мин	1,50	1,50	1,50	1,40	1,20	EN ISO 3104
	мм2/с, макс	4,00	4,00	4,00	4,00	4,00	
Цетановое число	минимум	49,0	49,0	48,0	47,0	47,0	EN ISO 5165:1998
Цетановый индекс'	минимум	46,0	46,0	46,0	43,0	43,0	EN ISO 4264
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
245
Продолжение табл. 5.7
Свойство	Единицы	Пределы					Метод испытания
		класс 0	класс 1	класс 2	класс 3	класс 4	
Фракционный состав % (V/V) перегоняется до 180°С	% (V/V), макс	10	10	10	10	10	pr EN ISO 3405: 1998
% (V/V) перегоняется до 340°С	% (V/V), мин	95	95	95	95	95	
“ Для расчета цетанового индекса необходимо определять 10%, 50 % и 90 % (V/V) точки отгона.
5.3.2.	Требования Всемирной Хартии производителей топлива к качеству дизельного топлива
В зависимости от требований по кон тролю за выбросами отработавших газов дизельных двигателей определены четыре категории качества дизельного топлива (табл. 5.8-5.11).
КАТЕГОРИЯ 1
Рынки с минимальными требованиями по снижению токсичности отработавших газов, либо рынки, где такие требования отсутствуют. Требования основаны преимущественно на главных проблемах работы транспортного средства/двигателя.
Таблица 5.8
Свойства	Единицы измерения	Пределы	
		МИН.	макс.
Цетановое число01	-	48<2>	•»
Цетановый индекс	-	45(3)	Т
Плотность при 15°С	кг/м3	820(,,)	860
Вязкость при 40°С	мм2/сек	2,О*5»	4,5
Содержание серы	% м/м	-	0,50<«
Т95	°C	-	370
Температура вспышки	°C	55(7>	-
Коксовый остаток	% м/м	-	0,30
Предельная температура фильтруемости (CFPP)*81 или определение текучести при низких температурах (LTFT) или температура помутнения (СР)	°C		Максимальная температура должна быть равна или ниже ожидаемой самой низкой температурой среды
Содержание воды	мг/кг	-	500
Стабильность к окислению	г/м3	*	25
Испытание на медной пластинке	выдерживает	-	Класс I
Зольность	% м/м	-	0,01
Внешний вид		Прозрачный и чистый	
Смазочные свойства на лабораторном стенде для определения пятна износа (HFRR), диаметр пятна при 60°С	микрон	-	400
Глава 5. Дизельное топливо
Общие примечания для всех категорий 1,2,3,4:
•	Присадки должны быть совместимы с моторными маслами. Не допускается добавление компонентов, образующих золу;
•	Рациональное использование топлива для вспомогательных целей для снижения загрязнения (пыль, вода, другие топлива и пр.).
•	Должна быть установлена и использована соответствующая маркировка насосов.
Сноски:
(1)	Допускается соответствие как цетановому индексу, так и цетановому числу.
(2)	Минимальный предел может быть уменьшен до 45. когда температура окружающей среды ниже
-зо°с.
(3)	Минимальный предел может быть уменьшен до 42. когда температура окружающей среды ниже
-зо°с.
(4)	Минимальный предел может быть уменьшен до 800 кг/м’, когда температура окружающей среды ниже -30°С.
(5)	Минимальный предел может быть уменьшен до 1,5 мм2/с, когда температура окружающей среды ниже -30°С и до 1,3 мм’/с, когда температура окружающей среды ниже -40°С.
(6)	Предел 0,50% м/м может соответствовать 5000 ppm.
(7)	Минимальный предел может быть уменьшен до 38°С, когда температура окружающей среды ниже -30°С.
(8)	Если имеется соответствие по параметру предельной температуры фильтруемости (CFPP). то в этом случае она должна быть не более чем на 10°С ниже температуры помутнения.
Категория 2
Рынки с жесткими требованиями по снижению токсичности отработавших газов, либо с другими требованиями.
Таблица 5.9
Свойства	Единицы измерения	Пределы	
		МИН.	макс.
1	2	3	4
Цетановое число	-	53'"	-
Цетановый индекс	-	50'2’	-
Плотность при 15°С	кг/м’	820’”	850
Вязкость при 40°С	мм2/с	2,0’41	4.0
Содержание серы	% м/м	-	0,030'”
Общее содержание ароматики	% м/м	-	25
Содержание полиароматики (ди+три+)	% м/м	-	5
Т90 (°)	°C	-	340
Т95 (°)	°C	-	355
Конец кипения	°C	-	365
Температура вспышки	°C	55	
Коксовый остаток	% м/м	-	0,30
Предельная температура фильтруемости’71 или определение текучести при низких температурах (LTFT) или температура помутнения	°C		Максимальное значение должно быть равным или ниже минимально ожидаемой температуры окружающей среды
Содержание воды	мг/кг	-	200
Стойкость к окислению	г/м’	-	25
Биологическое обрастание	-	“нулевое” содержание	-
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
247
Продолжение табл. 5.9
I	2	3	4
Сложные эфиры растительного происхождения Общее кислотное число Характеристика коррозии Испытание на медной пластине Содержание золы Твердые частицы Чистота инжектора I Чистота инжектора 11 Смазывающая способность (на лабораторном стенде для определения пятна износа, диаметр пятна при 60°С)	% м/м мг КОН/г выдерживает % м/м мг/л % потери воздушного потока среднее значение отложений на плунжере % потери воздушного потока микрон	с»	л. сноски'51 0,08 Легкое ржавление или менее Класс 1 0,01 24 85 10,0 5,0 400
Сноски:
(1)	Минимальный предел .может быть уменьшен до 48, когда температура окружающей среды ниже -ЗО°С.
(2)	Минимальный предел может быть уменьшен до 45, когда температура окружающей среды ниже -ЗО°С.
(3)	Минимальный предел может быть уменьшен до 800 кг/м3, когда температура окружающей среды ниже -30°С. В целях охраны окружающей среды может быть принято минимальное значение 815 кг/м’.
(4)	Минимальный предел может быть уменьшен до 1,5 мм2/с, когда температура окружающей среды ниже -30°С и до 1,3 мм2/с, когда температура окружающей среды ниже -40°С.
(5)	Предел 0,030 % м/.м обычно соответствует 300 ppm.
(6)	Необходимо соответствие с одним из значений Т90 или Т95, (но не с обоими).
(7)	Если имеется соответствие по параметру предельной температуры фильтруемости (CFPP), то в этом случае она должна быть не более чем на 10°С ниже температуры помутнения.
(8)	Можно использовать до 5% сложных эфиров растительного происхождения (VDE), соответствующих стандарту DIN V51606 или его эквиваленту, где это разрешено согласно ранее действующим нормам. Если используются сложные эфиры растительного происхождения, рекомендуется, чтобы топливно-раздаточные колонки (ТРК) были соответственно промаркированы.
Гпава 5. Дизельное топливо
248 -
Категория 3
Рынки с дополнительными требованиями по снижению токсичности отработавших газов, либо с другими требованиями
Таблица 5.10
Свойства	Единицы измерения	Пределы	
		МИН.	макс.
I	2	3	4
Цетановое число		55"'	-
Цетановый индекс	-	52«'	-
Плотность при 15°С	кг/м3	820(31	840
Вязкость при 40°С	мм2/с	2,014’	4,0
Содержание серы	% м/м	-	0,003<”
Общее содержание ароматики	% м/м	-	15
Содержание полиароматики (ди+три+) Т90 (°	% м/м	-	2,0
Т95 (°)	Конец	°C	-	320
кипения	°C	-	340
Температура вспышки	°C	-	350
Коксовый остаток	°C	55	-
Предельная температура фильтруемости'71	% м/м	-	0,20
или определение текучести при низких	°C	-	Максимальное
температурах (LTFT) или температура		-	значение должно
помутнения (СР)			быть равным или
			ниже минимально
			ожидаемой темпе-
			ратуры окружаю-
			щей среды
Содержание воды	мг/кг	-	200
Стойкость к окислению	г/м3		25
Пенообразование	мл		100
Время исчезания пены	сек.		15
Биологическое обрастание	-	“нулевое” содержание	-
Сложные эфиры растительного происхождения	% м/м	Не or	1ределяется
Общее кислотное число	мг КОН/г		0,08
Характеристика коррозии	-	-	Легкое ржавление
			или менее
Испытание на медной пластине	выдерживает	Класс 1	-
Содержание золы	% м/м	-	0.01
Твердые частицы	мг/л	-	24
Чистота инжектора I	% потери воздушного	-	85
	потока		
Чистота инжектора II	среднее значение		10,0
	отложений на		
	плунжере % потери		
	воздушного		5,0
	потока		
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
---------------- 249
Продолжение табл. 5.10
1	2	3	4
Смазывающая способность (на лабораторном стенде для определения пятна износа, диаметр пятна при 60°С)	микрон	-	400
Сноски:
(I)	Минимальный предел может быть уменьшен до 50, когда температура окружающей среды ниже -30°С.
(2)	Минимальный предел может быть уменьшен до 47, когда температура окружающей среды ниже -30°С.
(3)	Минимальный предел может быть уменьшен до 800 кг/м’, когда температура окружающей среды ниже -30°С. В целях охраны окружающей среды может быть принято минимальное значение 815 кг/м’.
(4)	Минимальный предел может быть уменьшен до 1,5 мм2/с, когда температура окружающей среды ниже -30°С, и до 1,3 мм2/с, когда температура окружающей среды ниже -40°С.
(5)	Предел в 0,003% м/м обычно соответствует 30 ppm.
(6)	Необходимо соответствие с одним из значений Т90 или Т95 (но не с обоими).
(7)	Если имеется соответствие по параметру предельной температуры фильтруемости (CFPP), то в этом случае она должна быть не более чем на 10°С ниже температуры помутнения.
Категория 4
Рынки с дополнительными требованиями по снижению токсичности отработавших газов для использования сложных технологий доочистки от оксидов азота (NOJ и твердых частиц (РМ).
Таблица 5.11
Свойства	Единицы измерения	Пределы	
		мин.	макс.
1	2	3	4
Цетановое число		55">	-
Цетановый индекс		52(2)	-
Плотность при 15°С	кг/м’	820”'	840
Вязкость при 40°С	мм2/с	2,0(4>	4,0
Содержание серы	% м/м	-	Не содержит
Общее содержание ароматики	% м/м	-	15
Содержание полиароматики (ди+три+)	% м/м		2,0
Т90 (°)	°C	«	320
Т95 (°)	°C		340
Конец кипения	°C	я.	350
Температура вспышки	°C	55	-
Коксовый остаток	% м /м	•в	0,20
Предельная температура фильтруемости*7* или определение текучести при низких температурах (LTFT) или температура помутнения	°C		Максимальное значение должно быть равным или ниже минимально ожидаемой температуры окружающей среды
250
Глава 5. Дизельное топливо
Продолжение табл. 5.11
1	2	3	4
Содержание воды	мг/кг	-	200
Стойкость к окислению	г/м3	-	25
Пенообразование	мл	-	100
Время исчезания пены	сек.	-	
Биологическое обрастание	-	“нулевое” содержание	15
Сложные эфиры растительного происхождения	% м/м		Не определяется
Общее кислотное число	мгКОН/г		0,08
Характеристика коррозии	-	-	Легкое ржавление или менее
Испытание на медной пластине	выдерживает	Класс 1	-
Содержание золы	% м/м	-	0,01
Твердые частицы	мг/л	-	24
Чистота инжектора I	% потери воздушного потока		85
Чистота инжектора П	среднее значение отложений на плунжере % потери воздушного потока		10,0 5,0
Смазывающая способность (на лабораторном стенде для определения пятна износа, Диаметр пятна при 60°С)	микрон	-	400
Сноски:
(1)	Минимальный предел может быть уменьшен до 50, когда температура окружающей среды ниже
-зо°с.
(2)	Минимальный предел может быть уменьшен до 47, когда температура окружающей среды ниже
-зо°с.
(3)	Минимальный предел может быть уменьшен до 800 кг/м3, когда температура окружающей среды ниже -30°С, В целях охраны окружающей среды может быть принято минимальное значение 815 кг/м3.
(4)	Минимальный предел может быть уменьшен до 1,5 мм2/с, когда температура окружающей среды ниже -30°С, и до 1,3 мм2/с, когда температура окружающей среды ниже -40°С.
(5)	Максимальное значение 5-10 ppm основано на имеющихся данных по автомобилям, в которых используются современные технологии. Более точное максимальное значение будет установлено, когда появится больше информации.
(6)	Необходимо соответствие с одним из значений Т90 или Т95 (но не с обоими).
(7)	Если соответствие по параметру предельной температуры фильтруемости (CFPP), то в этом случае она должна быть не более чем на 10°С ниже температуры помутнения.
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
251
Российские стандарты
По состоянию на 1.08.2006 г. в Российской Федерации производилось 78 марок дизельного топлива для быстроходных дизелей (табл. 5.12), из которых летних марок 26, зимних 40, арктических 12.
Таблица 5.12
Ассортимент дизельных топлив Российского производства и нормативные документы по состоянию на 1.08.2006 г.
	Марки				Нормативные
 Летние	Зимние		Аркти-	Летние	документы
			ческие		
л	3 минус 35		А		ГОСТ 305-82
	3 минус 45	ДЗп ДЗп минус 25	ДАп		ТУ 38.101889-00 ТУ 38.401-58-36-01
ДТЭ дито-эл	ДИТО-ЭЗ минус 15	ДЗп минус 35 ДИТО-ЭЗп минус 15			ТУ 38.301-41-193-00 ТУ 0251-001-33683428-98
ДИТО-ЭЛп	ДИТО-ЭЗ минус 25	ДИТО-ЭЗп минус 20			
		ДИТО-ЭЗп минус 25			
дэк-л ДЭКп-Л лд	ДЭК-3	ДИТО-ЭЗп минус 30 ДЭКп-3 минус 15 ДЭКп-3 минус 25			ТУ 38.401-58-170-96 ТУ 38.001355-99
ЛДП длэч ДЛЭЧ-Л ДТО-Л	ДЗЭЧ ДЗЭЧ-В ДТО-3 минус 20	ДТО-Зп минус 30			ТУ 38.1011348-99 ТУ 0251-001-03990842-00
ДТО-Лп длэ	ДЗЭ	ДТО-Зп минус 20 ГЗп минус 35			Г/38.401-58-110-94 ТУ 51-31323949-45-99
		ГЗп минус 25			
гшл л ЛУ тдол ДЛП	ГШЗ 3 минус 15 3 минус 25 ДЗ ЗУ тдоз 3	ГЗп минус 15 ДВСп	ГША ДАЭЧ ТДОА		ТУ 38.401-58-80-94, ТУ 51-125-86 ТУ 51-28-86 ТУ 51.0158623-01-91 ТУ 38.301-1-2000 ТУ 38.401-58-152-96 ТУ 38.401-58-45-96 ТУ 38.401-58-39-92 ТУ38.401-58-77-93 ТУ 38.401-58-117-95	' ТУ 38.401-58-209-97 ТУ 38.401-58-106-94	j
Глава 5. Дизельное топливо
Продолжение табл. 5.12
лн длм л СортА Сорт В	ЗН ДЗМ	Сорт С СортО Сорт Е Сорт F ДЗ(ГДП)	ДАМ Класс 0 Класс 1 Класс 2 Класс 3 Класс 4 ДА с		ТУ 38.401-58-80-94 ТУ 38.401-58-155-96 ТУ 38.401-58-153-96 ТУ 38.401-58-296-2001 (ЕН590) ТУ 0251-110-00148636-
Л "Евро"	3 минус 35 ЕВРО	ГДП минус 35 без присадки ГДП минус 45	прис.		2000 ТУ 0251-002-48978376-99
		С присадкой			
				УФС РФС	ТУ 38.0013-55-86 ТУ 38.401-58-73-93
5.3.3. Топливо для быстроходных дизелей и газотурбинных двигателей по ГОСТ 305-82
Топливо производят компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта.
Для гидроочистки используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от нефти составляет 0,8-1,0 %, а в гидроочищенном компоненте - 0,08-0,1 %. Разрешается для повышения цетанового числа добавлять присадки изопропилнитрат и циклогексил нитрат, а для улучшения низкотемпературных свойств - депрессорные присадки.
В зависимости от условий применения выпускают три марки дизельного топлива (табл. 5.13):
Л (летнее) - цля температуры окружающего воздуха 0 °C и выше;
3 (зимнее) - для температуры окружающего воздуха минус 20 °C и выше, с температурами застывания топлива не выше минус 35 °C и минус 30 °C;
А (арктическое) - для температуры окружающего воздуха минус 50 °C и выше.
При маркировке в условное обозначение должны входить:
для топлива Л- массовая доля серы, температура вспышки и номер стандарта (например, Л-0,2-40, ГОСТ 305-82);
для топлива 3 - массовая доля серы, температура застывания и номер стандарта (например, 3-02 минус 35, ГОСТ 305-82);
для топлива Л - массовая доля серы, номер стандарта (например, А-0,4, ГОСТ 305 -82).
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
Таблица 5.13
Требования к качеству дизельного топлива для быстроходных дизельных н газотурбинных двигателей по ГОСТ 305-82
Показатели	Норма для марок		
	Л	3	А
Цетановое число, не менее Фракционный состав:	45	45	45
50% перегоняется при температуре, °C, не выше 90% перегоняется при температуре, °C, не выше	280	280	255
(конец кипения)	360	340	330
Кинематическая вязкость при 20°С, мм2/с Температура застывания, °C, не выше, для климатической зоны:	3,0-6,0	1,8-5,0	1,5-4,0
умеренной	-10	-35	-
холодной Температура помутнения, °C, не выше: для климатической зоны:		-45	-55
умеренной	-5	-25	-
холодной Температура вспышки в закрытом тигле, °C, не ниже: для тепловозных и судовых дизелей, газовых		-35	
турбин	62	40	35
для дизелей обшего назначения Массовая доля серы, %, не более в топливе:	40	35	30
вида I	0,20	0,20	0,20
вида II	0,50	0,50	0,40
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более Содержание фактических смол, мг/100 см3 топлива,	0,01	0,01	0,01
не более	40	30	30
Кислотность, мг КОН/100 см3 топилва, не более	5	5	5
Йодное число, г 1,/100 г топлива, не более	6	6	6
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более	0,2	0,3	0,3
Коэффициент фильтруемости, не более	3	3	3
Плотность при 20°С, кг/м3, не более	860	840	830
Примечание: Для топлив марок Л, 3, Л: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды - отсутствие, испытание на медной пластинке - выдерживает.
По согласованию с потребителем допускается вырабатывать и поставлять топливо марки Л и 3 (с температурой застывания минус 45 °C) с цетановым числом не менее 40. Топливо марки 3 с цетановым числом не менее 45 допускается вырабатывать по требованию потребителей с температурой застывания не выше минус 40 °C. Для дизельного топлива марки 3, получаемого из летнего с применением карбамидной депарафинизации, допускается температура помутнения не выше минус 11 °C при температуре застывания не выше минус 35 °C. Допускаются и другие отклонения от норм по согласованию с потребителем, о которых указывается в примечаниях ГОСТ 305-82.
Глава 5. Дизельное топливо
254
Дизельное топливо марок Л, 3, А высшего сорта выпускается со следующими показателями:
•	массовая доля серы, %, не более 0,2;
•	концентрация фактических смол, мг на 100 см3 топлива, не более 25;
•	йодное число, г йода на 100 г топлива, не более 5;
•	зольность, %, не более 0,008;
•	коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более: 0,20 (Л), 0,10 (3 и А)
•	коэффициент фильтруемости, не более 2 ед.
Д ля дизельных топлив из сахалинских, троицко-анастасьевской и смеси троицко-анастасьевской и казахстанских нефтей устанавливае гея норма по плотности для марки Л нс более 875 кг/м3; для марок 3 и А - не более 860 кг/м3.
Для техники, эксплуатируемой при подземных разработках и в карьерах, применяют топливо с содержанием серы не более 0,2 %.
Гарантийный срок хранения дизельного топлива - 5 лет со дня изготовления.
5.3.4.	“Топливо дизельное автомобильное по
ТУ 38.401-58-296-2001 (EN 590)”
Топливо получают из продуктов переработки нефти. Качество топлива полностью соответствует требованиям Европейского стандарта EN590 (см. 5.3.1). Технические условия предусматривают выпуск шести сортов топлива, для применения в условиях умеренного климата и пяти классов, для применения топлива в условиях арктического климата. Разрешается использовать присадки различного функционального назначения. ТУ разработано исключительно для топлив, поставляемых на экспорт.
5.3.5.	Дизельное экспортное топливо по
ТУ 38.401-58-110-94
Вырабатывают для поставки на экспорт с меньшим содержанием серы методом гидроочистки прямогонных дизельных фракций. В отличие от топлив, производимых по ГОСТ 305-82, вместо цетанового числа определяют дизельный индекс (ДИ) (см. п. 3.6.3), а вместо содержания воды и коэффициента фильтруемости экспресс-методом определяют прозрачность топлива при 10 °C (табл. 5.14).
5.3.6.	Зимнее дизельное топливо с депрессорными присадками
Марку ДЗП вырабатывают по ТУ 38.101889-90 (табл. 5.15) на базе летнего дизельного топлива с температурой помутнения минус 5 °C. Добавление к этому топливу сотых долей присадки снижает предельную температуру фильтруемости до -15°С, а температуру застывания до-30 °C. Топливо применяют в зимний период при температуре до -15 °C.
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
Таблица 5.14
Требования к качеству дизельного экспортного топлива по ТУ 38.401-58-110-94
Показатели	Норма для марок	
	длэ	дзэ
Дизельный индекс, не менее Фракционный состав: перегоняется при температуре, °C, не выше:	53	53
50%	280	280
90%	340	330
95%	360	360
Кинематическая вязкость при 20°С, мм2/с Температура, °C:	3,0-6,0	2,7-6,0
застывания, не выше	-10	-35
предельной фильтруемости, не выше	-5	-25
вспышки в закрытом тигле, не ниже Массовая доля серы, %, не более, в топливе:	65	60
вида I	0,2	0,2
вида II	0,3	-
Испытание на медной пластинке	выдерживает	
Кислотность, мгКОН/ЮО см3 топлива, не более	3,0	3,0
Зольность, %, не более	0,01	0,01
Коксуемость 10% остатка, %, не более	0,2	0,2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0
Содержание механических примесей	отсутствие	
Прозрачность при температуре 10°С	прозрачно	
Плотность при 20°С, кг/м3, не более	860	845
Таблица 5.15
Требования к качеству зимних дизельных топлив с депрессорными присадками
Показатели	Норма для марок			
	Дзп	ДЗп-25	Д3п-35	ДАП
	ТУ 38.101889-00	ТУЗ	8.401-58-1	36-01
1	2	3	4	5
Цетановое число, не менее	45	45	45	40
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °C, не выше 50%	280	280	280	280
90% (конец перегонки)	360	360	360	360
Кинематическая вязкость для дизелей общего назначения при 20°С, мм2/с	3,0-6,0	1,8-6,0	1,5-5,0	1,5-5,0
Температура, °C, не выше: застывания	-25	-35	-45	-55
помутнения	-5	-15	-25	-35
Предельная температура фильтруемости, °C, не выше	-15	-25	-35	-45
Температура вспышки в закрытом тигле, °C, не ниже: для дизелей общего назначения	40	35	35	30
Глава 5. Дизельное топливо
256
Продолжение табл. 5.15
1	2	3	4	5
для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин		40	35	35
Массовая доля серы, %, нс более, в топливе: вида!	0,035	0,05	0,05	0,05
вида II	0,05	0,1	0,1	0,1
вида III	0,1	0,2	0,2	0,2
вида IV	0,2	0,5	0,5	0.5
вида V	0,5	-	-	-
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01	0,01	0,01
Концентрация фактических смол, мг/100 см’ топлива, не более	-	-	-	-
Кислотность, мгКОН/ЮО см’ топлива, не более	5,0	5	5	5
Йодное число, г 12/100 г топлива, не более	6,0	5	5	5
Зольность, %, нс более	0,01	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10% остатка, %, не более	0,3	0,2	0,2	0,2
Коэффициент фильтруемости, не более	3,0	3,0	3,0	3,0
Плотность при 15°С, кг/м’, не более	863	863	843	843
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0	2,0
Примечание: Для топлив всех марок: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды - отсутствие; испытание на медной пластинке - выдерживают.
Марки ДЗп-25, Д3п-35, ДАП вырабатываются по ТУ 38.401-58-36-01 на основе базовых дизельных топлив с температурой помутнения соответственно -15, -25 и -35. После добавлении депрессорной присадки получают товарное зимнее и арктическое дизельное топлива с предельными температурами фильтруемости -35 °C и -45 °C.
5.3.7.	Экологически чистое дизельное топливо по ТУ 38.1011348-99
Экологически чистые топлива вырабатывают по нескольким стандартам гидроочисткой дистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов.
Экологически чистое дизельное топливо по ТУ 38.1011348-99:
ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ - летние марки.
ДЗЭЧ-В и ДЗЭЧ - зимние марки
Содержание серы:
вид I - до 0,035 %
видII-до 0,05 %
вид III-по 0,1 %.
В топливе ДЛЭЧ-В ограничено содержание ароматических углеводородов до 20 %, а в ДЗЭЧ-В - до 10 % (табл. 5.16).
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
Таблица 5.16
Требования к качеству экологически чистого дизельного топлива по ТУ 38.1011348-99
Показатели	Норма для марок			
	ДЛЭЧ-В	ДЛЭЧ	дзэч-в	дзэч
Цетановое число, не менее	49	45	45	45
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °C, не выше: 50%	280	280	280	280
96% (конец кипения)	360	360	340	340
Кинематическая вязкость при 20°С, мм2/с	3,0-6,0	3,0-6,0	1,8-5,0	1,8-5,0
Температура застывания для умеренной климатической зоны, °C, не выше	-10	-10	-35	-35
Предельная температура фильтруемости, °C, не выше	-5	-5	-25	-25
Температура вспышки в закрытом тигле, °C, не ниже: для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин	62	62	40	40
для дизелей общего назначения	40	40	35	35
Массовая доля серы, %, не более, в топливе: вида I	0,035	0,035	0,035	0,035
вида II	0,05	0,05	0,05	0,05
вида III	0,1	0,1	0,1	0,1
Испытание на медной пластинке Кислотность, мгКОН/ЮО с.м’ топлива, не более Зольность, %, не более	5,0 0,01	выдер 5,0 0,01	кивает 5,0 0,01	0,01
Коксуемость 10% остатка, %, не более	0,2	0,2	0,2	0,2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0	2,0
Содержание механических примесей и воды Плотность при 20°С, кг/м’, не более	860	отсутст 860	вует 840	840
при 15°С, кг/м’ Содержание ароматических углеводородов, %, не более	20	-	10	-
5.3.8.	Дизельное топливо с улучшенными экологическими характеристиками (городское) по ТУ 38.401-58-170-96
Выпускают пять марок (табл. 5.17). Топливо предназначено для использования в г. Москве. Улучшают экологические свойства по сравнению с экологически чистым топливом добавлением присадок:
летом — антидымной:
зимой - антидымной и депрессорной.
В качестве антидымных присадок применяют отечественную “ЭФАП-Б” и зарубежную - “Лубризол 8288”, активным веществом в которых являются соединения бария.
В качестве депрессорных присадок применяются сополимеры этилена с винилацетатом.
17 Заказ № 2029
Глава 5. Дизельное топливо
258
Таблица 5.17
Требования к качеству дизельного топлива с улучшенными экологическими свойствами (городского) по ТУ 38.401-58-170-96
Показатели	Нормы для марок				
	ДЭК-Л	ДЭК-3	ДЭКП-Л	дэкп-з -15°С	дэкп-з -20°С
Цетановое число, не менее	49	45	49	45	45
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °C, не выше: 50%	280	280	280	280	280
96% (конец перегонки)	360	340	360	360	360
Кинематическая вязкость при 20°С, мм2/с	3,0-6,0	1,8-5,0	3,0-6,0	1,8-6,0	1,8-6,0
Температура застывания, °C, не выше	-10	-35	-10	-25	-35
Предельная температура фильтруемости, °C, не выше	-5	-25	-5	-15	-25
Температура вспышки в закрытом тигле, °C, не ниже: для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин	62	40	62	40	40
для дизелей общего назначения	40	35	40	35	35
Массовая доля серы, %, не более, в топливе: вида I	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
вила II	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
Кислотность, мгКОН/ЮО см3 топлива, не более	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Йодное число, г 1/100 г топлива, не более	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,04	0,04	0,04
Коэффициент фильтруемости (до введения присадки в топливо), не более	2	2	2	2	2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2	2	2	2	2
Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Плотность при 20°С, кг/м3, не более	860	860	860	860	860
Примечание: Для дизельного топлива всех марок: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды - отсутствие; испытание на медной пластинке - выдерживает.
5.3.9.	Дизельное топливо из газовых конденсатов
Разработано и допущено к применению в районах газовых месторождений Средней Азии, Западной Сибири и Крайнего Севера без ограничений газоконденсатное широкофракционное топливо для быстроходных дизелей: летнее (ГШЛ), зимнее (ГШЗ) и арктическое (ГША) (табл. 5.18).
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
259
Таблица 5.18
Требования к качеству дизельного топлива из газовых конденсатов
Показатели	Фракции газоконден-сатного топлива (ФГД)	Широкофракционное газоконденсатное топливо		
		Летнее (ГШЛ)	Зимнее (ГШЗ)	Арктическое (ГША)
	ТУ 51-274-86	ТУ 51-125-86	ТУ 51-28-86	ТУ 51-03-16-89
Цетановое число, не .менее	35	42	40	40
Фракционный состав: начало кипения, °C, не ниже	ПО	90	-	
перегоняется при температуре, °C: 10%, не ниже		120	120	120
50%, не выше	250	260	260	260
96%, не выше	330	360	340	340
Вязкость кинематическая при 20°С, мм2/с, не менее	1,20	2,0	1,45	1,45
Температура застывания, °C, не выше, для климатической зоны: умеренной		-15	-35	
холодной	-55	-	-45	-55
Температура помутнения, °C, не выше, для климатической зоны: умеренной		-5	-25	
холодной	-	*	-35	-
Массовая доля серы, %, не более:	0,2	0,2	0,2	0,2
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более		0,01	0,01	0,01
Содержание фактических смол, мг на 100 см’ топлива без присадки, не более	30	40	30	30
Коксуемость 10%-ного остатка без присадки, %, не более		0,30	0,2	0,2
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01	0,01
Коэффициент фильтруемости, не более	-	3	3	3
Плотность при 20°С, кг/м’, не более	840	840	840	840
Температура вспышки, определяяемая в закрытом тигле, °C, не ниже	30	15	12	15
Примечание: Содержание сероводородов, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесе и воды в топливе -- отсутствие; испытание на медной пластинке - выдерживает.
Глава 5. Дизельное топливо
260
Газоконденсатные топлива по сравнению с дизельными топливами по ГОСТ 305-82 имеют ряд преимуществ:
•	лучшая испаряемость при низких температурах;
•	высокая скорость горения и стабильность периода задержки воспламенения;
•	высокая полнота сгорания и меньшая дымность отработавших газов;
•	меньшие индикаторные и эффективные расходы топлива;
•	пониженный износ узлов деталей цилиндропоршневой группы двигателя.
К недостаткам газоконденсатного топлива следует отнести пониженную температуру начала кипения, результатом чего может явиться образование паровых пробок в топливной системе горячего двигателя.
Газоконденсатное топливо получают путем добавления газового конденсата в нефть с последующей переработкой смеси в дизельное топливо либо путем первичной переработки газового конденсата с получением бензина и дизельного топлива. Третий путь, наиболее экономически выгодный, состоит в непосредственном использовании газового конденсата в качестве дизельного топлива либо в смеси с товарным топливом по ГОСТ 305-82.
5.3.10.	Топливо утяжеленного и расширенного фракционного состава УФС и РФС
Топливо УФСпредназначено для применения в летний период. По сравнению с топливом по ГОСТ 305-82, имеет более высокую (на 20-30 °C) температуру конца кипения, что позволяет увеличить ресурсы топлива на 5-8 % (табл. 5.19). Наряду с этим увеличивается закоксо-вывание распылителей форсунок двигателя, повышается удельный расход топлива, увеличивается дымность и токсичность отработавших газов. Повышение удельного расхода и мощности двигателя на топливе УФС по сравнению с Л-0,5 на 1,5-2,0 % объясняется более высокой плотностью топлива УФС, что приводит к увеличению цикловой подачи и часового расхода топлива. С учетом некоторого увеличения расхода применение топлива УФС позволит расширить ресурсы летних топлив на 7 %, т.е. углубить переработку нефти на 2-2,5 %.
Топливо РФС выкипает в пределах 60-400 °C и позволяет увеличить ресурсы дизельного топлива ~ на 30 % за счет вовлечения тяжелых и бензиновых фракций. Топливо РФС состоит на 70-90 % из топлива УФС и на 10-30 % из бензиновых фракций. При сравнительных испытаниях топлива РФС и Л-0,5 различий в скорости нарастания давления и дымности отработавших газов не обнаружено.
В настоящее время топлива УФС и РФС в России не выраба-тываются. Производство их может быть организовано в случае необхо-димости значительного расширения ресурсов топлив для дизелей.
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
261
Таблица 5.19
Требования к качеству дизельного топлива расширенного фракционного состава
Показатели	Топливо РФС ТУ 38.401652-87
Цетановое число, не менее Фракционный состав: 10% перегоняется при температуре, °C, не ниже 50% перегоняется при температуре, °C, не ниже до 360°С перегоняется, %, не менее Вязкость кинематическая при 20 °C, ммг/с Температура застывания, °C, не выше Температура помутнения, °C, не выше Температура вспышки в закрытом тигле: для тепловозных, судовых дизелей и газовых турбин, °C, не ниже для дизелей общего назначения, °C, не ниже Массовая доля серы, %, не более: вида I вида II Массовая доля меркаптановой серы, %, не более Концентрация фактических смол мг на 100 см3 топлива, не более Кислотность, мгКОН на 100 см3 топлива, не более Йодное число, г йода на 100 г топлива, не более Зольность, %, не более Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более Коэффициент фильтруемости, не более Плотность при 20°С, кг/м3, не более Цвет в единицах ЦНТ, не более	45 150 280 90 3,0-6,0 -5 20 0,2 0,5 0,01 5 6 0,01 0,3 3 860 2,0
Примечание: Содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды - отсутствие; испытание на медной пластинке - выдерживает.
Глава 5, Дизельное топливо
262
Таблица 5.20
Топливо дизельное зимнее с присадкой ДЗп по ТУ 38.101889-00 Требования к качеству топлив по ТУ 38.101889-00
Наименование показателя	Норма для марки ДЗп
Цетановое число, не ниже: Фракционный состав: 50% отгон при температуре, °C, не выше 96% отгон при температуре (конец перегонки), °C, не выше Вязкость кинематическая при 20°С, мм2/с, в пределах Температура застывания, °C, Не выше Температура помутнения, °C, не выше Предельная температура фильтруемости, °C, не выше Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °C, не ниже Массовая доля серы, %, не более, в топливе: вида I вида II вида III вида IV вида V Массовая доля меркаптановой серы, %, не более Содержание сероводорода Испытание на медной пластинке Содержание водорастворимых кислот и щелочей Кислотность, мг КОН на 100 см’ топлива, не более Зольность, %, не более Коксуемость 10% остатка, %, не более Йодное число, г йода на 100 г топлива, не более Коэффициент фильтруемости, не более Содержание механических примесей и воды Цвет, единицы ЦНТ, не более Плотность, кг/м’, не более: при 20°С при 15°С	45 280 360 3,0-6,0 Минус 25 Минус 5 Минус 15 40 0,035 0,05 0,1 0,2 0,5 0,01 Отсутствие Выдерживает Отсутствие 5,0 0,01 0,30 6,0 3,0 Отсутствие 2,0 860 863
5.3. Требования к качеству дизельного топлива
263
Топливо дизельное летнее с депрессорной присадкой и без присадки ЛДп и ЛД по ТУ 38001335-99
Табтща 5.21
Требования к качеству топлив по ТУ 38.001355-99
Показатели	лд	ЛД,
	ТУ 38.0(	11355-99
Цетановое число, не менее	45	45
Фракционный состав: 10% перегоняется при температуре, °C, не ниже	-	
50% перегоняется при температуре, °C, не ниже	290	290
до 360°С перегоняется, %, не менее	90	90
Вязкость кинематическая при 20 °C, мм2/с	3,0-6,0	3,0-6,0
Температура заст ывания, °C, не выше	0	-10
Температура помутнения, °C, не выше	5	5
Температура вспышки в закрытом тигле: для тепловозных, судовых дизелей и газовых турбин, °C, не ниже		
для дизелей общего назначения, °C, не ниже	40	40
Массовая доля серы, %, не более: вида I	0,2	0,2
вида II	0,5	0,5
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,1	0,1
Концентрация фактических смол мг на 100 см’ топлива, не более Кислотность, мгКОН на 100 см’ топлива, не более	5	5
Йодное число, г йода на 100 г топлива, не более Зольность, %, не более	0,1	0,1
Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более	0,3	0,3
Коэффициент фильтруемости, не более	30	30
Плотность при 20°С, кг/м’, не более	860	860
Цвет в единицах ЦНТ, не более	2	2
Главе 6. Химмотологические процессы и эксплуатвционные свойства масел
264
ЧАСТЬ 2.
ХИММОТОЛОГИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
ГЛАВА 6.
ХИММОТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
МОТОРНЫХ МАСЕЛ
6.1.	Назначение моторного масла
Моторное масло обеспечивает:
•	гидродинамический режим трения и образование несущего масляного слоя на поверхностях сопряженных деталей при подаче масла под давлением (подшипники скольжения);
•	граничный режим трения сопряженных деталей при подаче масла разбрызгиванием (толкатели и коромысла привода клапанного механизма, гильзы цилиндров и поршневые кольца, кулачки распределительного вала, кривошипная головка шатуна и др-);
•	организованный отвод теплоты от трущихся сопряженных поверхностей и нагретых деталей (внутренняя поверхность поршня, шестерни и др.);
•	вымывание продуктов износа из зазоров между сопряженными поверхностями трущихся деталей;
•	предотвращение образования и вымывание высокотемпературных отложений в двигателе, образующихся при окислении топлива и масла;
•	защиту от коррозии металлических деталей двигателя;
•	уплотнение сопряженных деталей от вытекания масла (сальники коленчатого вала).
Эффективность системы зависит от конструкционных и эксплуатационных факторов системы смазки двигателя и физико-химических свойств моторного масла.
6.2.	Общая характеристика системы смазки двигателя
6.2.1.	Схемы смазки
В зависимости от места размещения основного запаса масла система смазки может быть с мокрым или сухим картером.
Б системах с мокрым картером (рис. 6.1) основной запас масла находится в поддоне картера и при работе двигателя масло подается к трущимся деталям масляным насосом.
6.2. Общая характеристика системы смазки двигателя
265
Рис. 6.1. Схема системы смазки с мокрым картером.
1 - фильтр грубой очистки; 2 - главная магистраль; 3 - коренные подшипники;
4 - шатунные подшипники; 5 - поршневые кольца; 6 - зеркало цилиндра;
7 - подшипники распределительного вала; 8 - фильтр тонкой очистки;
9 - масляный радиатор; 10 редукционный клапан; 11 - поддон;
12 - маслозаборник; 13 - масляный насос; 14 - перепускной клапан.
В системах с сухим картером (рис. 6.2) основной запас масла содержится в автономном масляном баке, из которого масло подается к трущимся деталям нагнетающим масляным насосом. Стекающее в поддон масло полностью удаляют откачивающим насосом в масляный бак. Такой способ исключает утечку масла через сальники коленчатого вала на крутых подъемах, спусках и кренах. Отсутствие запаса масла в зоне вращения коленчатого вала исключает забрасывание масла на стенки цилиндров, снижает эксплуатационный расход масла и повышает сохраняемость физико-химических свойств масел за счет снижения воздействия картерных газов и горячих деталей двигателя.
В основе различных масляных систем лежит одна и та же принципиальная схема смазки. Масло из поддона или автономного бака всасывается насосом через маслозаборник и нагнетается через полнопоточный фильтр в главную магистраль. Роль главной магистрали выполняют продольные каналы в блок-картере, из которых масло отводят по поперечным сверлениям к подшипникам коленчатого и распределительного
Гпаеа 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
266
Рис. 6.2. Схема системы смазки с сухим картером.
1 - фильтр грубой очистки; 2 - главная магистраль; 3 - коренные подшипники;
4 - шатунные подшипники; 5 - поршневые кольца; 6 - зеркало цилиндра;
7 - подшипники распределительного вала; 8 - фильтр тонкой очистки;
9 - масляный радиатор; 10 - автономный масляный бак; 11 - маслозаборник;
12 - всасывающий насос; 13 - нагнетательный насос; 14 - редукционный клапан;
15 - перепускной клапан.
валов и другим точкам. Подачу масло осуществляют под давлением, разбрызгиванием и комбинированным способом.
Под давлением смазывают коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала. Разбрызгиванием смазывают рабочие поверхности цилиндров, поршневые кольца, детали привода клапанного механизма, кулачки распределительного вала. Масло, вытекающее из подшипников коленчатого вала, разбрызгивается вращающимися деталями кривошипно-шатунного механизма с образованием мельчайших капель тумана. Для смазки зеркала цилиндров масло периодически впрыскивается из отверстий в кривошипных головках шатунов. Ось коромысел, узел осевой фиксации распределительного вала, распределительные шестерни смазывают пульсирующей подачей масла с использованием специальных золотниковых устройств.
Кроме основного круга циркуляции масла, системы смазки могут иметь параллельные контуры:
• неполнопоточного фильтра тонкой очистки;
6.2....Общая характеристика системы смазки двигателя .......	................-	1	........ ..... Z0/
•	масляного радиатора;
•	воздушного компрессора.
Емкость масляной системы.
Количество масла, циркулирующее в системе смазки двигателя К зависит от количества теплоты, отводимого маслом на номинальном режиме работы двигателя Q ккал/ч; плотности масла рм, кг/м3; теплоемкости масла См, ккал/кг • град.; степени нагрева масла Д/, °C:
2 можно рассчитать по эмпирической зависимости от эффективной мощности двигателя JV
QM = (20 -е- 5О)7УС, ккал/ч.
Количество теплоты, отводимое маслом, зависит от количества теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя Qt, ккал/ч.
Для автотракторных двигателей
Q. = (0,015 - 0,025)2т, ккал/ч.
Полная емкость масляной системы Ем зависит от типа и назначения машины, мощности двигателя и может быть рассчитана по эмпирической зависимости
где К — коэффициент запаса производительности насоса (Кк = 1,5 + 2) для автотракторных двигателей; - расчетный циркуляционный расход масла, л/ч; Кк -коэффициент, характеризующий кратность обмена масла в системе, для современных двигателей Кк = 3 -ь 3,2.
6.2.2.	Агрегаты и узлы смазки
Масляные насосы
Для нагнетания масла в магистрали системы смазки, как правило, используют шестеренчатые насосы.
В двигателях с мокрым картером применяют одно- или двухсекционные масляные насосы. В двухсекционных насосах большая секция обеспечивает подач} масла под давлением в главную масляную магистраль, а секция меньшего размере прокачивает масло через радиатор.
В двигателях с сухим картером применяют двух- или трехсекционные насосы имеющие одну нагнетающую и 1-2 откачивающие секции.
_	Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
ZOo .......................................... ...........................
Производительность насоса зависит от количества масла:
•	подводимого к подшипникам коленчатого вала (50-70 % всего количества масла, поступающего в главную магистраль);
•	перепускаемого через редукционный клапан насоса и фильтр тонкой очистки;
•	подводимого к распределительному валу, механизмам привода клапанов и вспомогательных агрегатов.
Подача масла должна обеспечить требуемую циркуляцию масла К, с учетом износа шестерен насоса, увеличения зазоров в подшипниках, изменения вязкости масла.
Действительная производительность насоса К
Г = (2,0 3,5) Г.
Расчетная производительность насоса К
Т]к
где - коэффициент подачи насоса, равный 0,7 *- 0,82.
Число оборотов насоса пн определяют по формуле
и. = /иу,
где / -передаточное отношение привода, равное 0,5 +1,3; nN-число оборотов ведущего вала, с1.
Производительность откачивающих секций Котк должна быть значительно больше производительности нагнетающих И так как масло, удаляемое из картера, вспененное.
Для двух откачивающих секций
V = (2,0 2,5) V .
Для одной откачивающей секции
V = (1,5-ь 2,0) Г . отк v ’	77 наг
Редукционные клапаны
Предназначены для поддержания требуемого давления в масляной магистрали в случае непредвиденного изменения расхода масла вследствие повышенного износа подшипников, повышения гидравлического сопротивления фильтров, изменения вязкости масла, температуры и др. причин.
Основной редукционный клапан предотвращает недопустимые колебания давления масла на выходе из насоса, а сливной клапан поддерживает более точное давление непосредственно у подшипников коленчатого вала. При такой схеме практически полностью исключается снижение давления в магистрали при увеличении расхода масла по мере износа подшипников.
Редукционный клапан в конце главной магистрали ускоряет достижение рабочего давления при запуске холодного двигателя, вследствие чего снижаются пусковые износы подшипников.
6.2. Общая характеристика системы смазки двигателя
269
Масляные фильтры
Предназначены для постоянной очистки масла от механических примесей, попадающих извне и в виде продуктов износа и окисления масла. Очистка масла является важнейшим фактором достижения высокой долговечности двигателя.
Первая фильтрующая ступень очистки масла от крупных частиц механических примесей обеспечивается сеткой маслоприемников.
Фильтры грубой очистки устанавливают перед главной магистралью и очищают весь поток масла, поступающего для смазки деталей двигателя. Фильтры грубой очистки могут быть пластинчато-щелевые и ленточно-щелевые и задерживают частицы размером более 60-70 мкм и 40-90 мкм соответственно.
Фильтры точкой очистки очищают масло от загрязнений размером более 0,5-1 мкм. Вследствие высокого гидравлического сопротивления фильтры устанавливают дополнительно к полнопоточному фильтру грубой очистки параллельно главной масляной магистрали. При таком включении через фильтр тонкой очистки проходит не более 10-15% масла циркулирующего в основном котуре, что не исключает попадание в зазоры трущихся деталей крупных (40-60 мкм) частиц, способных вызвать абразивный износ.
Полнопоточные центробежные фильтры тонкой очистки с гидравлическим или механическим приводом являются самым эффективным способом очистки от всех примесей размером более 0,5-1,0 мкм.
Недостатком центрифуг является резкое ухудшение фильтрации масла при понижении его температуры и повышении вязкости.
Механические примеси, содержащие железо, удаляют полнопоточными магнитосетчатыми фильтрами - комбинацией магнитных стержней с сетчатым фильтром.
Для дополнительной очистки масла, поступающего в подшипники коленчатого вала, применяют центробежные ловушки в шейках вала. Продукты износа, содержащие железо, удаляют магнитными пробками, устанавливаемыми в поддонах двигателя.
При перепаде давления на фильтрах, превышающим допустимое (0,8-1,2 кг/см2), перепускные клапаны открывают прямой проход масла в главную магистраль.
Масляный радиатор
Предназначен для принудительного охлаждения масла и поддержания нормального теплового режима двигателя.
Предельно допустимая температура подшипников скольжения /п < 80... 100 °C.
Предельно допустимая температура масла на выходе из подшипников скольжения < 105... 110 °C.
В водно-масляном радиаторе теплота передается от масла охлаждающей жидкости. В воздушно-масляном радиаторе теплота передается воздушному потоку, создаваемому вентилятором или движением машины.
Радиаторы включают в систему последовательно или параллельно основному контуру масла. В первом случае охлаждаемое масло после радиатора поступает в главную магистраль и к подшипникам коленчатого вала, во втором - перепускается в картер.
Площадь поверхности охлаждения радиатора F рассчитывают по уравнению
Глава 6. Химмотологические процессы у эксплуатационные свойства масел
теплопередачи, исходя из расчетного количества тепла Qp, отводимого маслом на номинальном режиме работы двигателя Qu. Для обеспечения установившегося теплового режима величина Qp должна быть равна количеству теплоты 2м, воспринимаемому от деталей двигателя
Q = Q-
Количество теплоты, отводимое маслом на номинальном режиме работы двигателя, зависит от количества теплоты, выделившейся при сгорании топлива 2т ккал/ч и коэффициента теплоотдачи от двигателя к маслу Км. По эмпирической зависимости
Qm = (0,015 е 0,025)<2т ккал/ч
или
Qm = (20 е 50)7/, ккал/ч.
Количество теплоты, отводимое радиатором, зависит от коэффициента теплоотдачи масла в окружающую среду Кр ккал/м1  ч • град, средней температуры масла в радиаторе /рср и площади поверхности охлаждения F:
Q=FK(t -t).
^р	р х р.ср в'
Тогда
р __ Qm _бм
где tB - температура воздуха.
Величина Кр в пределах 100-300 ккал/м2 • ч • град для радиаторов с прямыми гладкими трубками и 700-1000 ккал/м2  ч • град-для радиаторов с завихрением масла.
Величина /рср определяется как полусумма температур входящего /рвх и выходящего t из радиатора масла
.	_ ^р.ех ~*~^р.вых ор
рср 2
Температуру /рвх обычно принимают равной температуре масла, выходящего из подшипника:
t =t . Р-ВХ вых.п
Температура выходящего из радиатора масла
t = t -&t °C. р.ВЫХ р.вх р
Перепад температур масла в радиаторе должен соответствовать величине подогрева масла в двигателе
О Д/ =------------°C,
р см-кц-рм
6.2. Общая характеристика системы смазки двигателя
271
2р - количество теплоты, отводимое маслом от двигателя, ккал/ч; Си - теплоемкость масла, ккал/кг  град; Кц - циркуляционный расход масла, м3/ч; рм- плотность масла, кг/м3.
Вентиляция картера
Предназначена для удаления картерных газов, образующихся в результате прорыва продуктов сгорания, паров топлива и продуктов их взаимодействия с маслом.
Вентиляция картера снижает процесс старения масла и повышает экономичность двигателя.
Применяют открытую систему вентиляции, при которой картерные газы отводят в атмосферу и закрытую, при которой карт ерные газы отсасывают во впускную систему двигателя.
Открытая вентиляция осуществляется под действием разрежения, возникающего в вытяжной трубе вследствие относительного перемещения воздуха при движении машины. В месте забора картерных газов устанавливают маслоулавливающие устройства. Воздушные фильтры исключают попадание пыли в картер. Недостаток открытой вентиляции: низкая интенсивность и возможность попадания газов в кабину водителя.
В закрытых системах картерные газы отсасывают в воздушный очиститель до карбюратора или непосредственно во впускной трубопровод. Проход картерных газов через карбюратор вызывает осмоление его каналов, жиклеров и подвижных деталей и нарушает нормальную работу системы смесеобразования. Отвод картерных газов непосредственно во впускной трубопровод исключает осмоление карбюратора.
6.2.3.	Условия работы моторного масла
Подшипники скольжения
Коренные подшипники коленчатого вала работают в тяжелых условиях, характеризующихся большими динамическими нагрузками со стороны шеек вала и высокой угловой скоростью его вращения.
Надежность работы подшипников определяется:
•	конструкцией, прочностными, антифрикционными и антикоррозионными свойствами материала вкладышей;
•	максимальными и средними за рабочий цикл нагрузками и характером трущихся усилий;
•	качеством обработки и точностью изготовления шеек коленчатого вала;
•	физико-химическими свойствами моторного масла, организацией его подачи, количеством, давлением и температурой.
Коренные подшипники скольжения выполняют в виде сменных вкладышей, которые устанавливают в соответствующие гнезда картера.
Материал подшипника должен:
•	иметь высокое сопротивление усталостному выкрашиванию и быть пластичен к деформациям;
•	хорошо прирабатываться к валу и не вызывать его повышенного износа;
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
272
•	иметь высокие противозадирные свойства;
•	сохранять механические свойства при повышенной температуре;
•	обладать хорошими противокоррозионными свойствами.
В зависимости от нагруженности применяют различные по своему составу и свойствам материалы: сплавы на свинцовой основе с содержанием олова, сурьмы и меди; стальные вкладыши с заливкой свинцовистой бронзы; стале-алюминиевые вкладыши, обладающие высокой усталостной прочностью и хорошими противокоррозионными свойствами и др.
Конструктивной особенностью коренных вкладышей является наличие на их рабочей поверхности отверстий и кольцевых канавок для обеспечения непрерывной подачи масла к шатунным подшипникам.
Шатунные подшипники работают в более тяжелых условиях, чем коренные, что обусловлено прежде всего их неравномерной нагруженностью. На верхнюю половину шатунного подшипника действует непродолжительная, но высокая нагрузка газов, а на нижнюю часть более длительно действуют силы инерции поршневой и шатунных групп. Более затруднительный подвод масла к шатунным подшипникам, чем к коренным.
Неравномерная знакопеременная нагрузка на шатунный подшипник затрудняет образование устойчивого масляного слоя, и в некоторых условиях может произойти нарушение жидкостного трения, схватывание микровыступов материалов и появление задиров.
Шатунные вкладыши двигателей конструктивно выполняют подобно вкладышам коренных подшипников и с тем же материалом антифрикционного слоя.
Толщина стальной ленты для изготовления шатунных вкладышей для бензиновых двигателей 1,3-1,6 мм, для дизелей 2-36 мм. Толщина слоя антифрикционной заливки соответственно 0,2-0,4 мкм и 0,3-0,7 мкм.
Поршневая группа
Поршень, поршневые кольца, поршневой палец и фиксирующие его детали образуют подвижную стенку рабочей полости двигателя.
Герметичность рабочей полости, обеспечиваемая ее конструкцией и качеством моторного масла, решающим образом влияют на эффективные показатели и долговечность двигателя.
Общие потери на трение в двигателе приблизительно составляют 25 % от мощности. Из них потери на трение поршня и поршневых колец составляют 45-64 %, на трение в подшипниках шатунов и коленчатого вала 5-10 %. Остальные потери приходятся на трение в редукторах, приводных механизмах и насосах. Трение поршневых колец составляет 9,6 % эффективной мощности, а трение в подшипниках ~2 %.
Поршни работают в чрезвычайно тяжелых условиях, характеризующихся:
•	воздействием высокого давления газов;
•	контактом с горячими продуктами сгорания;
•	движением с переменной по величине и направлению скоростью.
Давление газов внутри цилиндра достигает 35-45 кг/см2 в двигателях с принудительным воспламенением и 65-85 кг/см2 в дизелях. На поршень действует сила 3-4
_________________6.2. Общая характеристика системы смазки двигателя_ щ т в бензиновом двигателе и 17-20 т в дизелях, которые вызывают высокие удельные давления в шатунных и коренных подшипниках.
Температура газов в двигателях за время одного цикла колеблется от 300 до 2200-2800 °C. Днище поршня воспринимает 10-30 % тепла, отводимого от рабочего тела в систему охлаждения и нагревается до температуры 300-320 °C.
Высокая температура поршня вызывает коксование масла в зоне поршневых колец.
Перемещение поршня под воздействием газовых и инерционных нагрузок сопровождается повышенным трением и износом. Наибольший износ наблюдается на торцевых поверхностях канавок для поршневых колец, на боковых поверхностях поршня и в отверстиях для поршневого пальца.
Для уменьшения перекачки масла в камеру сгорания и обеспечения лучшего режима смазки цилиндра, поршни оборудуют маслосъемными кольцами. Для увеличения теплоотдачи от днища поршня, его принудительно охлаждают маслом, впрыскиваемым на внутреннюю поверхность днища из форсунки, расположенной на верхней головке шатуна или блоке двигателя.
Поршни изготавливают из кремне-алюминиевых сплавов с присадками никеля и меди для повышения теплостойкости и улучшения механических свойств при высоких температурах. Кремний уменьшает износ поверхностей поршня. Для этого применяют терморегулируемые биметаллические поршни из высококремнистых сплавов. Поверхность теплонапряженного днища и жарового пояса для форсированных двигателей покрывают теплоизоляционной пленкой окислов толщиной до 100 мкм. Компрессионные кольца покрывают слоем пористого хрома. Поверхность гильзы обрабатывают так, чтобы в неровностях поверхности и углублениях пористого хрома удерживалась масляная пленка и создавались микрорезервуары для масла. За счет этого при граничном трении обеспечивается несущая поверхность пары кольцо-гильза.
Внутренние потери на трение в двигателе, приходящиеся на поршневую группу, достигают 50-60 %. Для снижения потерь на трение уменьшают число компрессионных колец и их высоту.
Наиболее интенсивно отводится теплота в гильзу через первое компрессионное кольцо, работающее в условиях граничного трения.
Поршневые кольца компрессионные и маслосъемные являются упругими элементами уплотнения поршневой группы. Они обеспечивают: герметичность рабочей полости двигателя; отводят тепло от головки поршня; предотвращают перекачку масла в камеру сгорания.
Работают в условиях высоких давлений и температуры газов, сил инерции и трения.
Для изготовления поршневых колец применяют перлитный чугун, легированный присадками Si, Cr, Ni, Mo, W, которые обеспечивают хорошую прирабатываемость поршневых колец без задиров и рисок.
Насосное действие компрессионных колец и расход масла на угар снижают оптимизацией антифрикционных и противоизносных свойств моторного масла и конструкции маслосъемных колец.
Поршневой палец обеспечивает шарнирное соединение шатуна с поршнем и
18 Заказ № 2029
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
274
работает в условиях больших динамических нагрузок циклического характера. Качательный характер движения шатуна создает полужидкостной характер смазки, что обусловливает неравномерный износ.
6.3.	Химмотологические процессы смазки и износа двигателя
6.3.1.	Основные понятия о трении и износе
Внешнее трение - процесс взаимодействия между твердыми телами, который возникает в местах их соприкосновения и препятствует относительному' перемещению тел в направлении, лежащим в плоскости их соприкосновения.
Внутреннее трение - процесс, происходящий в телах при их деформации и приводящий к необратимому' рассеянию механической энергии, т. е. к ее преобразованию во внутреннюю энергию.
Внутреннее трение в жидкостях и газах называют вязкостью.
В зависимости от вида движения одного тела по поверхности другого различают трение скольжения и качения в отличие от трения покоя между' неподвижными телами.
Сухое трение - трение твердых тел при отсутствии между ними какого-либо смазывающего вещества.
Жидкостное трение - трение твердых тел при наличии между ними смазывающего вещества.
Смешанное трение - когда процесс взаимодействия между телами протекает при наличии смазываемых и сухих участков трущихся поверхностей.
Жидкостное трение в зависимости от механизма возникновения силы трения делят на гидродинамическое и граничное.
Гидродинамическое трение — внутреннее трение смазывающей жидкости, течение которой подчиняется законами гидродинамики, а сила трения зависит только от вязкости жидкости, скорости и площади скольжения.
Граничное трение-такой вид взаимодействия трущихся поверхностей, когда сила трения определяется одновременно законам гидродинамики и свойствами граничной пленки, образующейся на трущихся поверхностях.
Изнашивание - процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердой детали, накопления в ней остаточной деформации или постепенного изменения ее размеров или форм под воздействием трения.
Износ - результат изнашивания, определяемый в установленных единицах длины, массы или объема.
Интенсивность изнашивания — соотношение износа и обусловленного пути, на котором происходило изнашивание, или соотношение износа и объема выполненной работы.
Типичная зависимость износа от продолжительности работы и пути трения включает три стадии процесса: приработку, установившийся режим и катастрофический износ (рис. 6.3).
Приработка - изменение геометрии трущихся поверхностей и физико-химических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения. Эта
6.3. Химмотологические процессы смазки и износа двигателя
Рис. 6.3. Зависимость износа Н от продолжительности работы:
I - приработка,
II установившийся режим, III - катастрофический износ.
стадия проявляется в уменьшении силы трения, температуры и интенсивности изнашивания.
Установившийся режим - самая продолжительная по времени стадия изнашивания, характеризующаяся постоянными значениями интенсивности изнашивания. На этой стадии устанавливают “допустимый износ”, т. е. износ при котором изделие еше сохраняет свою работоспособность.
Катастрофический износ характеризует высокую интенсивность изнашивания и включает “предельный износ”, т. е. износ соответствующий предельному состоянию занашивающего изделия или его составной части.
Виды изнашивания
По характеру воздействия на трущиеся поверхности различают следующие виды изнашивания:
•	механическое;
•	молекулярно-механическое;
•	коррозионно-механическое.
Механическое изнашивание возникает в результате механических воздействий. Подразделяется на абразивное, гидроабразивное, газообразивное, усталостное, эрозионное и кавитационное.
Абразивное изнашивание - происходит при режущем или царапающем воздействии на поверхности трения относительно более твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Например, песок в масле вызывает задир (задирное изнашивание) - образование различимой невооруженным глазом царапины или борозды с оттеснением материала как в стороны, так и по направлению скольжения.
Гидроабразивное и газообразивное изнашивание - результат воздействия н; детали твердых частиц, увлекаемых жидкостью или газом. Твердыми частицами могу' быть продукты износа, частицы нагара, пыль и другие, которые вызывают интенсивно( изнашивание поверхностей деталей систем питания, смазки, охлаждения.
Усталостное изнашивание - следствие повторного деформирование микрообъемов материала, в результате которого возникают трещины и происходи"; отделение частиц - выкрашивание с поверхности трения.
276
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масеп
Питтинг — разновидность усталостного изнашивания, которое представляет собой удаление или перемещение материала, приводящее к образованию на трущейся поверхности углублений, ямок или оспин. Сопровождается микроскопическими деформациями и упрочнением поверхностных слоев металла. В двигателе питтинг протекает на зубьях шестерен зацепления, на роликах подшипников качения, на толкателях механизма газораспределения. Появление питтинга связано с привариванием материала одного трущегося тела к другому, пластической деформацией в поверхностных слоях металла, повторяющейся деформацией волочения и смятия.
Эрозионное изнашивание наблюдается при воздействии на поверхности трения жидкости или газа. Наиболее часто этот вид изнашивания встречается на деталях охлаждающей и выпускной систем двигателя на участках прохождения электрического тока. Разновидностью эрозионного изнашивания является электроэрозионное изнашивание при электрическом разряде, когда подгорают контакты замка зажигания, прерывателя-распределителя, электропривода насоса охлаждающей жидкости и др.
Кавитационное изнашивание происходит при кавитации - процессе “схлопывания” пузырьков газа вблизи поверхности трения, который сопровождается местным повышением давления и температуры. При кавитационном изнашивании наружные поверхности гильз цилиндров двигателя покрываются кратерами от разрывов пузырьков газа.
Молекулярно-механическое изнашивание является результатом совместного действия механических и молекулярных сил. Разновидностями молекулярно-механического изнашивания являются схватывание, заклинивание, заедание, залипание.
Схватывание при трении—приваривание, сцепление, местное соединение двух тел под действием молекулярных сил. В местах схватывания (узел схватывания) исчезает граница между соприкасающимися телами, происходит сращивание металлов, перенос металла с одной поверхности на другую.
Заклинивание двигателя - следствие схватывания при нарушении жидкостного трения в подшипниках цилиндро-поршневой группы, когда в результате повышения температуры выплавляется антифрикционный сплав вкладышей и заполняет зазор между трущейся поверхностью вкладыша и шейкой коленчатого вала, что приводит к заклиниванию вала.
Заедание - форма схватывания, в результате которого может произойти заклинивание деталей. Наблюдается втяжелонагруженных подшипниках скольжения, зубчатых зацеплениях, шарнирных соединениях в деталях и цилиндропоршневой группы двигателя. Изнашивание при заедании проявляется при выдавливании смазки и возникновения сухого трения. Поверхности нагреваются от сильного трения выше температуры плавления металлов, в результате чего металл вырывается и может привариться к другому месту.
Коррозионно-механическое изнашивание возникает в результате механического воздействия на трущиеся поверхности, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Коррозионные разрушения в этом случае развиваются при воздействии на поверхности агрессивных веществ (кислоты, щелочи, кислород воздуха, сернистые газы и др.). Изнашивание вызывается главным образом химическими и электрохимическими процессами, а механические воздействия их усиливают.
6.3. Химмотологические процессы смазки и износа двигателя
277
6.3.2.	Закономерности процессов смазки и износа
В зависимости от условий эксплуатации двигателя, конструкции узла трения, свойств смазывающей жидкости и механизма процесса трения различают следующие режимы трения и смазки:
•	режим сухого трения;
•	режим жидкостной смазки;
•	режим граничной смазки.
Режим сухого трения. Возникает в узлах трения при полном отсутствии смазывающего материала в условиях высокого давления на трущиеся поверхности, когда жидкость между телами выдавливается, адсорбционные и другие виды пленок на поверхности металла разрушаются и происходит трение металла о металл.
Сила трения возникает как реакция преодоления сил сопротивления, возникающих при скольжении тел и препятствующая их перемещению. В результате сухого трения выделяется энергия, которая затрачивается на срез микровыступов на трущихся поверхностей, сваривание металла и задир (пропахивание) (рис. 6.4).
Сила трения
Зона задира
Зона среза
Зона сваривания
Твердый металл
Мягкий металл
Направление и скорость скольжения
Рис. 6.4. Схема режима сухого трения неровных поверхностей металла.
Микровыотупы
Механизм возникновения силы сухого трения объясняют:
•	взаимодействием сил адгезии фактической площади контакта и деформационных сил микровыступов трущихся поверхностей (адгезионная теория);
•	взаимодействием сил молекулярного отталкивания электронных оболочек контактирующих тел (молекулярная теория);
•	совокупностью сил преодоления адгезионных связей и сил деформации контактирующих тел (молекулярно-механическая теория).
Классический закон сухого трения (Закон Амонтона) выражает зависимость силь трения от коэффициента трения и нормального давления
F^f-N,
где F- сила трения,/- коэффициент трения, N - сила нормального давления.
С учетом молекулярного притяжения поверхностей силу сухого трени выражают законом Дерягина
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
Z/o ......................................... ..................—
F-]1(N + PS), где /л- общий коэффициент трения; F-давление, вызванное силами молекулярного притяжения; S - фактическая площадь непосредственного контакта тел.
Режим сухого трения имеет место в период приработки двигателя и катастрофического изнашивания при отсутствии жидкой смазки.
Режим жидкостной смазки или гидродинамического трения имеет место в хорошо смазанных узлах трения (подшипники скольжения, поршневая группа и др.) в условиях, обеспечивающих достаточный слой смазывающей жидкости (масла), в которой действуют законы гидродинамики (рис. 6.5).
Рис. 6.5. Схема гидродинамического трения:
5 - высота микронеровностей на трущихся поверхностях;
Amjn - минимальная величина Зазора, обеспечивающая гидродинамический режим смазки (минимальная толщина масляного слоя);
N- внешнее давление на поверхности трения; F - сила трш 1ия;
Г - сопротивление вязкой жидкости; U- скорость движения жидкости.
Величина силы трения выражается классическим законом Ньютона
F = T-S=T]—S, dy
гдет- сопротивление вязкой жидкости, пропорциональное угловой скорости сдвига
du А .❖)
Г) - коэффициент динамической вязкости жидкости; 5 - площадь поверхности
скольжения.
Вязкость жидкости обусловлена межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. Молекулярный переход из слоя в слой и вовлечение соседнего слоя в движение возможны лишь за счет определенных энергетических затрат, возрастающих с понижением температуры и ростом давления.
Большинство смазочных масел при обычных температурах и давлениях подчиняется закону Ньютона и относятся к ньютоновским жидкостям. Вязкость определяет течение жидкости только в ламинарном потоке. При увеличении скорости
6.3. Химмотологические процессы смазки и износа двигателя
279
ламинарный поток завихряется и послойный сдвиг разрушается. Для вязкой жидкости устанавливается параболическое распределение скоростей с ярко выраженным максимумом у оси движения.
На основании закона Ньютона Н. П. Петров предложил формулу для определения силы трения на поверхности соосно вращающихся в жидкости цилиндров
где h - толщина слоя смазывающей жидкости; v - относительная скорость движения поверхностей цилиндров; 5-площадь скольжения.
Формула выведена была для двухразмерного течения жидкости с упрощениями: полное заполнение маслом зазоров между цилиндрами, постоянство гидродинамического давления и вязкости смазочной среды, превышение коэффициентов внешнего трения над коэффициентом вязкости смазочной среды.
В дальнейшем на основе гидродинамической теории смазки П. Л. Капица раскрыл закономерности, протекающие в смазочном слое подшипников качения с учетом гидродинамических явлений в потоке жидкости и деформирования взаимодействующих тел в зоне контакта. Было установлено, что смазочный слой не только предотвращает непосредственный контакт трущихся поверхностей, предохраняя их от задира и сглаживания неровностей, но и существенно уменьшает напряжение металла в месте контакта. На основании этого, предложен механизм образования масляного клина в подшипниках скольжения, который, однако, не учитывает роль граничных оксидных и твердопластичных пленок, играющих иногда решающую роль в процессах трения и износа.
Режим граничной смазки. Наиболее полно отражает реальные процессы трения и износа в двигателе.
Граничный режим смазки (трения) имеет место в сопряженных деталях двигателя, работающих в условиях высоких удельных нагрузок, повышенных температур и сравнительно низких скоростей скольжения (тяжело нагруженные передачи, цилиндро-поршневая группа в районе верхней мертвой точки и др.). Граничный режим трения проявляется в период запуска и остановки двигателя и характеризуется высоким износом и коэффициентом трения.
Силу трения при граничном режиме определяют не только объемные свойства масла, а в основном свойства твердых пленок, образующихся на трущихся поверхностях.
Твердые пленки обычно состоят из оксидов металлов и имеют толщину порядка 10 мкм. К ним примыкают пленки, образованные в процессе физической адсорбции и химического взаимодействия масла с поверхностью металла. В совокупности все пленки образуют граничный слой смазки.
Если граничный слой разрушается, а нагрузка превышает силы сцепления смазочного материала с рабочей поверхностью детали, то в месте контакта возникает сухое трение, которое приводит к задиру, заклиниванию и другим аварийным повреждениям деталей (например, выплавлению антифрикционного слоя вкладышей коленчатого вала).
ос„	Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
Zov	. ...... ..............—............ 1 "	 .	~	11 1 —п
Толщина и прочность граничного слоя при трении зависит от химического состава масла и входящих в него присадок, химической структуры трущихся деталей, состояния поверхности трения и технологии ее обработки. Работоспособность граничного слоя не зависит от вязкости масла, а определяется силами молекулярного взаимодействия пленки масла с трущейся поверхностью.
Молекулярные пленки масла бывают физического (адсорбционного) и химического (хемосорбционного) происхождения.
Адсорб1(ионные пленки образуются за счет сил адсорбции, обусловленных наличием в масле поверхностно-активных веществ (ПАВ), несущих электрический заряд. К ПАВам относят карбоксильные группы, спирты, эфиры, смолы, сернистые соединения и др. Они образуют на смазываемых поверхностях достаточно прочные слои ориентированных молекул.
Хемосорбционные пленки образуются при химическом взаимодействии активных составляющих смазочных материалов с поверхностью металла. Восстановление граничного слоя в местах его разрушения зависит от скорости образования пленок.
При росте температуры скорость образования адсорбционных пленок уменьшается, а хемосорбционных- увеличивается. Температура, при которой адсорбционная пленка разрушается является мерой ее прочности и называется критической температурой перехода к сухому трению.
Граничная смазка сопровождается смешанным режимам трения, при котором происходит частичный контакт выступающих вершин микронеровностей при наличии достаточно большого количества смазки во впадинах.
Силу трения в условиях граничной смазки F представляют в виде суммы трех составляющих сил: жидкостного трения Ржтр, граничного F и сухого трения Fpc (рис. 6.6):
F=F +F +F .
ж.тр г.тр с.тр
Рис. 6.6. Схема граничной смазки скользящих поверхностей.
Граничное трение проявляется между жидкостным и сухим трением. Деление трения на сухое и граничное в большой мере является условным, так как деформации
6.3. Химмотологические процессы смазки и износа даигателя
281
сосредоточены в тонком поверхностном слое и всякое внешнее трение является граничным.
Для выявления условий возникновения различных режимов трения в зависимости от определяющих факторов - нагрузки, скорости скольжения и вязкости смазочного масла, Зоммерфельдом предложен обобщенный критерий 5о (число Зоммерфельда, характеризующее отношение сил вязкого трения и сил давления в тонкой смазочной пленке)
/7	И
3=1]— nwSo-ri—, ° N ° N
где T] - динамическая вязкость масла; п - число оборотов подшипника в единицу времени; V - линейная скорость скольжения; N - нагрузка на единицу развернутой поверхности.
Число Зоммерфельда связано с коэффициентом трения зависимостью
f = kSo = k-^,
где А: - коэффициент пропорциональности. Для подшипника скольжения
. 2 D п 2тГ— Г]—, h N
где D - диаметр подшипника; h - диаметральный зазор; п - число оборотов в единицу времени.
Зависимость коэффициента трения f скользящих поверхностей от So показана на рис. 6.7.
Рис. 6.7. Режимы смазки пар скользящих поверхностей:
I - сухое трение; II - граничная или смешанная смазка; III - гидродинамическая смазка.
Обобщенное число Зоммерфельда St
В условиях гидродинамического трения, т. е. при больших значениях So, коэффициент трения f является линейной функцией S (участок III на рис. 6.7). При уменьшении 5о зависимость приобретает нелинейный характер (отрезок Ьс). При дальнейшем уменьшении 5о достигается положение, когда влияние гидродинамической и граничной смазки становится равнозначным. Точка минимума кривой зависимости J от S (точка с на рис. 6.7) определяет границу между гидродинамической смазкой и
282
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
раничной в тонкой пленке и соответствует условиям минимального трения. Рядом с очкой с находится промежуточная зона cd перехода от граничной смазки к сухому рению, зону II называют полужидкостной или квазигидродинамической смазкой.
При пуске и остановке двигателя, когда скорость скольжения равна и близка к улю, узел трения проходит через область смешанного и граничного трения, в которых коэффициент трения достигает максимальных значений. Это приводит к большим потерям на трение и усиленному износу.
Число Зоммерфельда позволяет определить условия ухода от опасной зоны граничного трения, вызывающего повышенные затраты на трение и износ.
Число Зоммерфельда S, можно назвать химмотологическим критерием работоспособности узлов трения с гидродинамическим режимом смазки, так как он обобщает совместное воздействие на процесс трения параметров конструкции (давление), эксплуатации (скорость скольжения) и свойств смазочного материала (вязкость), а результат этого воздействия можно оценить коэффициентом трения.
Число So, несмотря на его информативность, не учитывает свойств пленок, образующихся на трущихся поверхностях и влияющих на коэффициент трения.
6.3.3.	Смазка подшипников скольжения
На установившемся режиме работы двигателя при большом числе оборотов обеспечивается гидродинамический (жидкостной) режим смазки. В период запуска и остановки двигателя подшипники работают в режиме граничной смазки.
При высокой скорости вращения вала, масло, поступающее под избыточным давлением в зазоры между шейкой вала и вкладышем, затягивается вращающимся валом и образует масляный клик, в результате чего возникает гидродинамическое давление на подшипник.
Давление возникает, как реакция вязкой жидкости при выдавливании ее из зазора между трущимися шейкой вала и поверхностью вкладыша. В таких условиях вал “всплывает” на слое смазки под действием подъемной силы (несущей силы).
Гидродинамическое давление называют несущей способностью масляного слоя. Величина этого давления может достигать огромной величины (выше 100 МПа) и практически не зависит от давления масла на входе в подшипник. Распределение гидродинамического давления в масляном слое зависит от геометрических размеров подшипника, числа оборотов вала, нормального давления на подшипник, динамической вязкости масла (рис. 6.8). Протяженность нагруженной области в масляном соответствует длине дуги с центральным углом 120-130°.
Центр вала при вращении не совпадает с геометрической осью подшипника и описывает окружность радиусом меньшим радиального зазора на величину эксцентриситета е.
Надежность жидкостного трения подшипника оценивают по результатам гидродинамического и теплового расчета.
Исходные данные для расчета:
•	нагрузка на подшипник Рср;
•	геометрические размеры подшипника (d, I, d/Г);
6.3. Химмотологические процессы смазки и износа двигателя
283
R - радиус подшипника г - радиус шейки вала D диаметр подшипника d - диаметр шейки вала Д = D-d-абсолютный диаметральный зазор
Л	„
е ----радиальный зазор абсолютный эксцентриситет
•	абсолютный (Д) и относительный уг диаметральные зазоры;
•	вязкость смазочного масла.
Нагрузка на подшипник определяется в результате динамического расчета кривошипно-шатунного механизма и построения полярной диаграммы.
Геометрические размеры подшипника выбирают при компоновке двигателя и уточняют расчетом вала на прочность и износ.
Абсолютный диаметральный зазор Д- разность между диаметром подшипника D и диаметром d шейки вала &=D—d выбирают на основании статистических данных.
Радиальный 8 и относительный 1/зазоры
_ Д	Д
<5= —; </ = —
2	d
28д _____Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел_
Вязкость масла устанавливают в зависимости от степени форсирования двигателя по существующим стандартам.
Главным показателем, определяемым гидравлическим расчетом, является минимальная толщина масляного слоя Amjn, обеспечивающая гидродинамический режим смазки, hmin определяют по средней удельной нагрузке на подшипник q и характеристике рабочего режима смазки Л
Рср ,2	, Т) • И СП • об/мин
q =—- кг/см ; Л=-— --------------—,
dl	q кг/см
где	—средняя нагрузка на подшипник, кг; d- диаметр вала, см; I-длина подшипника,
см; q - абсолютная вязкость масла, сп; и - число оборотов вала в минуту.
Минимальную толщину масляного слоя рассчитывают по формуле
Amin =55-Ю“8-X— мм,
А-сг
где ст— поправка на конечную длину подшипника
, d
<7 = 1+—.
I
Минимальную толщину масляного слоя можно определить по абсолютному е и относительному эксцентриситету подшипника/
е = 8— h . мм ПИП
I
Х~ 8
При данном радиальном зазоре минимальная толщина масляного слоя зависит от величины относительного эксцентриситета /
*™, = £(1-Z)mm.
Относительный эксцентриситет / является функцией безразмерного коэффициента нагруженности Ф и отношения 1_ . Его находят по расчетным графикам d
зависимости % от Ф для разных значений ltd.
Коэффициент нагруженности определяют по формуле
Ф=-^(-1 -10"4, ц <у d I * \ /
где д- вязкость масла, кг - с/м2; со-угловая скорость колнечатого вала, об/мин.
С увеличением коэффициента нагруженности и уменьшением относительной длины подшипника (l/d) относительный эксцентриситет / увеличивается, а минимальная толщина масляного слоя уменьшается.
6.3. Химмотологические процессы смазки и износа двигателя
285
Среднюю нагрузку на подшипник Р , необходимую для определения удельной нагрузки q, находят по индикаторной диаграмме с учетом изменения давления от перемещения поршня и массы деталей поршневой группы и др. Нагрузку на подшипник Р выражают через эффективную мощность N., литраж двигателя К и частоту вращения коленчатого вала п с учетом рядности.
C-N
Р =------— - для однорядного двигателя,
С₽
о	V к
Р -2------- —для V-образного двигателя,
С-постоянный коэффициент, учитывающий переход от давления на поршень к давлению на шейку вала.
Коэффициент надежности жидкостного процесса смазки подшипника выражают отношением минимальной толщины масляного слоя hmm к критической толщине h^, обеспечивающей жидкостное трение
уу — ^1П'П К-Р'
h зависит от шероховатости поверхности вкладыша и шейки и от величины их деформации.
Минимальная толщина масляного слоя для обеспечения высокой надежности гидродинамической смазки hmm составляет 6-8 мкм, а Л =3-4 мкм при шероховатости рабочих поверхностей вкладышей и шейки, соответствующих 8-му классу обработки.
Коэффициент надежности при этом Н> 2.
Нагрев масла в подшипнике. Степень нагрева масла в подшипнике Д? зависит от количества тепла, выделившегося в процессе трения и количества масла циркулирующего через подшипник:
1000-ето Д/ =-----°C,
Ум-Q,-^.
где £>тр - количество выделившегося тепла, ккал/с; % - плотность масла, г/см3; См -теплоемкость масла, ккал/кг • град; GM - расход масла через подшипник, см3/с.
427
ккал/с,
где Р - средняя нагрузка на подшипник за рабочий цикл, кг;/- полный коэффициент жидкостного трения; U- окружная скорость на поверхности шейки, м/с
7Д/-/7у
60
2g6 ______Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел_
где d- диаметр вала, м; ид,- номинальное число оборотов в минуту.
Полный коэффициент трения зависит от геометрических параметров и характе-Л	Г] -и
ристики рабочего режима подшипника 0. = —— ).
<1
/ = 3,36-1(Г9-A + O,5s(—1
Д И d
где d,L,l в мм.
Величина f при благоприятных условиях равна 0,002-0,004.
Расход масла через подшипник рассчитывают по формуле
>0,8 Л2.2 _0.6 „	*3.4 О — 1.2
G.. = 0,8----------—--------+ 2,5-10ь -—----------s—— см7с,
Л’	d ' -Г1СЛ-А
где Ры - давление подачи масла в подшипник, кг/см2, обычно Ри = 0,9Рм (давление масла в магистрали).
Тепловое состояние подшипника характеризуют средней температурой масла
*	_ вх вых
мср“ 2	’
где /м вх и /м вых - температуры масла соответственно поступающего в подшипник и вытекающего из него.
На режиме номинальной Мощности ?вх=80-90 °C температура подогрева масла в подшипнике не превышает 20-30 °C.	= 90-110 °C.
Основное количество масла подводимого к подшипнику, вытекает через зазоры в ненагруженной части, поэтому подшипник охлаждается неравномерно. Нагруженная область охлаждается менее интенсивно вследствие большего выделения теплоты и меньшего расхода масла.
С повышением температуры вязкость масла уменьшается, расход масла через подшипник увеличивается и несущая способность слоя масла снижается.
С увеличением частоты вращения вала температура масла, вытекающего из подшипника, возрастает. При повышении среднего эффективного давления температура масла растет. Незначительно в соответствии с относительно малым возрастанием в подшипниках потерь на трение.
6.4. Эксплуатационные свойства моторного масла, определяющие эффективность смазки
6.4.1. Вязкость
Вязкость моторного масла является основным показателем, характеризующим качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения, потери энергии на трение и износ двигателя.
6.3.	Эксплуатационные свойства моторного масла, определяющие эффективность смазки .......1	.' "....111...... .............. 1  .1  •’'' 1 "гп'™	 ... /о/
Величина вязкости масла зависит от его химического состава, температуры, давления, скорости сдвига и др. Текучесть масла при низкой температуре характеризуют низкотемпературной вязкостью, при высокой - высокотемпературной.
Вязкость измеряют показателями кинематической и динамической вязкости при помощи вискозиметров.
Кинематическая вязкость- характеризует текучесть масла при нормальной и высокой температуре. Единицы измерения стокс или сантистокс. Обозначают буквой V.
Динамическая вязкость характеризует текучесть масла в экстремальных условиях: при низкой температуре применительно к условиям запуска холодного двигателя; при высокой температуре и скоростях сдвига близких к реальным. Единицы измерения пуаз или сантипуаз, обозначают буквой 7).
Рис. 6.9. Вискозиметры истечения:
а - капиллярный стеклянный вискозиметр; б - вискозиметр Энглера; в - схема истечения масла.
Высокоскоростной
Рис. 6.10. Ротационные вискозиметры:
а - имитатор запуска холодного двигателя (CCS); б - имитатор конического подшипника (TBS); в - мини-ротационный вискозиметр (MRV); г - вискозиметр Брукфильда.
2gg _____Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел_
•	вискозиметры истечения (рис. 6.9) для измерения кинематической и динамической вязкости по скорости свободного течения масла или под давлением. Применяют капиллярные вискозиметры или сосуды с калиброванным отверстием на дне -вискозиметры Знглера, Сейболта, Редвуда-,
•	ротационные вискозиметры (рис. 6.10) для измерения динамической вязкости по крутящему моменту с установленной скоростью ротора или по скорости вращения ротора при заданном крутящем моменте.
Универсальную вязкость в США выражают в универсальных секундах Сейболта SUS в США, в Европе пользуются секундами Редвуда и градусами Энглера, которые показывают во сколько раз время истечения масла превышает время истечения воды в стандартных условиях испытания.
Вязкостно-температурные характеристики масел. С повышением температуры вязкость масла понижается. Характер изменения вязкости выражается параболой (рнс. 6.1 It/). Такая зависимость неудобна для экстраполяции и для расчетов вязкости. Поэтому кривую зависимости вязкости от температуры представляют в полулогарифмических координатах, в которых она приобретает практически прямой характер (рис. 6.116).
Рис. 6.11. Зависимость вязкости масла от температуры: а  в прямолинейных координатах: б - в полулогарифмических координатах.
Индекс вязкости ИВ (viscosity index)-эмпирический, безразмерный показатель для оценки зависимости вязкости масла от температуры. Чем выше численное значение индекса вязкости, тем меньше зависимость вязкости от температуры (рис. 6.12) и тем меньше наклон кривой (рис. 6.13).
Масло с более высоким индексом вязкости имеет лучшую текучесть при низкой температуре (запуск холодного двигателя) и более высокую вязкость при рабочей температуре двигателя. Высокий индекс вязкости необходим для всесезонных масел. Индекс вязкости определяют по стандартам ASTM D 2270, DIN ISO 2909 при помощи двух эталонных масел. Вязкость одного масла сильно зависит от температуры (индекс вязкости принимается равным нулю), а вязкость второго масла - мало зависит от
6.4. Эксплуатационные свойства моторного масла, определяющие эффективность смазки
289
Рис. 6.12. Изменение вязкости от температуры масел с различным ИВ.
Рис. 6.13. Схема определение индекса вязкости: a - в прямолинейных координатах; б - в полулогарифмических координатах
температуры (индекс вязкости принимается равным 100 единицам). При температуре 100°С вязкость обоих эталонных масел и исследуемого масла должна быть одинаковой. Шкала индекса вязкости получается делением разницы вязкостей эталонных масел при температуре 40 °C на 100 равных частей. Индекс вязкости исследуемого масла находят по шкале после определения его вязкости при температуре 40 °C, а если индекс вязкости превышает 100, его находят расчетным путем (рис. 6.13).
° Заказ № 2029
29q _____Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел_______
Индекс вязкости определяют по номограмме (рис. 6.14), если известны значения кинематической вязкости масла при температуре +50 °C и +100 °C.
Для повышения ИВ в масло вводят полимерные загустители.
Индекс вязкости сильно зависит от молекулярной структуры соединений, составляющих масло. Наивысший индекс вязкости у парафиновых базовых масел (около 100), у нафтеновых - значительно меньше (30 - 60), у ароматических масел -даже ниже нуля. При очистке масел индекс вязкости повышается, что в основном связано с удалением ароматических соединений. Высокий индекс вязкости имеют масла гидрокрекинга, синтетические масла. Например, ИВ полиальфаолефинов до 130, а полиалкиленгликолей - до 150.
Характеристики низкотемпературной вязкости:
•	максимальная низкотемпературная вязкость запуска холодного двигателя;
•	максимальная низкотемпературная вязкость прокачивания масла в двигателе;
•	предельная температура прокачивания и вязкость при низкой температуре и низкой скорости сдвига;
•	фильтруемость масла при низкой температуре;
•	стабильность вязкости к сдвигу.
Рис. 6.14. Номограмма для определения индекса вязкости моторных масел.
6.4. Эксплуатационные свойства моторного масла, определяющие эффективность смазки
291
Максимальная низкотемпературная вязкость запуска холодного двигателя характеризует способность масла течь и смазывать узлы трения в холодном двигателе. Определяют при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS ASTM D5293 - ротационного вискозиметра с малым расстоянием между профилированным ротором и прилегающим к нему статором, которым имитируют зазоры в подшипниках. Крутящий момент при заданных температурах и скорость вращения ротора являются мерой вязкости. Вискозиметр калибруют по эталонным маслам с предполагаемой степенью вязкости SAE для моторного масла.
Максимальная низкотемпературная вязкость прокачивания характеризует способность масла течь и создавать необходимое давление в системе смазки в начальной стадии работы холодного двигателя. Вязкость прокачивания определяют по ASTM D5133 на мини-ротационном вискозиметре MRV. Показатель зависит от свойств масел желировать при медленном охлаждении, которыми обладаю! всесезонные минеральные моторные масла. При испытании определяют напряжение сдвига, необходимое для разрушения желе, либо вязкость при отсутствии напряжения сдвига. Вязкость прокачивания должна быть не более 60000 mPa  s. Наименьшая температура, при которой масло может прокачиваться, называется нижней температурой прокачивания. Ее значение близко к наименьшей температуре эксплуатации.
Предельную температуру прокачивания и вязкость при низкой температуре и низкой скорости сдвига определяют на вискозиметре Брункфильда по ASTM 5133, оценивая тенденцию масла к желеобразованию или индекс желирования.
Стабильность вязкости к сдвигу характеризует способность масла сохранять постоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига. Высокая скорость течения масла в узких зазорах и деформация сдвига вызывают деструкцию молекул полимеров (загустителей), входящих в состав масла. Стабильность вязкости к сдвигу является важнейшим показателем для масел, применяемых в высокоскоростных, высоконагруженных и малогабаритных двигателях.
Стабильную вязкость определяют временем, в течение которого вязкость изменяется до определенной величины или показателем индекса стабильности к сдвигу SSI - соотношением потери вязкости и эффекта загущения полимерным загустителем, выраженным в % (рис. 6.15).
Рис. 6.15. Потери вязкости масла при работе в условиях большой деформации сдвига.
292
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масеп
При небольшой деформации сдвига полимерные молекулы только раскручиваются, а после снятия напряжения со временем могут восстановить свою конфигурацию и вязкость (рис. 6.16). Такое снижение вязкости называют временным. Определяют на ротационном вискозиметре - имитаторе конического подшипника.
Рис. 6.1 б. Временное снижение вязкости.
Фильтруемость масло при низкой температуре оценивают по относительному снижению скорости потока при загрязнении масла. Условия испытания имитируют закупоривание масляного фильтра осадком, образующимся в присутствии воды и картерных газов при краткосрочной работе после длительной остановки двигателя. Смесь приготавливают медленным пермешиванием в течение 30 с в закрытой мешалке 49,7 масла, 0,3 г деионизированной воды и 10 г сухого льда. После перемешивания смесь в открытом сосуде выдерживают в печи при температуре 70 °C в течение 30 мин, охлаждают и выдерживают при температуре 20-24 °C в течение 48-50 ч. Скорость потока не должна снижаться более чем на 50 %.
Высокотемпературную вязкость оценивают:
•	показателями кинематической вязкости при 40 °C и 100 °C на стеклянном вискозиметре по ГОСТ 33 и ASTM D445;
•	показателями вязкости при температуре 150 °C и высокой скорости сдвига (106 с1) -HTHS на имитаторе конического подшипника TBS по методу ASTM D4683, на вискозиметре Равенфильда или конической пробке ТВР по ASTM D4741;
•	показателем стабильности вязкости к сдвигу при 100 °C и высокой деформации сдвига с помощью насос-форсунки Бош или на стендовом двигателе (ASTM D6278, ASTM D5119).
6.4.2. Смазывающая способность
Смазывающая способность обеспечивает главное функциональное предназначение масла - снижение потерь энергии на трение и предотвращение изнашивания двигателя.
6.4. Эксплуатационные свойства моторного масла, определяющие эффективность смазки
293
Смазывающая способность зависит от антифрикционных и противоизносных ’свойств масла.
Антифрикционные свойства уменьшают затраты энергии на трение и уменьшают коэффициент трения.
Противоизносные свойства заключаются в способности масла снижать износ Деталей за счет образования граничного слоя смазки, предотвращающего “сухое” трение.
Механизм противоизносного действия граничного слоя состоит в его [расклинивающих и модифицирующих свойствах масла как и для топлив (см. ч. 1 п. 3.12).
Влияние шероховатости поверхности на трение и изнашивание. Сила трения (между поверхностями трения зависит от их шероховатости. Чем ровнее поверхность трения, тем меньше механическое и больше молекулярное трение, и наоборот. С другой 1стороны, на мелкошероховатой поверхности лучше удерживается масло. С целью оптимизации режима трения на поверхности гильз быстроходных мощных дизельных двигателей хонингованием специально создают борозды углублений около 3 мкм, в которых удерживается масло для постоянной смазки поверхностей цилиндров. Отложения в кольцевых канавках полируют стенки цилиндров до зеркального блеска (рис. 6.17). С гладкой поверхности кольца легче стирают масляную пленку, что ухудшает смазывание и увеличивает расход масла. В современных спецификациях на моторные масла для мощных дизельных двигателей ограничивается максимальная степень полировки цилиндров.
Износ цилиндров
Новая поверхность верхней части цилиндра
Полирование цилиндров
Следы
хонингования 3 мкм глубины
Глубокий износ вращающимися верхними кольцами
Глубокий износ
6 мкм глубины
Рис. 6.17. Полирование и износ стенок цилиндра дизельного двигателя.
Методы определения смазывающих свойств
Методы имитируют реальные режимы трения. В них моделируют трение скольжения на небольшой поверхности, изменяя в ходе испытаний нагрузку, скорость скольжения, деформацию сдвига, силу трения и износ поверхностей трения.
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масеп
294
Метод четырехшариковой машины трения (4ШМТ) был рассмотрен при изучении топлив (часть 1, п. 3.12).
Метод FZG, называемый также методом Нимана (СЕС L-07-A-95, DIN 51354, IP 334) (рис. 6.18) позволяет оценить противоизносные и противозадирные свойства масла на модели трения двух цилиндрических шестерней. Шестерни, прокручивают по 15 мин при постепенном повышении нагрузки и измеряют потери массы шестерен. Испытание заканчивается по достижении потери массы в 10 мг или после 12 циклов (если потери массы не достигают 10 мг). Смазываюшие свойства масла выражают числом выдержанных циклов повышения нагрузки. Кроме этого, определяют предельную нагрузку, при которой шестерни начинают застревать (ОК нагрузкой в ньютонах). Аналогичный метод применяют в США - тест Ридера (ASTM D/ANSI D 1947).
Рис. 6.18. Схема прибора FZG по определению износа шестерней.
Метод Тимкена ЕР (ASTM D3782) (рис. 6.19) определения противозадирных свойств масла при предельной нагрузке (критическая нагрузка задира или Timken ОК). Предельную нагрузку, которую может выдержать масляная пленка на поверхности трения до появления задира называют нагрузочной способностью масла.
Рис. 6.19. Схема метода Тимкена по определению противозадирных свойств масла.

6.4. Эксплуатационные свойства моторного масла, определяющие эффективность смазки
295
Метод Фалекса (ASTM D3233) имитирует работу шейки подшипника (рис. 6.20) из высокопрочной стали. Валик зажимается четырьмя прямолинейными поверхностями-контактами, и прокручивается с постоянной скоростью в исследуемом масле при постоянной температуре. Скорость прокачивания - 330 об ./мин или скольжения -10,4 см/с при постоянной или переменной нагрузке. По силе трения и износу определяют антифрикционные и противозадирные характеристики масла.

Рис. 6.20. Схема метода Фалекс.
Метод Алмен-Виланда подобен методу Фалекса, но зажимы имеют форму полу втулок и изготовлены из того же металла, что и валик (рис. 6.21). Контактирующая поверхность трения не линейная, а плоская. Испытания проводят при постоянной скорости вращения валика (200 об./мин, скорость скольжения 6,6 см/с), при увеличении нагрузки до начала задира или до окончания ресурса прижимной силы. Сила трения и максимальная нагрузка до начала задира характеризуют противоизносные свойства
масла.
Рис. 6.21. Схема метода Алмен-Виланд.
Смазывающие свойства товарных моторных масел оценивают на реальных двигателях.
Показатели смазывающей способности по ГОСТ 4.24 относят к показателям назначения:
Наименование показателя	Характеризуемое свойство
1.	Показатель износа, мм 2,	Критическая нагрузка заедания. Н 3.	Нагрузка сваривания. Н 4.	Индекс задира 5.	Массовая доля активных элементов противо-износных и противозадирных присадок, % 6.	Износ на установке, балл 7.	Противопиттинговая способность на \ становке	Предотвращения изнашивания Предотвращения задира То же То же Предотвращение изнашивания и задира То же Предотвращение усталостного изнашивания
296
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
6.5.	Химмотологические процессы “старения” и эксплуатационные свойства масла
6.5.1.	Причины старения моторного масла
Качество моторного масла в процессе эксплуатации постоянно изменяется под воздействием различных химмотологических процессов, протекающих в двигателе. Степень изменения качества зависит от химического состава масла и топлива, конструкции двигателя, параметров рабочего процесса и условий эксплуатации.
Принципиальная химмотологическая схема старения моторного масла показана на рис. 6.22.
Воздух
Высокотемпературное окисление	топливо
Сгорание (угар)
Фильтрование
Трение, изнашивание
Срабатывание присадок
Низкотемпературное окисление
Коррозия
Испарение
Взаимодействие с продуктами сгорания
Загрязнение масла
Твердые частицы износа
Нагар, лак, смолы
Химмотологические процессы
Продукты сгорания:
Н2О, СО2, СО, SO2, SO3, NO. сажа
Потеря легких фракций
Загрязнение двигателя
Образование отложений
Кислоты, смолы, Н2О низкотемпературный шлам (осадки) _______________
Результат процессов
Изменение состава и
физико-химических свойств масла
Жидкое масло в картере
Впрыск масла на нагретые детали для охлаждения и смазки
Масляный туман
Прорыв продуктов сгорания в картер
Рис. 6.22. Схема старения моторного масла в двигателе.
6.5. Химмотологические процессы “старения” и эксплуатационные свойства масла
Наибольшее влияние на потерю работоспособности моторного масла оказывают процессы:
•	трения и изнашивания;
•	окисления;
•	коррозии;
•	термического разложения;
•	срабатывания присадок;
•	испарения;
•	сгорания;	; ।
•	разбавления топливом;	: 
•	загрязнения механическими примесями извне;
Старение масла является результатом комплексного воздействия всех этих процессов на качество моторного масла, вследствие чего происходит:
•	загрязнение масла продуктами окисления, изнрса, коррозии и сгорания;
•	образование отложений на деталях двигателя;
•	изменение состава и физико-химических свойств масла.
На интенсивность старения масла оказывают влияние:
•	фильтрование масла в процессе работы двигателя с целью удаления продуктов загрязнения;
•	очистка воздуха от механических загрязнений, извне;
•	периодическое восполнение потерь масла на угар.
6.5.2.	Окисление масла. Стабильность к окислению и склонность к образованию отложений
Окисление моторного масла является основным источником его старения при работе двигателя и образования отложений на горячих поверхностях и в объеме.
Окисление происходит под воздействием кислорода воздуха в условиях высокой температуры, каталитического воздействия металла, механического напряжения и скорости сдвига.
Количество и характер отложений зависит в первую очередь от химического состава масла и температуры.
Влияние химического состава
Основными компонентами нефтяных масел являются углеводороды смешанного ния: нафтено-парафиновые, парафино-ароматического или парафино-нафтено-тического характера. Кроме углеводородов в маслах имеются разнообразные ^органические соединения, содержащие серу,1 кислород, азот и различные
При окислении углеводородов молекулярным кислородом существенное влияние оказывает структура углеводородов: число и характер циклов в молекуле, число боковых цепей, их длина и строение, наличие в молекуле и положение третичных и четвертичных атомов углерода.	>:
Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
Наиболее стабильны ароматические углеводороды без боковых цепей. С увеличением числа циклов в молекуле ароматических углеводородов их стабильность зротив окисления уменьшается. Нафтеновые углеводороды менее устойчивы, чем фоматические. Боковые цепи снижают стабильность и чем они длиннее, тем стабильность ниже. Третичные атомы углерода снижают стабильность, четвертичный атом углерода тормозит окислительный процесс углерода. Раньше окисляются длинные алкильные цепи, а затем сам цикл.
Окисление смеси углеводородов не аддитивно окисляемости индивидуальных углеводородов. Ароматические углеводороды тормозят окисление нафтеновых. Причиной ингибирующего действия ароматических углеводородов является образование в процессе их окисления фенолов, хинонов и смолистых продуктов, являющихся при оптимальной концентрации естественными ингибиторами окисления.
Сернистые соединения при окислении образуют сульфиновую и серную кислоты, которые вызывают коррозию металлических деталей и образуют на горячих поверхностях нагар, лаги и осадки. Содержание сернистых соединений должно быть оптимальным (0,4-0,5 % в расчете на серу), так как при небольших количествах они являются естественными антиокислителями, а также улучшают смазывающую способность масел и их антикоррозионные свойства.
Смолы, представляющие собой продукты окислительной полимеризации ароматических углеводородов, обладают противоокислительными свойствами, а смолы, получаемые при окислении нафтено-парафиновых углеводородов - не являются.
Первый этап окисления моторного масла практически не вызывает заметных изменений физических свойств масла и называется индукционным периодом. После индукционного периода протекают самоускоряющиеся реакции окисления.
Окисление углеводородов является многостадийным процессом и протекает по цепному механизму. В начале процесса образуются и накапливаются гидроперекиси, которые в последствии ускоряют окисление за счет образования свободных радикалов.
Окисление протекает по двум основным направлениям:
кислоты —» оксикислоты —э
<—> эстолиды —> асфальтеновые
кислоты
смолы —> асфальтены —>
—> карбены —> карбоиды
По первому направлению образуются кислые продукты, по второму - нейтральные карбоновые. Кислоты растворимы в масле, оксикислоты ограничено растворимы в горячем масле и полностью выпадают в осадок из холодного масла. Эстолиды и асфальтеновые кислоты практически в масле нерастворимы.
Смолы в масле растворяются, асфальтены находятся в виде тонкой коллоидной дисперсии и легко коагулируются. Карбены и карбоиды в масле нерастворимы.
Глубина окисления масла зависит от скорости диффузии кислорода. В тонких
6.5. Химмотологические процессы “старения” и эксплуатационные свойства масла пленках процесс окисления достигает последних стадий (образование лака) и протекает быстрее, чем при окислении в объеме (образование осадков).
Влияние температуры	. I I
В поршневом двигателе выделяют четыре основных температурных зоны.
Первая зона - картер и основная система циркуляции масла с температурой 70-150 °C, в которой образуются кислые продукты окирления и осадки, мазеобразные вещества, накапливающиеся во время работы двигателя в картере, на шейках коленчатого вала, в маслосистеме и на фильтрах. Эти осадки содержат продукты окисления в смеси с маслом, водой и посторонними веществами (сажа, топливо, попадающие из камеры сгорания).	j i
Вторая зона - пространство между юбкой роршня и гильзой, в которой температура масла выше 150 °C, масло контактирует с газами, прорывающимися из камеры сгорания.	I j
Третья зона - поршневые кольца, в которой] расло нагревается также выше 150 °C, а в канавках первого поршневого кольца достигает 180-270 °C.
Четвертая зона - стенки гильзы цилиндра, где образующаяся масляная пленка на зеркале цилиндра нагревается на глубину 1-2 мкм| до 300-350 °C.
В третьей и четвертой зонах протекают глубоки^ термоокислительные процессы в масле. На металлических поверхностях омываемых маслом, образуются лаковые отложения от светло-желтого до черного цвета. ; j
Примерный состав лака: карбены и карбфиды 70-80 %, асфальтены и гидрокислоты до 100 %, масло и нейтральные смолы! 15-25 %, которые представляют в целом продукты конденсации гидроксикислот.
Окисление масла при высокой температуре называют термоокислением.
6.5.3.	Характеристики изменения физико-химических свойств масла
Щелочность и кислотность
Очищенное базовое минеральное масло, как правило, является химически нейтральным. Щелочные свойства придают маслу моющие и диспергирующие присадки, добавляемые для нейтрализации кислых соединений, образующихся в процессе эксплуатации масла при окислении углеводородов масла и топлива. По показателям щелочных и кислотных свойств судят о Потенциальной работоспособное ги масла, количестве моющих присадок, степени старения, коррозионной агрессивности и др. эксплуатационных свойствах.	i I
Щелочные и кислые свойства характеризуют следующими показателями:
•	Общее щелочное число TBN (Total basic Nurhber);
•	Число нейтрализации;
•	Общее кислотное число TAN (Total Acid Nanjiber);
•	Число сильных кислот SAN (Strong Asid Naijiber).
Общее щелочное число характеризует щелочность масла, включая щелочность вносимую моющими и диспергирующими присафками. Общее щелочное числе выражают через количество гидроокиси калия (КОН) в мг, эквивалентное количеству
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масеп
300
всех щелочных компонентов, находящихся в 1 г масла (мг КОН/г).
Моторное масло должно обладать определенной щелочностью для сохранения моющих свойств, способности к нейтрализации кислот и подавления процессов коррозии. Чем больше щелочное число, тем большее количество кислот, образующихся при окислении масла и сгорания топлива, может быть переведено в нейтральные соединения. В противном случае эти кислоты вызывают коррозионный износ деталей двигателя и усиливают процессы образования отложений. При работе масла в двигателе щелочное число снижается, а нейтрализующие присадки срабатываются. Такое снижение имеет допустимые пределы, по достижении которых масло считается утратившим работоспособность. Считают, что при уменьшении щелочности масла примерно на 50 % от начальной величины, масло следует заменить. Общее щелочное число определяют потенциометрическим титрованием соляной кислотой по ASTM D 664, ГОСТ 11362, ISO 6619, перхлоровой кислотой по DIN ISO 3771, ASTM D 2896, работающих масел по ASTM D 4739.
Число нейтрализации. Показывает щелочность или кислотность масла. Выражают через количество соляной кислоты (НС1) или гидроокиси калия (КОН) в мг, необходимое для нейтрализации оснований или кислот, находящихся в 1 г масла. Определяют потенциометрическим титрованием по ASTM D 664 или колориметрическим титрованием по ISO 6619, ISO 7537, DIN 51558, ASTM D 974, ГОСТ 11362.
Общее кислотное число TAN. Характеризует содержание слабых кислот. Слабую кислотность выражают количеством гидроокиси калия (КОН) в мг, необходимым для нейтрализации 1 г масла по ASTM D 664 и ГОСТ 11362. Иногда определяют TAN, как показатель, характеризующий образование кислот работающего масла.
Число сильных кислот SAN. Характеризует наличие кислот, которые образовываются при продолжительной работе. Появление в масле сильных кислот означает необходимость замены масла, так как такие кислоты вызывают интенсивный коррозионный износ и образование шлама.
SAN, как и TAN, выражают количеством КОН, пошедшим на их раздельную нейтрализацию.
Коксуемость. При высокой температуре масло разлагается и образуются твердые углеродистые продукты. Термостойкость масла определяется его склонностью к коксованию. Коксование - процесс образования твердого кокса при нагревании масла без доступа кислорода. Коксуемость - склонность масла при нагревании образовывать остаток в результате испарения летучих фракций и термического разложения остатка : масла в отсутствии воздуха. Этот показатель определяют для базовых масел без присадок по DIN 51551, ГОСТ 19932 в Европе и ISO 4262 - в Америке.
Зольность характеризует количество золы, образующееся при сгорании масла,, | Чистое свежее масло без присадок сгорает без остатка. Зола в маслах без присадок является показателем его засоренности. Присадки значительно увеличивают зольность. \ Зольность определяют путем сжигания установленного количества масла в открытом тигле с последующим прокаливание остатка и выражают в процентах от начально! массы масла (ISO 6245, EN 7, DIN EN 7, ASTM D482, ГОСТ 1461.
Сульфатная зольность. Косвенно характеризует содержание присадок и
6.5. Химмотологические процессы “старения" и эксплуатационные свойства масла
301
органических соединений металлов. Золу составляют продукты окисления соединений металлов - окиси (например BaO, CaO, MgO) и сульфаты металлов (например BaSO4, CaSO4, MgSO„). При испытании окиси металлов переводят в сульфаты обработкой серной кислотой, прокаливают при температуре 775 °C до образования сульфатной золы. Сульфатную зольность моторных масел определяют по ASTM D874, ГОСТ 12417, DIN 51575 и выражают в процентах от начальной массы масла.
Моющие присадки, содержащие металлы, предотвращают отложения на поршнях и нейтрализуют кислоты. Излишне зольное масло может усилить отложения в камере сгорания, неблагоприятно влиять на работоспособность свечей зажигания, повысить износ деталей вследствие абразивного воздействия на поверхности трения.
6.5.4.	Продукты окисления и их влияние на характеристики масла
Кислоты образуются на начальной стадии окисления углеводородов при распаде гидроперекисей. Кислоты являются причиной образования смол, которые увеличиваю! вязкость масла, а на нагретых поверхностях образуют различные отложения, которые приводят к повышенному износу двигателя, заклиниванию колец, толкателей. Продукты окисления способствуют коррозии деталей и разрушению резиновых уплотнений. Кислоты ухудшают диспергирующие и моющие свойства масла за счет ускорения срабатываемое™ щелочных моющих присадок.
Отложения в двигате.че зависят от температуры поверхностей металла, свойств масла и условий эксплуатации. Различают:
•	нагар;
•	лак;
•	смолистые вещества;
•	шлам.
Образование и накопление отложений на поверхностях деталей двигателя является результатом недостаточной окислительной и термической стабильности масла и недостаточных моющих свойств.
Нагар - продукты термической деструкции и полимеризации масла и топлива на сильно нагретых поверхностях камеры сгорания (450-950 °C). Нагар имеет характерный черный цвет. Толщина слоя отложений периодически изменяется. При высокой температуре он сгорает. Меньше отложений образуется в разогретом двигателе, работающем под нагрузкой. По структуре нагар бывает монолитным, плотным или рыхлым. Нагар ухудшает отвод тепла и загрязняет масло и двигатель.
Отложения в канавках поршня препятствуют движению колец и вызывают их заклинивание, залипание, прихватывание. В результате этого кольца не прижимаются к стенкам и не обеспечивают компрессию в цилиндрах. Мощность двигателя падает, возрастает прорыв газов в картер, увеличивается расход масла и износ цилиндров.
Лак-твердые или клейкие углеродистые отложения от желтого до черного цвета, которые образуются на умеренно нагретых поверхностях вследствие полимеризации тонкого слоя масла в присутствии кислорода. Лак покрывает юбку и внутреннюю поверхность поршня, шатуны и поршневые пальца, стержни клапанов и нижние части
302
Глава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
цилиндров. Лак ухудшает отвод тепла (особенно поршня), снижает прочность и сохраняемость масляной пленки на стенках цилиндров.
Отложения в камере сгорания образуются из частиц углерода, в результате неполного сгорания топлива, солей металлов, входящих в состав присадок, и термического разложения остатков масла. Раскаленные отложения мопт вызвать преждевременное возгорание рабочей смеси (калильное зажигание), которое создает дополнительные напряжения в двигателе, ускоренный износ подшипников и коленчатого вала, перегрев двигателя, снижает мощность и повышает расход топлива.
Засорение свечей зажигания. Отложения, скопившиеся вокруг электрода свечи, замыкают искровой промежуток, искра становится слабой, а зажигание нерегулярным. В результате этого снижается мощность двигателя и повышается расход топлива.
Смолистые вещества образуются в масле в результате окислительных реакций и полимеризации продуктов окисления и неполного сгорания топлива. Образование смол усиливается на непрогретом двигателе. Продукты неполного сгорания топлива прорываются в картер двигателя при работе на холостом ходу или в режиме стоп-старт. Смолы, углеродистые частицы, водяной пар, тяжелые фракции топлива, кислоты и другие соединения конденсируются, коагулируют в более крупные частицы и образуют в масле черный шлам (black sludge).
Шлам - суспензия и эмульсия в масле из нерастворимых твердых и смолистых мазеобразных веществ от коричневого до черного цвета. Картерный шлам состоит из: 50-70 % масла, 5-15 % воды, топлива, продуктов окисления масла, неполного сгорания топлива и твердых частиц (остальное).
В зависимости от температуры образования различают низкотемпературный и высокотемпературный шлам.
Низкотемпературный шлам образуется в непрогретом двигателе при взаимодействии в картере масла с прорывными газами, содержащими тяжелые фракции топлива, продукты его сгорания. Шлам является причиной возрастания вязкости масла, закупоривания каналов системы смазки, нарушения подачи масла.
Шлам в коробке распределительного механизма является причиной недостаточной ее вентиляции. Мягкий и рыхлый шлам при продолжительной работе становится твердым и хрупким.
Высокотемпературный шлам образуется в результате окисления масла при высокой температуре. При этом повышается молекулярная масса масла и вязкость.
В дизельном двигателе на образование шлама влияет накопление сажи, которая образуется при высокой нагрузке двигателя на обогащенной смеси.
Отложения в двигателе следует рассматривать как результат совместных физико-химических процессов, протекающих в моторном масле и топливе. Характер этих отложений и механизм образования показаны в п. 3.7 ч. 1.
6.5.5.	Моющие свойства масел и методы оценки
Моющие свойства моторного масла заключаются в способности противостоять образованию отложений на горячих поверхностях двигателя. Удержанные продукты окисления в масле по взвешенном состоянии, переводят нерастворимые в масле вещества в коллоидный раствор (рис. 6.25).
6.5. Химмотологические процессы "старения” и эксплуатационные свойства масла
303
Рис. 6.23. Схема механизма действия моющей присадки в смазочном масле: 1 - молекула моющей присадки;
2	- продукты окисления;
3	- мицелла моющей присадки в свежем масле;
4	- мицелла, поглотившая продукты окисления;
5	- конгломерат продуктов окисления.
Ресурс работы масла обусловлен главным образом его моющими свойствами. Так как базовые масла по моющим свойствам не удовлетворяют предъявляемым требованиям по чистоте двигателя, то к ним добавляют моющие и диспергирующие присадки.
Срабатывание присадок является определяющим процессом снижения качества масла. Моющие и диспергирующие присадки расходуются на нейтрализацию кислых соединений, задерживаются в фильтрах вместе с продуктами окисления и разлагаются при высоких температурах. О расходе присадок косвенно судят по уменьшению общего щелочного числа. Кислые вещества, образующиеся при старении масла, реагируют с присадками и понижают щелочность.
Моющие свойства оценивают по чистоте двигателя, общему щелочному числу и коксуемости масел.
Чистота двигателя комплексная характеристика моющих свойств масла, стойкости к окислению, способности подавлять коксо- и смолообразование. Чистоту каждого типа двигателя определяют по количеству загрязнений на отдельных его деталях в процессе стендовых моторных испытаний:
®	дизельного двигателя, работающего в высокотемпературном режиме на сернистом топливе по чистоте поршня и подвижности колец (СЕС L-12-A-76 “Оценка чистоты поршня в испытательном дизельном двигателе MWM KD 12Е”);
®	дизельного двигателя с турбонаддувом, работающего под нагрузкой по образованию отложений на поршнях (СЕС L-24-A-78 “Оценка моторных масел в отношении образования отложений на поршне при тяжелом режиме работ ы дизельного двигателя с супернаддувом (Petter AV-B));
•	дизельного двигателя с турбонаддувом, работающего в условиях неполного прогрева, по образованию отложений на поршне и полированию стенок цилиндра (СЕС L-42-A-92 “Отложения на поршне и полирование стенок цилиндров мощного дизельного двигателя МВ ОМ 364А”;
•	бензинового двигателя по образованию высокотемпературных отложений и прихватыванию колец (СЕС L-55-T-95 “Высокотемпературные отложения и прихватывание колец в бензиновом двигателе”;
•	бензинового двигателя по высокотемпературному окислению моторного масла (4ASTM STP 315Н Sequence III Е, F);
Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
304
®	бензинового двигателя по склонности к низкотемпературному нагаро-образованию (ASTM STP 315Н Sequence V Е, G);
•	бензинового двигателя по склонности к образованию отложений в условиях высокой скорости и высокой температуры (ASTM STP 509А CRC L-38).
Моющую способность масла по прихватыванию колец и по количеству загрязнений в кольцевых канавках оценивают также моторными испытаниями на двигателях “Caterpillar” (ASTM STP 509А).
Стойкость моторных масел к окислению и термоокислению оценивают по повышению вязкости, количеству шлама, лака и других отложений, а также связанными с ними явлениями - заклиниванию поршневых колец и толкателей; закупориванию масляного фильтра и др.
Высокотемпературную стабильность масел для бензиновых и дизельных двигателей оценивают при температуре 150 °C по повышению вязкости, образованию шлама, лакообразованию. заклиниванию колец и толкателей (ASTM D 5533; TU3M, СЕС L-55-T-95; CRC L-38; ASTM D 5119 и др.).
Низкотемпературную стабильность масел для бензиновых двигателей оценивают при температуре 46-100 °C (ASTM D 5302) по заклиниванию колец, закупориванию масляного фильтра, отложениям на крышке клапанного механизма и на поршне (МШ, СЕС L-53-T-95 (37-140 °C)).
Низкотемпературную стабильность масел для дизельных двигателей оценивают по приросту вязкости, образованию шлама, накоплению сажи, отложениям на поршне, отложениям кокса на верхней пасти поршня, засорению кольцевой канавки.
Показатели склонности моторного масла к отложениям согласно ГОСТ 4.24:
•	индукционный период осадкообразования, ч;
•	количество отложений на лабораторной установке, мг;
•	коксуемость, %;
®	моющий потенциал, %;
•	щелочное число, мг КОН на 1 г масла;
•	зольность;
•	моющая способность на лабораторных установках, балл.
6.5.6.	Коррозия. Коррозионная и защитная способность масел
Коррозионные процессы для масел и топлив подчиняются единым законам химической и электрохимической коррозии, которые были рассмотрены в п. 3.10.1 первой части книги.
Коррозионная способность масел отличается от топлив тем, что углеводороды масла коррозионно не активны, а активными являются продукты окисления углеводородов и серосодержащих противозадирных присадках. Кислые продукты и вода совместно с отработавшими газами корродируют цветные металлы вкладышей подшипников и усиливают коррозионный износ деталей. Продукты сгорания масла и топлива - оксиды серы и азота образуют соответствующие кислоты, которые
6.5. Химмотологические процессы “старения” и эксплуатационные свойства масла
305
разрушают металл и усиливают изнашивание металла в процессе трения.
Защитная способность моторного масла и коррозионная активность масел имеют одну природу. Это объясняется тем, что одни и те же активные соединения, присутствующие в масле, в зависимости от концентрации и условий могут корродировать или защищать металл от коррозии.
В основе снижения коррозионных процессов лежит процесс поляризации -изменение величины катодных и анодных потенциалов, приводящее к уменьшению силы тока при электрохимической коррозии. В результате поляризации металл переходит в пассивное состояние. Согласно пленочной теории, это происходит за счет образования защитной многослойной пленки продуктов взаимодействия металла с активными компонентами масла или в результате адсорбции поверхностно активных веществ.
Показатели коррозионной и защитной способности масла согласно ГОСТ 4.84:
•	защитная способность масла в условиях периодической конденсации влаги, %;
•	защитная способность масла в среде электролита, %;
•	защитная способность масла в среде НВг, %;
•	защитная способность масла в дистиллированной воде, %;
•	коррозионная активность масла при испытании на лабораторном приборе, г/м2;
•	коррозионная активность масла при испытании на двигателе (стенде), балл;
•	кислотное число, мг КОН на 1 г масла;
•	коррозионные потери металлов, мг/м2.
В совокупности эти показатели характеризуют консервационные и антикоррозионные свойства.
Коррозионность масла определяют методом воздействия на металлическую пластинку тех металлов, которые контактируют с маслом и являются наиболее чувствительными к коррозии. Коррозионность масла в присутствии воды определяют по стандарту ASTM D 665/Ргос. А, ГОСТ 19199 показателями “соответствует” или “не соответствует”.
Способность масла предохранять детали клапанной системы от коррозии в недостаточно прогретом двигателе, потребляющем сернистое топливо определяют по стандарту ASTM STP 315Н “Моторное испытание на многоцилиндровом двигателе для оценки автомобильных моторных масел. Часть первая, последовательность IID”. Условия испытаний соответствуют попаданию в картер конденсата и продуктов неполного сгорания топлива.
Коррозию подшипников и склонность к образованию отложений в условиях высоких скоростей и температур определяют по американскому стандарту ASTM STP 509L Р4 “Испытания для оценки моторных масел” и стандарту СЕС L-02-A-78 “Моторное испытание окисления масла и коррозии подшипников. Одноцилиндровый бензиновый двигатель Petter W I” на медных и свинцовых пластинах по изменению поверхности пластин и потере массы.
20 Заказ № 2029
Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
306
6.5.7.	Испарение. Испаряемость. Летучесть. Пожароопасность
Процесс испарения - переход от жидкого состояния в парообразное. Для масел, в отличие от топлив, испарение не имеет определяющего функционального значения. Испарение масла происходит в результате нагрева при контакте с горячими деталями камеры сгорания и цилиндропоршневой групп. Пары масла смешиваясь с парами топлива оказывают влияние на образование отложений в двигателе.
Испаряемость масел, как результат процесса испарения, характеризует потери масла на угар - летучесть.
Испарение масла определяет его пожароопасные свойства, характеристикой которых является температуры вспышки.
Испаряемость моторных масел согласно ГОСТ 4.84 оценивают двумя показателями:
•	потери от испарения, %;
•	фракционным составом, который характеризует состав масла, связанный с технологией производства.
Склонность масла к испарению оценивают методом NOACK (Noack volatility test, СЕС L-40-A-93, DIN 5158, ASTM D 5800) при температуре масла 250 °C в течение 1 часа. Испаряемость масел для бензиновых двигателей наряду с методом NOACK оценивают методом воздушной струи (ASTM D 972), методом вакуумной дистилляции (ASTM D 1160) и хроматографически при температуре 371 °C (ASTM D 2887). Для масел дизельных двигателей определяют общие потери масла от испарения в моторных испытаниях (IK, IN, Т8) в г/кВт • ч. Согласно ГОСТ 10306 потери от испарения определяют пропусканием воздуха через нагретое масло. Испаряемость в статических условиях определяют по ГОСТ 20354.
Температура вспышки характеризует пожароопасные свойства. Это самая низкая температура, при которой пары нагреваемого масла образуют с окружающим воздухом такую смесь, которая вспыхивает от открытого огня, но быстро гаснет из-за недостаточно интенсивного испарения. При дальнейшем нагревании достигается температура воспламенения, при которой масло горит не менее 5 с (ГОСТ 4333).
Температура вспышки связана с фракционным и химическим составом и характеризует:
•	пожароопасность масла;
•	присутствие летучих фракций в масле, которые быстрее испаряются в работающем двигателе и определяют расход масла и угар;
степень разбавления масла топливом;
Температуру вспышки масла определяют двумя методами - в открытом и закрытом тигле. Метод открытого тигля называется методом Кливленда СОС (ISO 2592, ASTM D 92, ГОСТ 4333), метод закрытого тигля - методом Пенски-Мартенса PMC (ISO 2719, ASTM D 93, ГОСТ 6356). Численные значения, найденные этими двумя методами, различаются примерно на 20 °C. Для масел чаще всего применяют метод открытого тигля, а для топлива - закрытого тигля.
6.5. Химмотологические процессы "старения" и эксплуатационные свойства масла
307
6.5.8.	Прокачиваемость масла
Прокачиваемость -эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результаты прокачки масла по масляной системе.
Прокачиваемость зависит от химического состава масла, наличия механических загрязнений, воды, конструкции и условий эксплуатации масляной системы.
Показатели прокачиваемости:
•	массовая доля механических загрязнений;
•	массовая доля воды, %;
•	степень чистоты, мг на 100 г масла;
•	вспениваемость, мм;
•	температура застывания;
•	плотность, кг/м3.
Механические загрязнения представляют собой твердые частицы процессов изнашивания деталей двигателя, продукты высокотемпературного окисления топлива и масла (частицы нагара, сажа), загрязнения попадающие извне. Механические загрязнения забивают масляные фильтры, отлагаются в магистралях, увеличивают износ сопряженных деталей и в конечном счете изменяют режим подачи масла к узлам трения. Механические загрязнения в масле определяют чаще всего путем фильтрования бензинового раствора (ГОСТ 12275) или фотометрически (ГОСТ 24943). Для предварительной оценки определяют загрязнения на просвет или на фильтровальной бумаге. Для этого масло нагревают до 50-60 °C и наносят две-три капли на фильтровальную бумагу, на которой хорошо видны загрязнения. Чистое масло дает равномерно окрашенное пятно.
Чистоту масла определяют микроскопическим подсчетом частиц по ISO 4407 и кодированием их числа по ISO 4406. Код частиц загрязнений имеет вид соотношения х/у, гдех —число частиц в 1 мл размером выше 5 мкм,у-число частиц в 1 мл размером выше 15 мкм, например 15/12. Частицы размером до 5 мкм составляют шлам, проходят через фильтр и не оказывают влияние на износ. Частицы выше 15 мкм участвуют в процессе изнашивания.
Массовая доля воды характеризует загрязненность масла. Вода попадает при загрязнении извне и при конденсации в картере атмосферной влаги и паров воды из продуктов сгорания топлива. Находится в растворенном или в свободном состоянии. Растворенная вода существенного влияния на свойства масла не оказывает. Растворенную воду в маслах определяют путем ее взаимодействия с гидридом кальция (ГОСТ 7822). Свободная вода может образовать эмульсию и этим существенно изменить вязкость масла. Вода взаимодействует с присадками и нарушает их работоспособность. Содержание свободной воды не допускается. Наличие свободной воды определяют отстаиванием (ISO 3733, ГОСТ 2477), нагреванием до 105-120 °C (ГОСТ 1547) или по диэлектрической проницаемости (ГОСТ 1473).
Вспениваемость характеризует склонность масла к ценообразованию. При интенсивном перемешивании и взбалтывании работающего масла может образоваться пена, которая ухудшает подачу масла за счет уменьшения производительности
Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
308
масляного насоса. Кроме того, пена ухудшает смазывающие и защитные свойства масла, ускоряет окисление масла.
Вспениваемость зависит от химического состава масла, вязкости, поверхностного натяжения, наличия присадок, условий эксплуатации.
По стандарту' ASTM D 892 вспениваемость определяют по двум показателя -склонность к ценообразованию и стабильность пены.
Склонность к ценообразованию определяют как объем (мл) пены, образующейся в масле в градуированном мерном цилиндре, прогретом последовательно до 94 °C и продуваемом воздухом в течение 5 мин.
Стабильность пены определяют по объему пены после определенного интервала времени отстаивания (по ASTM D 892- 10 минут).
Склонность к ценообразованию увеличивается, а стабильность пены уменьшается при повышении температуры и уменьшении плотности масла. Моющие, вязкостные, противоизносные, антикоррозионные присадки усиливают вспениваемость масел. Склонность к ценообразованию значительно увеличивается при наличии в масле воды.
Всппениваемость масел уменьшают путем введения в их состав противопенных присадок (в основном силиконовых жидкостей).
Температура застывания или температура потери текучести - это самая низкая температура, при которой масло еще обладает способностью течь. По зарубежным стандартам температурой застывания называется температура, которая на 3 °C выше действительной температуры затвердевания, при которой в течение 5 с масло находится в неподвижном состоянии (рис. 6.26) (ISO 3016, ASTM D 97. ГОСТ 20287).
Рис. 6.26. Схема определения температуры застывания.
Температура застывания указывает только на возможность переливания масла (например, из тары), не прибегая к предварительному подогреву. Однозначной взаимосвязи температуры застывания масла с его пусковыми свойствами на холоде не существует. Температура застывания обязательно должна быть ниже той темпе-
ратуры, при которой определяют прокачиваемость согласно классификации SAE J 300.
Минеральное масло - многокомпонентная система, застывание которой является сложным и многостадийным процессом, зависящим от взаимодействия составляющих ее компонентов. В минеральном масле при понижении температу ры в первую очередь зарождаются и растут кристаллы парафина. С появлением мелких кристаллов масло мутнеет и эта температура называется температурой помутнения. В дальнейшем кристаллы парафина растут, соединяются, слипаются и в конечном итоге образуют
6.5. Химмотологические процессы "старения" и эксплуатационные свойства масла
309
кристаллический каркас и масло становится неподвижным, желеобразным. Таким Образом, температура застывания фактически является температурой желеобразования. Между кристаллическим каркасом масло еще остается жидким и при перемешивании Текучесть всей массы масла может частично восстановиться. Такой процесс застывания, как специфический процесс кристаллизации зависит от скорости охлаждения, термической и механической обработки масла, температурного режима. Поэтому при рпределении температуры застывания требуется строгое соблюдение предписанной процедуры охлаждения и выдержки масла.
Равновесная температура застывания определяется после многочасовой (пятидневной) низкотемпературной обработки масла по заданной программе между О °C и—40 °C. Методика учитывает’ влияние факторов, оказываемых на текучесть масла Ьри низкой температуре (FTM Standard No. 791 С, Method 203.1; SAE J 300 APR 95, Appendix В). Недооценка этих факторов может привести к ошибкам в оценке низкотемпературных свойств масла.
Низкая температура застывания важна для зимних и всесезонных масел. При запуске холодного двигателя или в начале движения с непрогретым двигателем [моторное масло в первый же момент своей работы должно поступать в самые узкие и отдаленные места трения. Поэтому температура застывания должна быть ниже минимальной предполагаемой температуры окружающей среды /ов.
Температура застывания часто служит показателем предельной минимальной температуры заливки, переливки и, частично, эксплуатации масла. Минимальная Температура эксплуатации моторных масел согласно спецификации SAE J 300 .определяется по низкотемпературным характеристикам вязкости и прокачиваемости.
Нижний температу рный предел применения моторного масла примерно на 8... 12 |°С выше температуры застывания, т.е.:
t = 1 -(8...12) °C.
OB 3 v	7
Плотность характеризует состав масла, от которого зависит подача масла. 1плотность выражают массой масла в единице объема (кг/м3) или отношением массы единицы объема масла к массе единицы объема чистой воды при 15 °C (60 °F). Плотность измеряют обычно ареометром, рядом с плотностью указывают стандартную [температуру изменения (ГОСТ Р 51069-97), например, кг/см3 при 15 °C.
6.5.9.	Совместимость с эластомерами
Совместимость масел с эластомерами оценивают по результатам продолжительного воздействия масла на резиновые изделия уплотнений (сальники, манжеты, прокладки и др.).
Для повышения стойкости к высокой температуре и уменьшения трения в эластомеры вводят противоокислительные, антифрикционные и другие добавки. При воздействии масел эластомерные изделия могут набухать или терять свою эластичность (стареть). Интенсивность старения зависит от свойств эластомеров, от температуры и химического состава масла. Эластомеры быстро стареют при воздействии на них
Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
310
промежуточных продуктов окисления масла - радикалов и гидроперекисей. Отрицательное влияние на эластомеры оказывают противозадирные (ЕР) присадки. Сера, входящая в состав таких присадок, вулканизирует резину, которая от этого твердеет и уменьшается по объему В лучшем случае изменение объема эластомеров не должно превышать 6 %, на практике допускается иногда 15 %.
Воздействие масла на эластомеры определяют стандартными методами по СЕС L-39-X-95, ISO 1817, DIN 53 521, ASTM D 471, ASTM D 2240, IP 278, ГОСТ 9.030 и Др.
Оценочные показатели:
•	увеличение твердости, ед. D1DC;
«	изменение напряжения разрыва, %;
•	изменение удлинения до разрыва. %;
•	изменение объема, %, (увеличение (+), уменьшение (-)).
6.5.10.	Совместимость масел
Проблема совместимости масел возникает при доливке масла во время эксплуатации.
Минеральные базовые масла смешиваются между собой без ограничений. Полусинтетические масла и масла гидрокрекинга хорошо совмещаются с минеральными маслами. Синтетические полиальфаолефиновые масла тоже хорошо смешиваются с минеральными. Совместимость других синтетических масел (полиэфирных, ароматических, гликолевых, силиконовых и др.) с минеральными маслами и между собой зависит от их строения. Стандарты на товарные моторные масла требуют их полной совместимости. Базовые масла могут быть причиной ухудшения свойств смазочных материалов при их смешивании.
Присадки к маслам применяют в виде хорошо совмещенных наборов - пакетов. Смешение масел с разными пакетами может нарушить их совместимость и привести к ухудшению эксплуатационных свойств масел:
•	снизить эффективность действия отдельных присадок;
•	вызвать загрязенение двигателя за счет выпадения присадок в осадок;
•	изменить вязкость масла.
Нефтекомпании не рекомендуют смешение масел различных марок и придерживаться следующих правил:
•	смешивать только масла одной категории;
•	смешивать только масла, изготовленные из базовых масел одного вида, например, минеральное масло смешивать только с минеральным;
•	синтетические масла рекомендуют не смешивать ни с каким другим маслом.
Не рекомендуется добавление в товарные масла какие либо добавки для улучшения эксплуатационных свойств.
Некоторые фирмы приводят данные по совместимости своих масел с маслами других фирм, но при этом подчеркивают, что они не несут ответственности за последствия этих рекомендаций.
I 6.5. Химмотологические процессы “старения” и эксплуатационные свойства масла , 11
Совместимость вновь создаваемых масел определяют по стандартной американской методике FTM 79 1С, метод 3470.1. “Гомогенность и смешиваемость масел” (Federal Test Method Standard No. 791C, Method 3470.1. Homogenity and Mixibility of Oils).
16.5.11. Биологическая разлагаемость
Биологическая разлагаемость - способность масел разлагаться микро
организмами на нетоксичные водорастворимые соединения. Это свойство становится все более актуальным. Обычные минеральные масла и некоторые синтетические не разлагаются биологически и наносят существенный вред окружающей среде.
В США разработана методика определения биоразлагаемости (ASTM D 5864), согласно которой биоразлагаемыми считаются те масла, которые через 28 дней (не
считая аклиматизационного периода) разлагаются на 60 %. В Европе пока нет такого
метода, поэтому биологическая разлагаемость нефтепродуктов временно определяется по методике СЕС (СЕС L-33-A-93), предназначенной для определения биоразлагаемости моторных масел для двухтактных двигателей, а также по
отраслевому стандарту Германии VDMA 24 568, предназначенному для определения
биологической разлагаемости гидравлических жидкостей. Растительные масла и жиры
животных обладают прекрасной биоразлагаемостью, парафиновые масла разлагаются трудно, а нафтеновые соединения не разлагаются вообще. Легко разлагаются соединения, имеющие сложноэфирные группы, сравнительно легко разлагаются некоторые
синтетические сложноэфирные и полигликолевые масла. Для улучшения биологи-
ческой разлагаемости минеральные масла подвергают химической модификации.
В последнее время в некоторых странах (Германия, Швейцария, страны Скандинавии) принимаются законы , регламентирующие применение биологически не разлагаемых веществ. В первую очередь внимание обращается на масла для
двухтактных двигателей, попадающие в окружающую среду с выхлопными газами, а также на масла применяемые в тракторах, сельскохозяйственной технике, для смазывания цепей бензопил. Производители нефтепродуктов Германии, Австрии, Швейца рии, Франции и других Европейских стран имеют в ассортименте своих продуктов достаточно большое количество биологически разлагаемых масел, гидравлических жидкостей и пластичных смазок. На упаковке таких продуктов наносятся соответствующие знаки (рис. 6.27).
Рис. 6.27. Знаки экологических продуктов:
а) знак Европейского Союза; б) “Синий ангел’" Германии; в) “Белая лебедь” стран Скандинавии; г) США, д) Японии.
312
Гпава 6. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства масел
6.6.	Общие требования к эксплуатационным свойствам моторных масел
Для обеспечения эффективной эксплуатации поршневых ДВС моторные масла должны обладать следующими основными эксплуатационными свойствами:
•	оптимальными вязкостно-температурными - для снижения износа трущихся деталей и уменьшения потерь мощности на трение, для облегчения запуска двигателей при низких температурах окружающего воздуха;
•	смазывающими - для обеспечения надежной смазки на всех режимах работы двигателя;
•	антиокислителъной стойкостью, препятствующей значительному изменению химического состава масла в процессе его работы;
•	моющими - для снижения образования отложений на нагретых поверхностях и в системе смазки;
•	противокоррозионными - для снижения коррозии металлических конструкционных материалов;
•	защитными - для предотвращения хранения металлов от атмосферной коррозии прежде всего в период остановки двигателя.
Кроме того, масло должно обладать низкой испаряемостью, малой пенообразующей способностью и эмульгируемостью, совместимостью с другими маслами, обеспечивать длительную работу двигателей в различных климатических зонах, охлаждать детали двигателя и уплотнять зазоры между ними.
Помимо технических требований предъявляются экологические', низкие токсичность, пожароопасность, уровень шума двигателя, дымность.
Масло должно не изменять своих свойств при длительном хранении, легко транспортироваться и перекачиваться.
При обосновании требований к качеству моторного масла необходимо учитывать особенности конструкции и эксплуатации двигателя:
•	тип подшипников коленчатого вала и шатуна (скольжения, качения и др.);
•	материал подшипников коленчатого вала (баббит, бронза, алюминий, серебро и др.);
•	материал поршней (чугунные, алюминиевые сплавы);
•	наличие шаровой накладки на поршне и жаропрочного напыления днища;
•	наличие графитного покрытия на юбке поршня, специального покрытия на поршневых кольцах, профилирующей обработки поверхности гильзы и поршня;
•	способ подвода масла к трущимся деталям;
•	способ охлаждения поршней маслом (с внутренним протоком, со струйным охлаждением, разбразгиванием);
•	наличие предпускового подогревателя масла;
•	способ и степень фильтрации масла;
•	наличие вентиляции картера.
7.1. Базовые масла минеральные
313
ГЛАВА 7.
Состав моторных масел
В зависимости от способа производства современные моторные масла бывают:
•	минеральные, полученные из нефтяных фракций, очищенных от нежелательных примесей;
•	синтетические, полученные из органических соединений многоступенчатым синтезом;
•	частично синтетические, полученные смешением минеральных и синтетических масел.
По составу товарные моторные масла представляют собой различные смеси базовых минеральных и синтетических масел, к которым добавлены присадки для достижения требуемых эксплуатационных свойств.
7.1.	Базовые масла минеральные
По способу выделения из нефти минеральные базовые масла подразделяют на дистиллятные, остаточные и компаундированные - смесь дистиллятных и остаточных компонентов.
Качество минеральных базовых масел зависит от состава нефти, технологического процесса вакуумной дистилляции атмосферного остатка и способа очистки масляных дистиллятов от нежелательных примесей.
Базовые масла зарубежного производства
Маркировка. Базовое масло сокращенно обозначается буквами BG (basic grade). Далее указывают основной его показатель - вязкость, обычно выраженная в универсальных секундах Сейболта (Saybolt Universal Seconds - SUS) в виде группы цифр, за которой следуют буквы, обозначающие способ очистки:
•	N - глубокой экстракции растворителем (Solvent neutral — N);
•	SP - умеренной экстракции растворителем (Solvent pale - SP);
•	BS - светлое остаточное масло (brightstock - BS).
Например,
BG 70 N - базовое масло, вязкость 70 секунд Сейболта, глубокой очистки экстракцией;
BG 150 BS - базовое масло, вязкость 150 секунд Сейболта, светлое остаточное.
Некоторые компании в Европе обозначают свои масла с указанием индекса вязкости и вязкости в сСт при температуре 40 °C.
Индекс вязкости обозначают VI (viscosity index), по которому масла делят на группы:
•	с низким индексом вязкости - LVI (low viscosity index), VI < 50;
Гпава 7. Состав моторных масел
314
*	со средним индексом вязкости - MVI (medium viscosity index), VI = 50-93;
*	с высоким индексом вязкости - HVI (high viscosity index), VI = 93-115;
*	с очень высоким индексом вязкости - VHVI (very high viscosity index),
Масла LVI и MVI получают при переработке нафтеновой нефти, масла MVT -путем умеренной экстракции растворителем до достижения VI = 70-90, масла HV] -путем более глубокой очистки. Масла с высоким индексом вязкости обладают лучшей антиокислительной и термической стойкостью по сравнению с LVI и MVI.
Фирма “Shell” при маркировке базовых масел после обозначения индекса вязкости показывает вязкость базового масла в сСт при 40 °C. Например: HVI60, HVI 95, HV1160.HVI 650.
Фирма “ВР” обозначает свои базовые масла НС 4. НС 5, НС 6. где НС означает синтетическое углеводородное масло, а число - вязкость масла в сСт при температуре 100 °C. Если указывается две группы цифр, то первая группа из них означает вязкость масла в сСт при температуре 40 °C, а вторая - индекс вязкости. Например, BG 650/85 означает парафиновое базовое масло с вязкостью при 40 °C 650 сСт и индексом вязкости 85.
В таблице 7.1 представлен ассортимент и свойства наиболее часто применяемых базовых масел HVI глубокой экстракционной очистки.
Таблица 7.1 Типовые характеристики нейтральных (N) и остаточных (BS) базовых масел
Марка масла	Плотность при 20 °C, г/см’	Содержание серы, %	Индекс вязкости	Кинематическая вязкость, сСт		Температура застывания, °C	Температура вспылим, °C
				при 40 °C	при 100 °C		
90N	0,860	0,005	92	17,40	3,68	-15	190
100 N	0.860	0,065	101	20,39	АН	-19	192
200 N	0,872	0,095	99	40,74	6,23	-20	226
350 N	0,877	0,126	97	65.59	8,39	-18	252
650 N	0,882	0.155	96	117,90	12,43	-18	272
150BS	0,895	0,263	95	438,00	26,46	-18	302
Американский институт нефти API делит базовые масла на 5 групп (табл. 7.2).
Таблица 7.2
Группы базовых масел по API
Группа	Содержание предельных углеводородов, %	Содержание серы, %	Индекс вязкости
Группа I	<90	>0,03	80-120
Группа 11	>90	<0,03	80-120
Группа III	>90	<0,03	>120
Группа IV	Полиальфаолефины		
Группа V	Другие базовые масла		
7.1. Базовые масла минеральные
315
Базовые масла Российского производства
Для производства базовых масел в России наиболее широко используют Пермские (легкие) и Западно-Сибирские (сернистые) нефти.
Пермские нефти имеют низкое содержание серы, смол, асфальтенов и повышенное содержание парафиновых и нафтеновых углеводородов. Масляные дистилляты из Пермских нефтей по отношению к фенолу имеют относительно высокую критическую температуру растворения (70-85 °C), что затрудняет процесс экстракции высокоплавких парафинов.
Западно-Сибирские нефти по сравнению с Пермскими имеют повышенное содержание серы, смол, асфальтенов и низкое содержание парафинов. Такой состав облегчает процесс депарафинизации, но усложняет процесс очистки от других нежелательных компонентов.
Современные вакуумные установки обеспечивают разделение мазута на более узкие фракции и производство широкого ассортимента масел по вязкости. Например, на высокоавтоматизированной вакуумной установке ВДУ-5 производят 4 масляных фракции с вязкостью при 100 °C:
® маловязкая	4-4,5 сСт;
•	средневязкая	4-5,5 сСт;
•	вязкая	7,5-8,5 сСт;
*	высоковязкая	8,5-9,5 сСт.
Узкое фракционирование позволяет повысить вязкость остаточного компонента до 25 сСт при 100 °C, а в составе гудрона снизить содержание фракций до 500 °C с 25% до 4-5 %.
Повышение вязкостных характеристик узких масляных фракций позволило снизить в них содержание остаточного компонента на 15-20 %, что благоприятно сказалось на эксплуатационных свойствах базовых масел.
Качество базовых масел по отдельным характеристикам соответствует требованиям западных стандартов. Базовые масла класса SAE-10 по температуре вспышки, испаряемости, диэмульсионным характеристикам отвечают требованиям западных типовых спецификаций, а по индексу вязкости вплотную приблизились к ним (табл. 7.3 и 7.4). Фирма “Лукойл-Пермнефтеоргсинтез” поставляет на экспорт базовые масла SAE-10 и SAE-30 практически на уровне мировых стандартов. Совместно с зарубежными компаниями “British Petroleum” и “Shell” созданы производства по выпуску моторных масел для судовых и высокофорсированных дизельных двигателей.
Однако еще в некоторых случаях отечественные базовые масла уступают по свойствам своим западным аналогам: имеют более широкий фракционный состав, высокую испаряемость, более низкие значения индекса вязкости и температуры вспышки, худший групповой углеводородный и химический состав, а также содержат большее количество воды и азота.
Требования типовых спецификаций западных производителей смазочных масел гораздо жестче требований отечественных стандартов. Так, на экспортные базовые масла по ТУ 38.101 1270 не нормируются характеристики испаряемости, групповой
Таблица 7.3
Сравнительная характеристика качества базового масла SAE-10 зарубежного и отечественного производства
Наименование показателей	Тип. спец.	AG1P	Метод испыт.	ТУ 38.1011270	Производители						
					ИНОС	1’11113	ИОРСИ	Я! ЮС	УНХ	ВНИЗ	Метод испыт.
	SN-150	SN-150	ASTM	SAE-10	SAE-10	SAE-10	SAE-10	SAE-10	И-20А	SAE-10	гост
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1. Кинематическая вязкость при 100 “С, сСт	4,5-5,3	5,25	D445	4,5 + 0,5	5	4,8	4,9	5,3	5	4,3-5,0	33-82
2. Кинематическая вязкость при 40 “С, сСт	28	30	D445		28	26,05	30	34	32	30	33-82
3. Индекс вязкости, не менее	100	106	D2270	100	97	94	91	95	96	92	25371
4. Коксуемость, %, не более	0,04	0,012	D 4530	0,04	0,02	0.005	0,1	0,015	0,02	0,02	19932
5. Температура вспышки в открытом тигле, "С, не ниже	210	218	D92	195	206	200	200	206	210	<185	4333
6. Температура застывания, "С	-13	-12	D97	-15	-15	-15	-17	-15	-15	-15	20287
7. Кислотное число, мг KOI 1/1 г масла, не более	0,02	0,003	D974	0,02	0,003	0,01	0,01	0,01	0,01	<0,02	5985
8. Зольность, %, не более	0,005	0,005	D482	0,005	0,005	0,003	0,004	0,002	0,003	<0,005	1461
9. Испаряемость по NOACK, % масс, не более	15	12	DIN 51581		14	>18	>17,0	15	16	>18	DIN 51 581
10. Массовая доля воды, %, не более	100 РРт	100 РРт	D4938	следы	следы	следы	следы	следы	следы	следы	2477
11. Массовая доля механических примесей, %	отс.	ОТС.	D 893	отс.	отс.	отс.	отс.	отс.	отс.	отс.	3370
12. Содержание серы, %, нс более	0,5	0,2	D2784	отс.	0,3	0,48	0,9	0,8	0,5	0,3	1437
Глава 7. Состав моторных масел
Продолжение табл. 7.3
I	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
13. Содержание											
водорастворимых кислот и щелочей	отс.	отс.	-	О ГС.	О ГС.	ОТС.	ОТС.	отс.	ОТС.	ОТС.	6307
I4. Цвет, ел. ЦП Г, не более 15. Содержание	0,5	0.5	D 1500	1	0,5	1	1	0,5	1	<1	20284
селективных											1057
растворичслей	ОТС.	отс.	»	отс.	ОТС.	отс.	отс.	ОТС.	ОТС.	отс.	1520
I6. Плотность, г/см' при 20 "С, не более* 17. Групповой углево-	0,870	0,867	D 1298	0,88	0,868	0,865	0,873	0,876	0,878	0,87	3900
дородный состав, %: ароматические, не более	I0	6	D 3238	-	7	22					D 3238
парафиновые	60-70	60-64	D 3238	-	62-65	46-55					
непредельные	20-28	28-29	D 3238	-	30-32	20-25					
18. Ко х|>фициент рефракции											
при 20°С	1,48		D2159	-							
19. Деэмульсационные	5 40/	5'40/			5'40/	5'40/	540/	5'40/	5'48/	5'48/	D2159
характеристики при 54 °C	40/0	40/0	D 1401	-	40/0	40/0	3/37	36/4	36/6	36/6	
20. Содержание хлора, ppm.	5	4	D 3120	-							D 1401
не более											
* по ASTM плотность нормируется		при 15 °C									
7.1. Базовые масла минеральные
Таблица 7.4
Сравнительная характеристика качества базового масла SAE-30 зарубежного и отечественного производства
11аименованис показателей	Тин. спец.	АСТР	Метол испыт.	ТУ 38.1011270	11роиз водители					
					иное	РИНЗ	НОРСИ	япнз	1311113	Метод испыт.
	SN-500	SN-450	ASTM	SAE-30	SAE-30	SAE-30				гост
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1.	Кинематическая вязкость при 100 "С, сСт 2.	Кинематическая вязкость при 40 "С, сСт 3.	Индекс вязкости, ие менее 4.	Коксуемость, %, не более 5.	Температура вспышки в открытом тигле, °C, пс ниже 6.	Температура застывания, "С 7.	Кислотное число, мг KOI 1/1 г масла, пс более 8.	Зольность, %, не более 9.	Испаряемость но NOACK, % масс, не более 10.	Массовая доля воды, %, не более 11.	Массовая /юля механических примесей, % 12.	Содержание серы, %, не более	11 98 95 0,15 230 -12 0,05 0,005 3 100 РРт аге. 0,7	10,1 89 97 0,14 248 -12 0,03 0,003 4,7 100 ppm огс. 0,6	D445 D 445 D 2270 D 4530 D92 D97 D 974 D 482 DIN 51581 D 4928 D 893 D2784	11 + 0,5 90 0,25 230 -15 0,02 0,005 следы оте. ore.	11 101 93 0,14 240 -15 0,005 0,002 3,1 следы от с. 0,66	10,5 94 90 0,12 227 -15 0,005 0,001 3,8 следы СТС. 0,74	10,8 96 91 0,18 236 -17 0,015 0,004 следы ото. 0,9	11,3 94 90 0,23 228 -15 0,006 0,002 следы огс. 0,7	11,4 89 0,22 240 -15 0,02 0,003 следы ото. 0,5	33-82 33-82 25371 19932 4333 20287 5985 1461 DIN 51581 2477 3370 1437
Глава 7. Состав моторных масел
Продолжение табл. 7.4
I	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
13. Содержание	отс.	отс.	-	ОТС.	ото.	ОТС.	ОТС.	ОТС.	ОТС.	6307
водорастворимых кислот										
и щелочей										
14. 11,вет, ед. IЦ I Г, не более	2.5	2,5	D 1500	3,5	3	3,5	3,5	3,5	3,5	20284
15. Содержание селективных	01 с.	ОТС.	-	ОТС.	ОТС.	ОТС.	ОТС.	ОТС.	ОТС.	1057
расч нори гелей										1520
1(). Плотность, г/ем5	0,885	0,885	D 1298	0.9	0,885	0,888	0,89	0,887	0,883	3900
при 20 "С, нс более*										
17. Групповой углево-			D 3238							D 3238
дородный состав, %:										
ароматические, нс более	10	7		-	6					
парафиновые	65-68	62-65		-	82-85					
непредельные	25-30	28-30		-	8-9					
18. Коэффициент рефракции	1,488		D2159		1.489					
при 20 °C										
19. Деэмульсацнонные	1040/	20'40/	D 1401	-	10'40/	60'32/	>60'40/31/37			D2159
харак1сристики при 54 "С	40/0	37/3			40/0	41/7				
20. Содержание хлора, ppm,	5	5	D 3120	-						D 1401
не более										
* но ASTM плотность нормируется при		5 “С								
7.1. Базовые масла минеральные
Гпава 7. Состав моторных масел
320
углеводородный и химический состав, диэмульсационные показатели. Это влияет на востребованность российских базовых масел на Западном рынке.
7.2.	Базовые масла синтетические
Получают при помощи процессов полимеризации и алкилирования непредельных углеводородов, хлорирования алкановых и ароматических углеводородов, конденсации эфиров и др.
Химическое строение является основным критерием классификации базовых синтетических масел:
®	углеводородные масла на основе полиальфаолефиновых соединений, изопарафиновых углеводородов и алкилбензола:
®	полиэфирные масла, включающие алифатические полиэфиры (полиалки-ленглколи), эфиры карбоновых кислот, эфиры себациновой кислоты, неопентилполиэфиры, эфиры фосфорной кислоты и др.;
®	силиконовые масла, включающие силоксаны и эфиры кремниевой кислоты.
Каждый класс синтетических масел различается мономерным составом. Например, полиальфаолефиновые масла получают полимеризацией этилена, пропилена, бутилена, децена и др.: в молекулы силиконовых жидкостей могут входить звенья диметилсилоксана, эфирные группы кремниевой кислоты.
Свойства синтетических масел различаются не только между классами, но и внутри каждого класса.
Производители синтетических масел обычно присваивают своим продуктам не химические, а технические наименования. Поэтому по товарным названиям не всегда можно судить о свойствах масел и их пригодности к конкретной области применения.
Синтетические базовые масла не имеют всей совокупности положительных качеств, характерных для минеральных масел. Однако отдельные синтетические масла обладают улучшенными эксплуатационными свойствами, превышающими свойства минеральных масел.
Углеводородные масла. Полиальфаолефиновые масла (ПАО) наиболее распространены в технике и составляют более одной трети всех синтетических масел. Они отличаются универсальными смазочными свойствами, могут работать в широком интервале температур, обладают высоким индексом вязкости и стабильностью свойств, не вызывают коррозии металлов, не оказывают отрицательного влияния на материалы прокладок и уплотнений, хорошо смешиваются с минеральными маслами. ПАО масла самые дешевые из синтетических масел.
Полимеры этилена имеют высокий индекс вязкости до 130, низкие температуры застывания и невысокую коксуемость. В смесях с минеральными маслами глубокой очистки их применяют в качестве авиационных газотурбинных масел.
Полимеры пропгаенаи^юлу^ле^ретъил индекс вязкости и низкую термическую стабильность.
Сополимеры пропилена и этилена позволяют получить синтетические масла с индексом вязкости до 140 и с температурой застывания до -54 °C, высокой стойкостью к окислению до 200 °C и термической стабильностью до 315 °C.
7.2. Базовые масла синтетические
321
Полибутены с молекулярными массами 300-1500 применяют в качестве присадок, улучшающих индекс вязкости. Применение ограничено низкой окислительной и термической стойкостью. При температуре выше 200 °C они деполимеризуются.
Полимеры высших олефинов получают из сырья на основе крекинга природных парафинов и синтетических олефиновых фракций первичных продуктов. Резвет-вленные «-олефины имеют более низкие значения индекса вязкости, чем олефины с прямой цепью. Индекс вязкости повышается с увеличением молекулярной массы. Полимерные масла на базе крекинг-олефинов характеризуются хорошими вязкостнотемпературными свойствами.
Полимеры алкилированных ароматических углеводородов применяют в качестве базовых масел и специальных жидкостей с хорошими низкотемпературными свойствами. На основе диалкилбензола могут быть получены масла близкие по свойствам к полиолефиновым маслам. Низкозастывающие масла (-30 °C) с индексом вязкости выше 100 могут быть получены из крекинг-олефинов конденсацией с бензолом или его производными. Высококачественные смазочные масла получают комбинированной полимеризацией - конденсацией крекинг-олефинов с ароматическими нефтяными фракциями после тщательного удаления кислорода, серы и азота в присутствии катализатора А1С13.
Эфиры карбоновых кислот имеют низкие температуры застывания, высокие температуры вспышки, хорошие смазывающие и термические свойства; хорошо смешиваются с минеральными маслами.
Эфиры фосфорной кислоты применяют в качестве огнестойких гидравлических жидкостей и присадок к маслам и топливам.
Силиконовые масла. Силоксаны - прямоцепочные полимеры алкил- и арилсилоксанового ряда, свойства которых определяются молекулярной массой и природой боковых цепей. Они имеют сравнительно высокие температуры кипения, низкую испаряемость и высокие температуры вспышки. Обладают высокой термической стабильностью, имеют хорошую окислительную стабильность, химическую нейтральность и совместимость с эластомерами. Недостаток силоксанов - высокая растворимость воды.
Сложные эфиры кремниевой кислоты в отличие от силоксанов (углеводородные радикалы связаны через атом кислорода -Si-O-R), имеют низкую испаряемость, превосходные вязкостно-температурные характеристики. Недостаток - низкая гидролитическая стабильность.
Наиболее полный обзор синтетических соединений для получения различных смазочных материалов и специальных жидкостей дан в книге Д. Кламана “Смазки и родственные продукты” перевод с английского под редакцией профессора Ю.С. Заславского. М. Химия, 1988 (табл. 7.5).
Синтетические масла маркируют символами в соответствии их химическому строению. Одна из наиболее распространенных систем обозначения приведена в стандарте Германии DIN 51 502 (табл. 7.6).
Частично синтетические масла содержат в смеси в минеральным маслом более 25 % синтетического масла. Некоторые фирмы (“Kuwait Petroleum”) к частично
21 Заказ № 2029
Сравнительные свойства синтетических и минеральных базовых масел
Таблица 7.5 Й to
Свойства	Типичные минеральные масла	Углеводородные масла (НС)		Полиэфирные масла (О				Силиконовые масла (Si)		Фторированные углеводороды (ГК)
		1 (олиаль-фаолсфи-иовые (НЛО)	Полимеры алкилированных ароматических соединений	Алифатические полиэфиры (полпалки-ленгликоли) PAG	Эфиры карбоновых кислот	тилполиэфиры	Эфиры фосфорной КИСЛОТЫ (Р11) 1 Icoiicii-	Силиконы Эфиры	кремниевой кислоты	
Текучесть	Умерен.	Хорошая	Хорошая	Хорошая	Оч.хорош.	Оч.хорош.	Умерен.	I (ревосх.	Превосх.	I Ьюхая
Вязкостно-	Умерен.	Хорошие	Умерен.	Хорошие	11ревосх.	Оч.хорош.	Плохие	Превосх.	Превосх.	Умерен.
температурные Низкотемпературные	Плохие	Хорошие	Хорошие	Хорошие	Хорошие	Хорошие	Умерен.	Хорошие	Хорошие	Хорошие
Стойкость к	Умерен.	Очень	Умерен.	I Ьюхая	Очень	Умерен.	Хорошая	Очень	Очень	Превосх.
окислению Смешиваемость с	-	хорошая	Превосх.	Плохая	хорошая Хорошая	Умерен.	Умерен.	хорошая I Ьюхая	хорошая Умерен.	Плохая
минер, маслами Совместимость с	Превосх.	Превосх.	Превосх.	Умерен.	Хорошая	Умерен.	Плохая	Хорошая	Умерен.	Хорошая
лаками и красками Гидролитическая	11ревосх.	11ревосх.	Превосх.	Хорошая	Умерен.	Умерен.	Умерен.	Хорошая	1 Ьюхая	Оч.хор.
стабильность А11тико р роз ио ш I ые	Превосх.	Превосх.	Превосх.	Хорошие	Умерен.	Умерен.	Умерен.	Хорошие		-
характеристики Растворимость	Превосх.	Хорошая	Превосх.	Умерен.	Очень	Очень	Хорошая	1 Ьюхая	-	-
присадок 11абухание	Легкое	Отсутств.	Легкое	Легкое	хорошая Умерен.	хорошая Сильное	Сильное	Легкое	Легкое	Умерен.
эластомеров Смазывающие св-ва	Хорошие	Хорошие	Хорошие	Хорошие	Оч.хорош.	Оч.хорош.	Превосх.	Умерен.	Умерен.	1IpCBOCX.
Термическая	Умерен.	Умерен.	Умерен.	Хорошая	Хорошая	Хорошая	Умерен.	Очень	Хорошая	Оч.хор.
стабильность Огнестойкость	1Ьюхая	Плохая	Плохая	Умерен.	Умерен.	Умерен.	Превосх.	хорошая Умерен.	Умерен.	1 (ревосх.
Стоимость	Низкая	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя	Высокая	Высокая	Оч.высок.
Гпава 7. Состав моторных масел
7.3. Присадки
323
Таблица 7.6
Обозначения синтетических масел по DIN 51502
Синтетическое масло	Обозначение
Углеводородное масло Полиолефин Палиальфаолефиновое масло Полиизобутен Полиэфирное масло 11олигликолевос масло Масло эфиров фосфорной кислоты Фторорганическая жидкость Перфторполиэфирное масло Силиконовое масло	НС РО РАО PIB Е PG,PAG PH FK PFPE SI
синтетическим относят масла с измененной молекулярной структурой гидрокрекинга масел минерального происхождения
Сравнительные свойства минеральных и синтетических базовых масел приведены в табл. 7.5).
7.3. Присадки
Присадки вводят в базовые масла с целью:
•	придания маслу новых свойств;
•	улучшения имеющихся свойств;
•	замедления нежелательных процессов.
Эффективность действия присадок обусловливается их химическими свойствами, концентрацией, приемистостью к базовым маслам.
Присадки классифицируют по функциональному действию:
•	вязкостные, которые улучшают индекс вязкости и снижают температуру застывания;
•	улучшающие смазывающие свойства (модификаторы трения, антифрикционные, противоизносные, проивозадирные, антипиттинговые, металлоплакирующие);
•	антиокислительные, предотвращающие окисление масла (антиоксиданты);
•	антикоррозионные (ингибиторы коррозии);
•	моющие (детергенты);
•	противопенные и другие.
Большинство присадок являются многофункциональными, т.е. обладают несколькими полезными свойствами, например, моющие присадки одновременно являются антикоррозионными.
Вязкостные присадки применяют для улучшения вязкостно-температурных характеристик. Их еще называют модификаторами вязкости. К вязкостным присадкам
Глава 7. Состав моторных масел
324
относят депрессанты температуры застывания. Их действие основано на подавлении гелеобразования при низкой температуре в результате кристаллизации парафина.
Модификаторы вязкости повышают текучесть масел при низкой температуре и стабилизируют вязкость при высокой. Это достигают введением полимерных загустителей. При низкой температуре, когда масло вязкое, молекулы полимера находятся в “скрученном” виде и мало влияют на вязкость. С повышением температуры они “раскручиваются” и повышают вязкость жидкости (рис. 7.1). Таким образом подавляется зависимость вязкости масла от температуры и повышается индекс вязкости.
низкая
температура
---->
высокая
а	б
Рис. 7.1. Полимерные молекулы модификатора вязкости в холодном («) и в нагретом масле (о).
В качестве модификаторов вязкости применяют полиизобутилен, полиметан-крилаты, сополимеры этилена, пропилена, бутилена, гидрированный сополимер стирола и бутадиена, гидрированный полиизопрен и др. Загущающие полимеры выпускают в виде растворов в стандартном базовом масле и поставляют на рынок маркированными как концентраты в соответствии с их загущающим эффектом.
Полимерные модификаторы вязкости эффективны в маслах при умеренных нагрузках и невысокой дефорации сдвига. При большой нагрузке и высокой деформации сдвига длинные молекулы загустителей могут разрываться на мелкие фрагменты, вследствие чего эффективность загустителя уменьшается. Однородные по длине и линейной конфигурации молекулы масла более устойчивы к механической деструкции.
Депрессанты подавляют срастание кристаллов парафина и снижают температуру их кристаллизации. При понижении температуры из углеводородного масла начинают выпадать парафиновые кристаллы в виде игл и пластин с образованием пространственной кристаллической решетки, что приводит к потере текучести масла (желатинизации). Низкотемпературную текучесть улучшают глубокой депарафинизацией и добавлением депрессантов. Масла депарафинируют лишь частично до температуры застывания порядка -15 °C, а дальнейшее понижение температуры застывания еще на 20-30 °C достигается введением депрессорных присадок. В качестве депрессорных присадок применяют алкилнафталины, алкилфенолы и другие полимерные продукты в концентрации 0,05-1,0 %.
Присадки, улучшающие смазывающие свойства по принципу действия делят на:
7.3. Присадки
325
• противоизносные;
о противозадирные для экстремальных условий (ЕР присадки);
Противоизносные присадки увеличивают липкость и улучшают смазываемость. При нормальном смазывании, полярные группы молекул масла образуют на поверхностях трения адсорбированные пленки. При граничном смазывании, сила трения и износ зависят от стойкости этих пленок и силы взаимодействия молекул масла с поверхностью металла, т.е. от липкости масла.
Противоизносными свойствами обладают жирные спирты, амиды, сложные эфиры, соединения фосфора, которые образуют химическую связь с поверхностью металла. Чем сильнее связь, тем требуется меньшая величина вязкости масла для снижения износа и потерь энергии на трение (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Влияние свойств присадок па изменение коэффициента трения от температуры:
1	- базовое паркафиновое масло без присадок;
2	- с липкостными присадками;
3	- с противозадирными ЕР присадками;
4	- с липкостными и противозадирными ЕР присадками.
Модификаторы трения регулируют коэффициент трения смазываемых поверхностей.
Дня уменьшения коэффициента трения применяют соединения, в молекуле которых имеется сильная полярная группа, обеспечивающая хорошее прилипание и длинная линейная цепочка, обеспечивающая хорошее скольжение (рис. 7.3).
Дня повышения трения применяют соединения, в молекуле которых имеются сильная полярная группа, обеспечивающая хорошее прилипание, и короткая линейная часть, обеспечивающая хорошее сцепление.
Рис. 2.4. Влияние модификатора трения на коэффициент трения:
1	- масло без модификатора трения;
2	- масло с модификатором трения. Заштрихованная площадь эквивалента экономии энергии.
326
Глава 7. Состав моторных масел
Противозадирные ЕР присадки (extreme pressure) предотвращают поверхности трения от задира при высоких давлениях. Сваривание и заедание деталей предотвращают соединениями серы, фосфора, которые в местах наивысшего трения и высоких температур разлагаются с выделением соответствующих активных элементов, реагирующих с металлом и образующих сульфидную, фосфидную, твердую хемосорбпионную пленку. Такая пленка более стойкая, чем адсорбционная, и лучше защищает поверхности трения от износа в условиях высоких нагрузок и температур.
Твердые противозадирные присадки (дисульфид молибдена, политетрафторэтилена) имеют коллоидную структуру и на поверхности трущихся деталей образуют прочные противоизносные и противозадирные пленки с высокой критической рабочей тем пературой. Трение снижают также за счет легкого скольжения слоистой графитной присадки.
Антикоррозионные присадки нейтрализуют кислоты, образующиеся при окислении углеводородов. Образуют защитную адсорбционную или хемосорбционную пленку, препятствующую реакции кислот с поверхностью металла, связывают влагу, вызывающую коррозию.
Ингибиторы коррозии защищают поверхность деталей из цветных металлов от коррозии и коррозионного износа, вызываемых органическими кислотами. Механизм защиты - образование защитной пленки и нейтрализация кислот. Дня этих целей применяют диалкилдитиофосфат цинка, соединения серы и фосфора. Присадки против ржавления защищают стальные или чугунные детали от ржавления. Механизм защиты - образование сильно адсорбированной защитной пленки, предохраняющей поверхность металла от непосредственного контакта с водным раствором кислоты. Для этой цели применяются аминосукцинаты и сульфонаты щелочных металлов, обладающие сильными поверхностно-активными свойствами.
Антиокислителъные присадки, называемые ингибиторами окисления, подавляют окисление масла в начальной его стадии путем взаимодействия с первичными продуктами реакции окисления - перекисями и обрывают цепные реакции окисления. Антиокислительные присадки, снижающие образование кислот, являются одновременно антикоррозионными присадками.
Каталитическое действие ионов металлов на окисление масла подавляют деактиваторами металлов - органические соединения, связывающие ионы металлов в неактивные комплексы. В качестве антиокислителей применяют фенолы и амины, а в качестве деактиваторов металлов - органические соединения серы и фосфора.
Моющие присадки предотвращают агломерацию (слипание) нерастворимых продуктов окисления и их отложение на деталях. По механизму действия их делят на детергенты и дисперсанты.
Детергенты - поверхностно-активные вещества (маслорастворимые алкилбензолсульфонаты, фосфаты и др.), защищающие поверхность деталей двигателя от прилипания и скопления на них продуктов окисления. Некоторые сульфонаты имеют щелочные свойства и нейтрализуют кислые продукты окисления. В состав щелочных присадок могут входить диспергированные окиси, гидроокиси и карбонаты металлов.
Дисперсанты подавляют агломерацию и слипание продуктов окисления и осаждение смолистых веществ на поверхности деталей. В качестве дисперсантов
7.3. Присадки
327
применяют полимеры с полярными группами, которые поддерживают коллоидные частицы продуктов окисления и загрязнении во взвешенном состоянии (рис. 7.4).
—®
Рис. 7.4. Схема действиядисперсантов: a - образование суспензии; б - образование эмульсии.
Эмульгаторы - понижают поверхностную энергию жидкостей, вследствие чего вода в масле образует стойкую эмульсию и не выделяется в отдельный слой. Эмульгаторами служат детергенты.
Противопенные присадки снижают пенообразование. В составе противопенных присадок обычно содержатся силиконовые масла - полиалкилсилоксаны и некоторые другие полимеры. Силиконовые масла разрушают стенки крупных пузырей, а полимеры уменьшают количество мелких пузырей.
328
Гпава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
ГЛАВА 8.
Классификация и требования к качеству моторных масел
8.1.	Классификация масел по вязкости
Международные классификации вязкости
Для облегчения выбора масла необходимой вязкости составлены ряды вязкости, в которых через установленный шаг определены фиксированные значения вязкости масла, которые называют степенями вязкости и классом вязкости.
Основные ряды вязкости масел обобщены в системы:
•	степени вязкости ISO Международной Организации по Стандартам (Viscosity Grades - ISO VG) - для всех масел индустриального назначения;
•	классы вязкости SAE Общества инженеров автомобилестроителей США (Viscosity Grades - - SAE VG) - отдельные ряды для моторных и трансмиссионных масел.
Степень вязкости ISO VG определяют при помощи капиллярного вискозиметра при температуре 40 °C. Ряд степеней вязкости ISO составлен из средних значений кинематической вязкости согласно стандарту ISO 3448:1992 и обозначают как показано в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Степени вязкости ISO и средние значения кинематической вязкости, сСт при 40 °C
Степень вязкости ISO	Средние значения кинематической вязкости, сСт	Допустимые значения вязкости, сСт
SO VG 2	2,2	1,98-2,42
ISO VG 3	3,2	2,88-3,52
ISO VG 5	4.6	4,14-5,06
ISO VG 7	6,8	6,12-7,48
ISO VG 10	10	9,00-11,0
ISO VG 15	15	13,5-16,5
ISO VG 22	22	9,8-24,2
ISO VG 32	32	28,8-35,2
ISO VG 46	46	41,4-50,6
ISO VG 68	68	61,2-74,8
ISO VG 100	100	90,0-110
ISO VG 150	150	135-165
ISO VG 220	220	198-242
ISO VG 320	320	288-352
ISO VG 460	460	414-506
ISO VG 680	680	612-748
ISO VG 1000	1000	900-1100
ISO VG 1500	1500	1350-1650
_________________________g. 1. Классификация масел по вязкости_____________ 329
Классы вязкости SAE
Моторные масла классифицируют по вязкости согласно единой системы SAE (табл. 8.2).
Таблица 8.2
Классификация моторных масел по вязкости SAE j-300 DEC 99
Класс SAE	Низкотемпературная характеристика: динамическая вязкость, мПа • с, не более		Высокотемпературные характеристики: вязкость		
	по методу ASTM D 5293 (вискозиметр CCS, имитация холодного пуска)	по мет оду ASTM D 4684 (вискозиметр MRV, прокач иваем ость)	кинематическая при 100°С (по методу ASTM D 445), мм7с		динамическая при 150°С и скорости сдвига 106 с-1 (по ASTM D 4683, D4741 или D 5481), мПа • с, не менее
			минимальная	максимальная	
0W	6200 при -35°С	60000 при -40°С	3,8	-	-
5W	6600 при -30°С	60000 при -35°С	3,8	-	-
10W	7000 при -25°С	60000 при -30°С	4,1	-	-
15W	7000 при -20°С	60000 при -25°С	5,6	-	-
20W	9500 при-15°С	60000 при -20°С	5,6	-	-
25W	13000 при-10°С	60000 при-15°С	9,3	-	-
20	-	-	5,6	9,3	2,6
30	-	-	9,3	12.5	2,9
40	-	-	12,5	16.3	2,9*
40	-	-	12,5	16,3	3 7**
50	-	-	16,3	21,9	3,7
60	-	-	21,9	26,1	3,7
* Для классов SAE 0W-40, 5W-40 и 10W-40.
** Для классов SAE I5W-40, 20W-40, 25W-40 и SAE 40.
Согласно SAE J-300 DEC 99 определены два ряда вязкости: зимний, который обозначается буквой “W” (Winter), и летний ряд без буквенного обозначения.
Масла нормируют следующим образом.
Зимние классы: SAE OW. 5W, 10W, 15W, 25W;
Летние классы: SAE 20, 30,40, 50, 60.
Всесезонные классы состоят из комбинации зимнего и летнего классов, разделенных знаком “тире”:
SAE 0W-20,0W-30,0W-40, OW-50,0W-60
SAE 5W-20,5W-30,5W-40, 5W-50,5W-60
SAE 10W-30,10W-40,10W-50,10W-60
SAE 15W-30, 15W-40,15W-50,15W-60
SAE 20W-30,20W-40,20W-50,20W-60
Цифра в зимних классах перед буквой W означает вязкость в секундах Сейболта при температуре минус 17,8 °C, а цифра в летних классах - вязкость в секундах
jtq  _________Гпава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел_______
Сейболта при температуре плюс 98,9 °C. Чем выше число, входящее в обозначение класса, тем выше вязкость.
Низкотемпературная характеристика масел
Для зимнего ряда установлены две низкотемпературных характеристики динамической вязкости:
•	максимально допустимая вязкость, обеспечивающая проворачиваемость коленчатого вала со скоростью, необходимой для холодного пуска двигателя при температуре, соответствующей этой вязкости;
•	максимально допустимая вязкость, равная 60000 мПа с для всех классов зимнего ряда, обеспечивающая прокачиваемость масла по масляной системе при соответствующей этой вязкости отрицательной температуре. Эти температуры являются минимально допустимыми для применения масел каждого класса.
Вязкость проворачивания определяют на имитаторе холодного пуска -вискозиметре CCS по стандарту' ASTM D 5293. От этой вязкости зависит число оборотов коленчатого вала двигателя во время “зимнего пуска”.
Вязкость прокачивания определяют по стандарту ASTM D 4684 на вискозиметре MRV. Вязкость прокачивания характеризует возможность притока масла в масляный насос и создание требуемого давления в системе смазки при запуске двигателя. Это определение ввели после того, как было замечено, что некоторые масла (SAE 10W-30 и SAE 10W-40) после пребывания определенное время при низкой температуре (более 24 часов) теряют текучесть и становятся желеобразными.
Масла зимнего ряда с низкой величиной низкотемпературной вязкости (SAE 5W, SAE 10W) выгодно применять дтя облегчения запуска и существенного снижения износа двигателя, поскольку в первые секунды работы двигателя при недостаточном поступлении масла к удаленным точкам смазывания проявляется наиболее сильное изнашивание.
Дополнительную информацию о низкотемпературной вязкости SAE рекомендует получать по методу ASTM D 3829 при определении температуры прокачивания и вязкости при низкой температуре и низкой скорости сдвига на сканирующем вискозиметре Брукфильда по методу ASTM D 5133, а также фильтруемости масел при низкой температуре.
Высокотемпературная характеристика масел
Для масел зимнего ряда устанавливают минимальную кинематическую вязкость при 100 °C.
Для масел летнего ряда определяют три показателя высокотемпературной вязкости:
•	минимальная кинематическая вязкость при 100 °C;
•	максимальная кинематическая вязкость при 100 °C;
•	минимально допустимая динамическая вязкость при 150 °C и скорости сдвига 106 с1.
Кинематическую вязкость определяют по методу ASTM D 445. Динамическую вязкость при скорости сдвига 106 с”1 определяют по методу ASTM D 4683, ASTM
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
331
D 4741 или D 5481.
Высокотемпературная вязкость при большой скорости сдвига характеризует поведение масла в подшипниках коленчатого и распределительного валов, в подшипниках кривошипно-шатунного механизма и других узких узлах трения двигателя.
Таким образом, по спецификации SAE J300, вязкости масел определяют при условиях, близких к реальным. Летнее масло имеет достаточную вязкость, чтобы обеспечить надежное смазывание при высокой температуре, и облегчить пуск двигателя при низкой температуре. Маловязкое зимнее масло облегчает холодный пуск двигателя при низкой температуре, но не обеспечивает его смазывание летом, когда температура масла в двигателе превышает 100 °C. По этим причинам наибольшее распространение сегодня получили всесезонные марки масел, имеющие меньшую зависимость вязкости от температуры.
Класс вязкости SAE помогает определить диапазон температуры окружающей среды, при котором масло обеспечит нормальную работу двигателя - его проворачивание стартером, прокачивание масла насосом по смазочной системе при холодном пуске и надежное смазывание летом при длительной работе в режиме максимальных скоростей и нагрузок.
При выборе класса вязкости масла следует руководствоваться рекомендациями производителя конкретного двигателя, которые основываются на его конструктивных особенностях: нагрузке в узлах смазки, гидродинамическом сопротивлении масляной системы, производительности насоса, температурных условиях работы моторного масла.
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
8.2.1.	Зарубежные классификации
Для правильного выбора моторного масла требуемого качества на стадии разработки и эксплуатации, созданы и постоянно совершенствуются следующие системы классификации.
Классификация АСЕА
В ней сформированы единые требования к моторным маслам со стороны ведущих европейских фирм BMW, DAF, Fiat, Ford of Europe, General Motors of Europe, MAN, Mercedes-Benz и др. При этом каждая фирма оставила за собой право устанавливать при необходимости дополнительные требования. Все важнейшие свойства моторных масел: противоизносные, моюще-диспергирующие, антиокислительные, стабильность к выпадению низкотемпературных осадков, стойкость к деструкции, совместимость с материалами определяют едиными лабораторными и моторными испытаниями.
Классификация разрешает производство и применение сезонных и всесезонных масел любого класса вязкости по SAE J300. Применение масли того или иного класса вязкости для конкретных климатических условий рекомендуют только производители автомобиля.
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
332
С 1 февраля 2002 г. введена в действие третья редакция европейской классификации после 1996 г., в которой моторные масла подразделены на 3 класса:
А - масла для бензиновых двигателей;
В - масла для дизелей легковых автомобилей;
Е - масло для дизелей грузовых автомобилей.
Планировалось введение четвертого класса масел-для двигателей, работающих на газовом топливе.
В классах А и В - по пять категорий масел, в классе Е - четыре, которые обозначены арабскими цифрами. Последующие цифры обозначают год введения данной категории. Номер выпуска указывает на то, что для сертификации масел данной категории использован новый метод испытаний, без принципиальных изменений требований.
Маркировка моторного масла для европейского рынка должна содержать четыре параметра: вязкость (по SAE), эксплуатационные свойства по американской (API) и европейской АСЕА классификациям, одобрение фирм-производителей автомобилей на применение данного масла на автомобилях этого производителя (табл. 8.3).
Таблица 8.3
Коды одобрения некоторых фирм производителей автомобилей
Коды одобрения	Характеристика свойств моторного масла
BMW Mercedes-Benz (MB) Volkswagen-Audi (VW) Porsche	Только для всесезонных масел (на основе испытаний) МВ 226.0 - сезонное масло для легковых автомобилей: МВ 226.1 -всесезонное масло для легковых автомобилей; МВ 226.3  всесезонное масло с увеличенным интервалом замен для легковых автомобилей; МВ 226.5 - всесезонное масло с еше более увеличенным интервалом замен для легковых автомобилей; МВ 229.1 - масло для новых двигателей легковых автомобилей с 1997 г. выпуска (с интервалом замены 30.000 км) VW 500.00  всесезонное; VW 501.01 - всесезонное; VW 505/00 -для двигателей с турбонаддувом; VW Т4 - спецификация, характеризующая увеличение интервала замены Только синтетические и полусинтетические масла с увеличенными интервалами замен, так как Porsche обеспечивает минимальный интервал замены 20.000 км
Категории масел класса А для бензиновых двигателей
А1-02 для двигателей, допускающих применение снижающих трение, энергосберегающих масел, маловязких при высокой температуре (150 °C) и при большой скорости сдвига (2,6-3,5 мПас).
А2-96 выпуск 3 для умеренно форсированных двигателей с нормальным интервалом замены масла. Не предназначены для высокофорсированных двигателей.
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
333
АЗ-02 для высокофорсированных двигателей при увеличенных интервалах замены масла по рекомендациям изготовителей двигателей, и/или для всесезонного применения маловязких масел, и/или для эксплуатации в тяжелых условиях. Масла, стойкие к деструкции вязкостных присадок.
А4-хх предназначены для будущих бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива.
А5-02 для высокофорсированных двигателей, в которых возможно применение масел, снижающих трение, энергосберегающих, маловязких (2,9-3,5 мПа • с) при высоких температуре (150 °C) и большой скорости сдвига. Масла стойкие к деструкции вязкостных присадок.
Категории масел класса В для дизелей легковых автомобилей
В1-02 для дизелей, конструкция которых позволяет применять масла, снижающие трение, энергосберегающие, маловязкие при высокий температуре (150 °C) и большой скорости сдвига (2,6-3,5 мПа - с).
В2-98 выпуск 2 для широкого применения в дизелях (преимущественно с разделенной камерой сгорания) с нормальным интервалом замены масла. Могут быть непригодны для высокофорсированных двигателей.
ВЗ-98 выпуск 2 для дизелей высокой степени форсирования и/или при увеличенных интервалах замены масла по рекомендации изготовителей дизелей, и/или для всесезонного применения маловязких масел. Для эксплуатации в тяжелых условиях, определяемых изготовителями дизелей. Масла стойки к деструкции присадок.
В4-02 для дизелей с непосредственным впрыском топлива. Могут быть использованы в условиях, описанных в категории ВЗ-98 выпуск 2.
В5-02 для дизелей, конструкция которых позволяет применять масла, снижающие трение, энергосберегающие, маловязкие (2,9-3,5 мПа • с) при высоких температуре (150 °C) и большой скорости сдвига. Могут быть непригодны для некоторых дизелей. Масла долгоработающие и стойкие к деструкции загущающих присадок.
Категории масел класса Е для дизелей грузовых автомобилей
Е2-96 выпуск 4 для широкого применения в дизелях без наддува и с турбонаддувом, работающие в средних или тяжелых условиях, и, как правило, с нормальным интервалом замены масла.
ЕЗ-96 выпуск 4 масла с высоким уровнем моющих свойств, препятствующие полировке цилиндров, росту вязкости от накопления сажи; стойкие к старению. Для дизелей, удовлетворяющих требованиям Евро-1 и Евро-2 по эмиссии токсичных веществ и работающих в тяжелых условиях. Могут работать с увеличенными интервалами замены масла, согласно рекомендациям изготовителей дизелей.
Е4-99 выпуск 2 масла стойкие к деструкции, обеспечивающие особо чистоту поршней, меньшие износ и рост вязкости при накоплении сажи в сравнении с маслами категории ЕЗ-96 выпуск 4. Предназначены для высокофорсированных дизелей грузовых автомобилей, удовлетворяющих требованиям Евро-1, Евро-2 и Евро-3 по эмиссии токсичных веществ и работающих в особо тяжелых условиях с увеличенными интервалами замены масла, согласно рекомендациям изготовителей дизелей.
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
334
Е5-02 масла стойкие к деструкции, обеспечивающие особо высокую чистоту поршней; предотвращающие полировку цилиндров, износ и образование отложений в турбокомпрессоре; уменьшают рост вязкости от накопления сажи; более стойки к старению в сравнении с маслами категории ЕЗ-96 выпуск 4. Предназначены для высокофорсированных дизелей грузовых автомобилей, удовлетворяющих требованиям Евро-1, Евро-2 и Евро-3 по эмиссии токсичных веществ, работающих в тяжелых условиях и с увеличенными интервалами замены масла.
Требования к физико-химическим и эксплуатационным свойствам моторных масел классификации АСЕА показаны в табл. 8.4-8.7.
Классификация API
Разработана американским институтом нефти API и обществом инженеров автомобилестроителей SAE. По условиям эксплуатации классификация API подразделяет масла на две основные категории:
S - “Сервис” для бензиновых двигателей;
С - коммерческая категория для дизельных двигателей.
Вторая буква А, В, С, D, Е, F, G, Н, J, L обозначает уровень эксплуатационных свойств. Например, масла с обозначением API SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH, SJ, SL предназначены для бензиновых двигателей, а масла API СА, СВ, СС, CD, СЕ, CF, CG, СН, CJ, CL - для дизельных. Чем ближе вторая буква к началу алфавита в маркировке масла, тем меньшим требованиям отвечает данное масло и наоборот.
Универсальные масла для бензиновых и для дизельных двигателей обозначают двумя символами соответствующих категорий: первый символ является основным, а второй указывает на возможность применения этого масла для двигателей другого типа. Например, API CG-4/SH - масло, оптимизированное для применения в дизельных двигателях, но его можно применять и в бензиновых двигателях, для которых предписывается масло категории API SH и ниже.
Категории качества масел для бензиновых двигателей
API SA - для двигателей, работающих в легких условиях;
API SB для двигателей, работающих при умеренных нагрузках;
API SC - для двигателей выпуска до 1964 г., работающих при повышенных нагрузках;
API SD - для двигателей выпуска до 1968 г., работающих в тяжелых условиях;
API SE - для двигателей выпуска до 1972 г., работающих в тяжелых условиях;
API SF - для двигателей иностранного производства выпуска 1988-1989 гг. и всех отечественных автомобилей;
API SG - для двигателей европейских, американских автомобилей выпуска 1989-1993 гг., японских с 1989-95 гг. Заменяет по качеству масло SF и превосходит его по склонности к осадкообразованию и износу;
API SH - для двигателей европейских и американских автомобилей выпуска 1993-1996 гг., японских с 1995 г. Превосходит по качеству масло SG, имеет энергосберегающие свойства;
API SJ - для двигателей европейских, американских автомобилей выпуска с
Таблица 8.4
Требования к физико-химическим свойствам моторных масел автомобильных двигателей по классификации АСЕА. Лабораторные испытания
I Указатели оценивасхмых свойств (метод испытания)					Нормы								
	класс А				класс В					класс Е			
	А1-02	А2-96 вып. 3	АЗ-02	А5-02	В1-02	В2-98 вып. 2	ВЗ-98 вып. 2	В4-02	В5-02	Е2-96 вып. 4	ЕЗ-96 вып. 4	Е4-99 вып. 2	Е5-02
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Класс вязкости (по SAE J-ЗОО в последней редакции)	Нет ограничений, за исключением тех, которые вытекают из требований к десгрукции и вязкости при высоких температурах и скорости сдвига. Автомобилестроители могут выдвигать специальные требования к вязкости в зависимости от температуры окружающего воздуха												
Стойкость к деструкции (СЕС L-14-A-93, форсунка Бош): вязкость (мм2/с) после 30 циклов прокачивания	XW-20 остается в классе вязкости SAE; > 8,6 для XW-30; > 12 для XW-40	> 9 для XW-30; > 12 для XW-40; > 15 для XW-50	Должны оставаться в классе вязкости SAE		Такие же, как для А1-02	Такие же, как для А2-96 вып. 3	Должны оставаться в классе вязкости SAE		Такие же, как для А2-96 вып. 3	Должны оставаться в классе вязкости SAE			
Вязкость при 150 °C и 10(’ с-1 (СЕС L-36-A-97), мПа • с	2,6-3,5 для XW-20; > 2,9 для всех остальных классов	>3,5	>3,5	2,9-3,5	То же	>3,5	>3,5	>3,5	2,9-3,5	>3,5	>3,5	>3,5	>3,5
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
Продолжение табл. 8.4
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Испаряемость (СЕС L-40-A-93): максимальное уменьшение массы за 1 ч при 250 °C, %	< 15	< 15 для 1 OW-хи менее вязких классов; < 13 для остальных классов	< 13	< 13	< 15	Такие же, как для А2-96 вып. 3	< 13	< 13	< 13	< 13	< 13	< 13	< 13
Сульфатная зольность (ASTM D 874), % (масс.)	< 1,3	< 1,5	< 1,5	< 1,5	< 1,3	< 1,8	< 1,5	< 1,6	< 1,6	<2	<2	<2	<2
Содержание серы, фосфора, хлора, МЛН'1	Указать в отчете									Не требуется			
Склонность к образованию пены (ASTM D 892): вспениваемость и стабильность пены, мл Sequence I (24 °C) Sequence II (94 °C) Sequence III (24 "С)	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0	10-0 50-0 10-0
To же при высокой температуре (ASTM D 6082): Sequence IV(150 "С)	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0	100-0
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
1 Заказ № 2029
Продолжение табл. 8.4
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Окисляемость (СЕС L-85-T-99, PDSC): индукционный период окисления, мин.	Нормируется												>35
Коррозионная агрессивность (ASTM D 5968, НТСВТ, испытание при 135 °C): содержание свинца в окисленном масле, МЛН'1	Нормируется												< 100
Совместимость масла с эластомерами RE1, RE2-99, RE3, RE4, ЛЕМ (VAMAC) (СЕС L-39-T-96, погружение в свежее масло на 7 сут): максимальное изменение характеристик эластомера твердости, усл. ед. предела прочности при разрыве, % удлинения при разрыве, % объема, %	От-1 до+5 RE1; от-5 до +8 для RE2-99; от+1 для RE3; от -5 до+5 для RE4; как в спецификации Daimler Cray sler для АЕМ (VAMAC) От -40 до +10 для RE 1; от -15 до +18 для RE2-99: от -45 до +10 для RE3; от -20 до +10 для RE4 От -50 до +10 для RE1; от -35 до +10 для RE2-99; от -20 до +10 для RE3; от -50 до +10 для RE4 От -1 до +5 для RE1; от -7 до +5 для RE2-99; от -1 до +30 для RE3; от -5 до +5 для RE4												
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
Требования к эксплуатационным свойствам моторных масел для бензиновых двигателей
Таблица 8.5 Й оо
Метод	Показатели оцениваемых свойств		Нормы для масел категории		
испытания		А1-02	А2-96	АЗ-02	А5-02
м СЕС L-88-Т-хх, TUSJP-L4, 72 ч	оющис свойства при высокой температуре. Подвижность nof Оценка подвижности поршневых колец, баллы, не менее Оценка отложений на поршнях (среднее значение по четырем поршням), баллы, не хуже, чем для эталонного масла Абсолютный рост вязкости при 40°С от минимального до максимального значения за время испытания, мм2/с Расход масла за время испытания, кг	ПП1СВЫХ коле 9 >RL2I6 <RL2I6	и. Загустевав 9 >RL2I6 <RL216 Указан.	гс масла 9 >RL2I6 <RL216 в отчете	9 >RL2I6 <RL216
ASTM D 6593-00, Sequence VG, согласно требованиям API	Низкотемпературное шламообраз Оценка, баллы, не меиее осадкообразования в двигателе отложений на крышке клапанного механизма лака на юбке поршня лакообразования в двигателе Потеря подвижности компрессионных поршневых колец Загрязненность сетки маслоприсмннка, %	звание >7,8 >8 >7,5 >8,9 <20	>7,8 >8 >7,5 >8.9 Отсут <20	>7,8 >8 >7,5 >8,9 ствует <20	>7,8 >8 >7,5 >8,9 <20
СЕС L-38-A-94, TU3M	Противоизносные и противозадириы Износ (средний/максимальный) кулачков распределительного вала, мкм оценка состояния носка коромысла (средняя по 8), баллы	:свойства 10/15 >7,5	10/15 >7,5	10/15 >7,5	10/15 >7,5
СЕС L-53-T-95	Предотвращение выпадения черного осадка Оценка осадка (средняя), баллы	| >rlI40		>RLI40	> RL140	>RL140
СЕС L-54-T-96, Mill	Энергосберегающие свойст в Снижение расхода топлива в сравнении с расходом на эталонном масле RL191 (SAE 15W-40), %	а >2,5			>2.5
Примечание. RL - эталонные масла, задающие уровень оцениваемых свойств.					
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Требования к эксплуатационным свойствам моторных масел для дизелей легковых автомобилей
Таблица 8.6
Метод	Показатели оцениваемых свойств	Норма для масел категории				
ИСПЫТаВИЯ		В1-02	В2-98 вып. 2	ВЗ-98 вып. 2	В4-02	В5-02
Моющие свойства при высокой температуре в дизеле с турбонаддувом и охлаждением наддувочного воздуха						
СЕС L-46-T-93, VW 1,6 TCD	Оценка подвижности поршневых колец и чистоты поршня, баллы	Нс хуже, чем для эталона RL148			-	-
СЕС L-56-T-98, XUDIII3TE	Диспергирующие свойства при уме Абсолютное увеличение вязкости масла при 100 °C и накоплении 3% сажи в нем (но методу СЕС L-83-A-97), мм2/с Оценка чистоты поршня но пяти элементам, баллы	(генной теми <0.5 х XRL197 >RL197 минус 6 пунктов	ературс <0,9 х XRL197 Как для категори и В1-02	<0,5 х XRL197 >RL197	<0,5 х XRL197 2RL197	<0,5 х XRL197 >RL197
СЕС L-51-A-98, ОМ602А	Противоизносные свойства. Загустсваинс масла Средний износ кулачков, мкм Увеличение вязкости при 40 °C, % Площадь полированной поверхности цилиндра. % Средний износ цилиндра, мкм Расход масла за время испытания, кг	Моющие св <50 <90 <7 <20 <10	ойства. Расх <50 <90 <7 20 10	од масла <50 <90 <7 <20 <10	<50 <90 <7 <20 <10	<50 <90 <7 <20 <10
СЕС L-78-T-99, VWD1	Моющие свойства в дизеле с непосредствен! Оценка чистоты поршня, баллы Оценка подвижности компрессионных колец (первого и второго) средняя (по восьми кольцам) максимальная для первого максимальная для второго	ЫМ ВПрЫСК!	। ван нем топ	шва	>RL206 минус 3 пункта <1.2 <2,5 0	>RL206 <1.2 <2,5 0
СЕС L-54-T-96, Mill	Энергосберегающие свойства Снижение расхода топлива в сравнении с расходом на	1	>2,5 эталонном масле RL 191 (SAE 15W-40), %					>2,5
Примечание. Прочерк означает, что испытание данным методом нс требуется.						
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
40
Требования к эксплуатационным свойствам моторных масел для дизелей грузовых автомобилей
Таблица 8.7 £ о
Метод испытания	Показатели оцениваемых свойств	Нормы для масел категории			
		Е2-96 выи. 4	ЕЗ-96 вып. 4	Е4-99 выи. 2	Е5-02
СЕС L-42-T-99, OM364LA	Противоизносные и моющие свойства. Расхо/ Площадь полированной поверхности цилиндра, % Чистота поршня, баллы Средний износ цилиндра, мкм Осадкообразование, баллы Расход масла за время испыгания, кг	масла <3,5 >40 <3 >9,4 <16	<1 >45 >9,5 <12	-	-
СЕС L-51-А-98, ОМ602А	Протнвоизпосиыс свойства. Загустевание масла. Моющие ci Средний износ кулачков, мкм Увеличение вязкости при 40 °C, % Площадь полированной поверхности цилиндра, % Средний износ цилиндра, мкм Расход масла за время испытания, кг	юйства. Расх< <50	>д масла <50	<50 <90 <7 <20 <10	<50 <90 <7 <20 <10
Прогнвоизпос СЕС L-52-T-97, OM44ILA	пые и моющие свойства. Способность предотвращать иагарообра Площадь полированной поверхности цилиндра, % Чистота поршня, баллы Уменьшение давления наддува за 400 ч работы, % Расход масла за время испытания, кг	юванис в тур!	тоиагистатт	ле. Расход х <2 >40 <4 <40	асла >25 <4 <40
Способность п| ASTM D 5967, Mack Т-8Е, ASTM D 4485, Mack T-8	>спятствовать рост у вязкост и при загрязнении масла сажей и загр Кратность роста вязкости за 300 ч при содержании сажи 4,8 % при одном опыте при двух опытах (средняя) при трех опытах (средняя) Рост вязкост и за 250 ч при содержании сажи 3,8%, мм2/с при одном опыте при двух опытах (средняя) при грех опытах (средняя) Перепад давления на масляном фильтре в конце испытания, кПа Удельный расход масла, г/(кВт ч)	я гнению мае;	иного фплг 211,5 <12,5 <13 <138 <0,304	•тра. Расход 2,1 2,2 2,3 <11,5 <12,5 <13 <138 <0,304	масла 2,1 2,2 2,3 <11,5 <12,5 <13 <138 <0,304
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Продолжение табл. 8.7
Метод испытания	Показатели оцениваемых свойств	Но	)мы для масел категории		
		Е2-96 вып. 4	ЕЗ-96 вып. 4	Е4-99 вын. 2	Е5-02
Способность прсш ASTM RR:D-2-1440, Cummins МН	тствовать износу, обусловленному накоплением в масле сажи, чае осадков Износ нажимной пластины клапана при накоплении 4,5% сажи: потеря массы, mi при одном опыте при двух опытах (средняя) при трех опытах (средняя) Перепад давления на масляном фильтре в конце испытания, кПа при одном опыте при двух опытах (средний) при трех опытах (средний) Оценка осадкообразования в двигателе, баллы при одном опыте при двух опытах (средняя) при трех опытах (средняя)	рязнснию ма<	'ЛЯ11ОГО фи.	ты ря в обра	топанию <6,5 <7,5 <8 <79 <93 <100 >8,7 >8,6 >8,5
ASTM D 6483, Mack T-9	Противоизносные свойства Средний износ цилиндра, приведенный к содержанию в масле 1,75% сажи, мкм при одном опыте при двух опытах (среднее значение) при трех опытах (среднее значение) Средняя потеря массы первого поршневого кольца, мг при одном опыте при двух опытах (среднее значение) при трех опытах (среднее значение) Повышение содержания (мни *) свинца в масле отработанном в период испытания от 300 до 400 ч	-	-	-	<25,4 <26,6 <27,1 <100 <115 <130 <20 <10
Примечание. Прочерк означает, что испытание данным методом истребуется					
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
342 _________Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел_
конца 1996 г., полностью заменяет масла всех существующих категорий. Имеет энергосберегающие свойства и экологически безопасно;
API SL - для двигателей легковых автомобилей выпуска с 2000 г. Масло имеет на сегодня самый высокий уровень эксплуатационных свойств: пониженную летучесть, стабильность энергосберегающих свойств, пониженную склонность к образованию высокотемпературных отложений, высокие противоизносные свойства.
Категории качества масел для дизельных двигателей
API СА - для дизелей, работающих при умеренных нагрузках на малосернистом топливе;
API СВ - для дизелей без наддува, работающих при повышенных нагрузках на сернистом топливе;
API СС - для дизелей без наддува и с умеренным наддувом, работающих в тяжелых условиях;
API CD - для дизелей легковых автомобилей выпуска до 1993 г. с турбонаддувом;
API CD II - то же с учетом специфических требований двухтактных дизелей;
API СЕ - для дизелей грузовых автомобилей выпуска до 1983 г., работающих в тяжелых условиях при высокой нагрузке и малой частоте вращения коленчатого вала;
API CF-для дизелей с одним или двумя турбонаддувами “битурбо”, выпуска с 1993 г., эксплуатирующихся в тяжелых условиях на внедорожной технике. Эффективно подавляет образование нагара на поршнях и коррозию медных сплавов подшипников.
API CF-2-для двухтактных дизелей, требующих эффективной защиты от износа и отложений в тяжелых условиях эксплуатации. Обладают улучшенными характеристиками по сравнению с маслами CD-И. Введены в 1994 году;
API CF-4 - для дизелей выпуска до 1994 г. с турбонаддувом и без него, устанавливаемых на мощных магистральных тягачах. Отвечают всем требованиям масел API СЕ и обладают меньшим расходом на угар и меньшей склонностью к нагарообразованию на поршнях. При согласовании могут быть применены на бензиновых двигателях легковых и малых грузовых автомобилей. Отвечают повышенным требованиям по токсичности отработанных газов;
API CG-4 - для дизелей выпуска с 1994 г., устанавливаемых на скоростных и высоконагруженных автомобилях магистрального типа и внедорожных машинах, работающих на топливе с содержанием серы до 0,05 % масс. Эффективно подавляют образование высокотемпературного нагара на поршнях, пенообразование, окисление, образование сажи. Удовлетворяет требования США 1994 года по токсичности выбросов. Комбинированные с маслами соответствующей категории S они могут использоваться в бензиновых двигателях легковых автомобилей, легких грузовиков и микроавтобусов, если это рекомендовано изготовителями двигателя или автомобиля;
API СН-4 (проектное название РС-7) - для четырехтактных, высокоскоростных дизелей, удовлетворяющих жесткие требования по токсичности отработанных газов. Отвечают высоким требованиям не только американских, но и европейских производителей дизельных двигателей. Применяют в двигателях, работающих на топливах с содержанием серы до 0,5 % масс, а в некоторых случаях и выше 0,5 %. Заменяют масла, всех предыдущих классов CF-4, CG-4;
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
API РС-9 - масла разрабатывались в связи с новыми экологическими требованиями Американского агентства по охране окружающей среды (ЕРА) и двигателей с рециркуляцией отработанных газов и повышенной удельной мощностью. Двигатели такого типа имеют повышенные требования к эксплуатационным свойствам, обеспечивающим снижение образования сильных кислот, сажи, уменьшение износа.
Наряду с категориями S и С образован новый ряд высококачественных масел категории API ЕС - энергосберегающие (Energy Conserving). Масла категории ЕС обеспечивают экономию топлива на прогретом двигателе до 5,5 % при снижении высокотемпературной вязкости, а на холодном двигателе до 6,5 % при снижении низкотемпературной вязкости.
б
Рис. 8.1. “API символ обслуживания”: a - энергосберегающее масло высокого качества; б - масло высокого качества.
Классификация ILSAC
ILSAC - Международный комитет по стандартизации и апробированию моторных масел (International Lubricant Standardization and Approval Committe), созданный Американской ассоциацией производителей автомобилей ААМА и Японской ассоциацией производителей автомобилей JAMA. Разработал стандарты качества масел для бензиновых двигателей легковых автомобилей классов ILSAC GF-I, GF-2, GF-3.
Система требований ILSAC GF является составной частью системы API. Поэтому система обозначается иногда API-ILSAC и предназначена для удовлетворения требований к маслам, используемым в двигателях американских и японских производителей:
•	ILSAC GF-1 (устарела), полностью соответствовала требованиям качества категории API SH; вязкости: SAE OW-XX, SAE 5W-XX, SAE I0W-XX; где XX - 30,40, 50, 60;
•	ILSAC GF-2 - принята в 1996 г., соответствует требованиям качества API SJ, вязкости (дополнительно к GF-1) - SAE 0W-20, 5W-20;
•	ILSAC CF-3 - введена в 2001 г. и соответствует категории API SL.
Основные отличия масел категории ILSAC:
•	низкая вязкость - 2,6-2,9 мПа • с при температуре 150 °C и скорости сдвига 106с’;
•	малая летучесть;
•	хорошая фильтруемость при низких температурах;
•	низкая склонность к пенообразованию;
344
Гпава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
•	высокая стабильность к сдвигу;
•	обязательная экономия топлива;
•	малое содержание фосфора для предотвращения отравления катализатора.
Масла, сертифицированные API, в случае соответствия требованиям ILSAC, обозначают “Символом Свидетельства сертификации API” (рис. 8.2), так называемы знаком “Звездного взрыва” (“Starburst”). Этот знак присваивают только энергосбере-
гающим маслам наивысшего уровня качества, с вязкостями SAE 0W-..., 5W-... и
10W-....
Рис. 8.2.
API сертификационный знак “Starburst”.
Требования европейских автопроизводителей двигателей отличаются по причине конструктивных и эксплуатационных особенностей американских. Несмотря на это, большинство моторных масел, поступающих на европейский рынок, маркируют знаками соответствия категориям качества API.
Классификация JASO
Разработана Японской организацией автомобильных стандартов JASO (Japanese Automobile Standarts Organization) на моторные масла для дизельных двигателей японского
производства.
Необходимость в отдельной спецификации объяснялась следующими причинами:
•	высокая степень износа деталей клапанного механизма, при применении масел с большим содержанием дисперсантов (особенно в маслах API CG-4). Для измерения защиты от износа проводят испытания на типичном японском двигателе Mitsubishi 4D34T;
•	верхнее кольцо в современных японских двигателях располагается ниже, чем в европейских и северо-американских, в результате чего максимальные температуры в зоне верхних поршневых колец существенно ниже. Для максимального соответствия реальным температурным условиям измерения отложений на поршне проводят на двигателе Nissan TD-25;
•	большое распространение японских двигателей с системой повторного сжигания отработанных газов способствует увеличению количества кислот, что значительно усиливает коррозионный износ. По этой причине в спецификации JASO DX-1 включены требования по минимальному значению TBN (не менее 10 по методу ASTM D 4739).
Спецификации производителей автомобилей (OEM)
Автопроизводители предъявляют не только дополнительные, но и более высокие требования к маслам, предназначенных для двигателей новейших конструкций. Не дожидаясь очередных международных спецификаций, они заявляют о своих оригинальных методах испытаний или более жестких проходных критериях в рамках действующих международных систем классификации. Этим как бы компенсируется разрыв между текущим конструктивным усовершенствованием двигателей и задержками с принятием новых международных стандартов. Оригинальные требования
	__8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества_ ^45 со временем учитываются в новых международных спецификациях. Только при использовании масел, учитывающих все требования производителей, гарантируется долговременная служба двигателя.
Наиболее часто встречаемые требования к качеству масла производителей автомобилей
BMW
В настоящее время BMW производит новые бензиновые двигатели с удлиненным интервалом замены масла. Для этих двигателей необходимо применять только масла, апробированные по спецификации BMW “Longlife engine oils”.
•	BMW Longlife Engine Oils (редакция 03/98).
Допустимые степени вязкости: OW-30/40,5W-30/40, 10W-30/40.
Базовые требования: АСЕА АЗ-98 и ВЗ-98 (одновременно).
Дополнительные требования.
Испытание на стендовом полноразмерном двигателе BMW М44, после которого проводят лабораторный анализ отработанного масла (содержание топлива, TBN, изменение вязкости, анализ частиц износа Рев масле) и оценку чистоты деталей двигателя.
Масла, апробированные по данной спецификации, могут применяться и в ранее выпускаемых моделях, но не в принудительном порядке.
•	BMW Special Engine Oils (устаревшая) допускается для применения в моделях, выпускавшихся ранее.
•	BMW Дизельные двигатели (включая двигатели с непосредственным впрыском). К применению допускаются все масла, отвечающие требованиям спецификаций АСЕА АЗ-98 и АСЕА ВЗ-98.
CAT - Caterpillar Tractor Company
Компания активно участвует в создании моторных испытаний дизельных моторных масел, которые включены в список обязательных испытаний масел классов API. В частности были включены в «Серию смазочных масел наивысшего качества» (Superior Lubricant Series).
«Серия 3» в настоящее время включена в категорию API CD, и с того времени «Caterpillar» перестал присваивать сертификаты по собственным спецификациям.
Cummins
Компания активно участвует в разработке моторных испытаний масел для мощных дизельных двигателей коммерческих автомобилей. Тесты Cummins включены в спецификации API.
•	CES 20071
Базовые требования: API СН-4.
Дополнительные требования:
•	Сульфатная зольность (ASTM D 874) - max 1,5 %;
•	Индекс желирования (ASTM D 4684) - max 8.
•	CES 20072
346
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Базовые требования: АСЕА ЕЗ-96; тест Cummins МН HST (критерии API СН-4). Дополнительные требования:
•	High Temperature СВТ(135 °C) - критерии API СН-4;
•	Сульфатная зольность (ASTM D 874) - max 1,85 %.
•	CES 20076
Отмена принятия новой категории API (PC 7,5), которая должна была учитывать установку на новейшие двигатели электронной системы контроля впрыска, вынудила Cummins и Mack Tracks принять собственные спецификации на масла для таких двигателей. Система контроля времени впрыска позволяет экономить топливо и уменьшать токсичность отработанных газов, но при этом способствует накоплению увеличенного количества сажи в моторном масле. В новой спецификации CES 20076 были ужесточены нормы по тестам Mack Т-8Е и Sequence ШЕ (ASTM D 5533), а также модифицирован тест Cummins МП HST. Это позволило удлинить интервал замены масел в дизельных двигателях Cummins, выпускаемых с 1999 года. По сравнению с маслами категории API СН-4, применяемыми в этих двигателях, интервал замены увеличен с 15 000 до 20 000 миль.
Mack Trucks Inc.
Компания активно участвует в разработке моторных испытаний масел для мощных дизельных двигателей коммерческих автомобилей. Тесты Маск включены в спецификации API и АСЕА.
•	Mack EO-L
Базовые требования: все тесты категории API CG-4.
Дополнительные требования: тесты Маск Т-6, Маск Т-8 (250 ч.; количество сажи 3,8 %).
•	Mack EO-L-PIus j
Только для двигателей с 1997 года с электронным контролем впрыска V-MAC II. Испытуемое масло должно быть на основе масла, проходившего испытания по спецификации Mack EO-L, с указанием улучшений в составе.
Базовые требования: все тесты категории API CG-4.
Дополнительные требования: тесты Mack Т-8 (250 ч.; количество сажи 3,8 %), Mack Т-9.
•	Маск ЕО-М
Базовые требования:
•	испытуемое масло должно быть всесезонным (5w-30,5w-40,10w-30,15w-40) на основе синтетического или высокоиндексного (по вязкости) базового масла;
•	стабильность к сдвигу (ASTM D 6278): вязкость в пределе исходной (по SAE);
•	HTHSV (ASTM D 4683): не менее 3,3 мПаЧс (Xw-ЗО), не менее 3,7 мПаЧс (Xw-40);
•	подтверждение прохождения всех тестов категории API СН-4.
Дополнительные требования:
•	тесты Mack Т-8Е (300ч.; количество сажи до 5,8 %), Mack Т-9;
•	тест Cummins Ml I (ASTM El 78);
•	Sequence HIE (ASTM D 5533).
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
347
•	Mack-EO-M-PIus - новый (апрель 99г.) стандарт на масла с удлиненным интервалом замены до 50 000 миль при выполнении следующих условий:
•	должно использоваться масло EO-M-PLUS;
•	магистральные режимы (более 100 000 миль/год);
•	двигатели Е-ТЕСН™ или Е7 с электронным контролем впрыска V-MAC II;
*	расход топлива не более галлон/6 миль;
•	система фильтрации масла Centri-Max® (центрифуга).
MAN
Дополнительно к испытаниям классов API требуются испытания в двигателе MWM-B, а для масел SHPD - в двигателе MAN D 2866. Основные спецификации масел:
•	MAN 269, определяет минимальные требования лабораторных и стендовых испытаний для дизельных двигателей конструкции Nuremberg и Brunswick с обычной подачей топлива. Уровень качества масла соответствует спецификации MIL-L-46152А и охватывает масла SAE 20W-20, 20W-30 и SAE 30 без модификаторов индекса вязкости;
•	MAN 270, определяет минимальные требования лабораторных и стендовых испытаний для дизельных двигателей конструкции Nuremberg с турбонаддувом и без турбонаддува. Уровень качества масла соответствует требованиям MIL-L-2104C/MIL-L-46152A, АСЕА Е2, API CD/SE и охватывает масла классов SAE 20W-20, 20W-30 и SAE 30 без модификаторов индекса вязкости;
•	MAN 271, определяет минимальные требования лабораторных и стендовых испытаний для дизельных двигателей конструкции Nuremberg с турбонаддувом и без. Уровень качества соответствует требованиям MIL-L-2I04C/MIE-L-46152А, АСЕА Е2, API CD/ SE и охватывает масла классов SAE 10W-40, 15W-40 и 20W-50. Интервалы замены масла в зависимости от типа двигателя от 20 000 до 45 000 км;
•	MAN 3275 (QC 13-017), особо высококачественные масла для дизельных двигателей (SHPD). По требованиям инструкции «MAN» М 3275, уровень качества этих масел значительно превосходит качество масел, соответствующих стандартам MAN 270 и MAN 271. Масла SHPD проявляют значительно лучшие свойства в отношении чистоты поршней, уменьшения износа деталей и резерва мощности в двигателях с турбонаддувом и предназначаются для дизельных двигателей - Euro 1 и Euro 2. Допускается применение этих масел без турбонаддува. Минимальный уровень требований - АСЕА ЕЗ.
•	MAN 3277, спецификация масел дизельных двигателей от 18/09/96. Соответствует требованиям МВ 228.5. Ставится цель достижения замены масла через 80 000 км пробега при магистральных режимах или 45 000-60 000 км при отсутствии специального промежуточного фильтра масла. Минимальный уровень требований -выше, чем АСЕА ЕЗ.
•	MAN 3271, спецификация, предъявляющая требования к моторным маслам для газовых двигателей. Минимальный уровень требований - API CD, CE/SF, SG. Масла должны соответствовать проходным параметрам моторного испытания ОМ364А по АСЕА. Интервал замены масла - до 30 000 км.
348
Гпава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Mercedes-Benz (МВ)
Апробированные моторные масла должны соответствовать требованиям спецификаций:
•	МВ Лист 226.0/1, сезонные/всесезонные моторные масла для двигателей легковых автомобилей и для дизелей более старых транспортных средств без наддува;
•	МВ Лист 226.5, всесезонные моторные масла для бензиновых двигателей и для дизельных двигателей по листу 226.1;
•	МВ Лист 227.0/1, сезонные/всесезонные моторные масла для всех дизельных двигателей; продлен интервал замены масла для дизельных двигателей более старых транспортных средств без турбонаддува; базовые требования - АСЕА Е1-96;
•	МВ Лист 227.5, требования такие же, как и в листе 227.1, но масла могут использоваться и в бензиновых двигателях; проверена совместимость с эластомерными прокладками;
•	МВ Лист 228.0/1, сезонные/всесезонные моторные масла SHPD для всех дизельных двигателей «Mercedes-Benz». Продлен интервал замены масла для двигателей грузовых автомобилей с турбонаддувом; базовые требования - АСЕА Е2; должна быть проверена совместимость с эластомерными прокладками;
•	МВ Лист 228.2/3, сезонные/всесезонные моторные масла SHPD для дизелей, как и в листе 228.1. Кроме того, удлинен интервал замены масла; применяется для дизельных двигателей грузовых автомобилей, изготовленных после сентября 1988 года; базовые требования - АСЕА ЕЗ, дополнительные требования - проведены испытания в двигателях «Mercedes-Benz» и продолжительные дорожные испытания; должна быть проверена совместимость с эластомерными прокладками;
•	МВ Лист 228.5, вступил в силу с 1996 года. Масла SHPD для двигателей Euro 2 и Euro 3 с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива; базовые требования - АСЕА Е4;
•	МВ Лист 229.1, включает требования к маслам для бензиновых и дизельных двигателей легковых автомобилей, выпущенных до сентября 1999 г., предназначенных для бензиновых двигателей серии BR 100 и дизельных двигателей серии BR 600, базовые требования - АСЕА А2 или АЗ плюс В2 или ВЗ; вязкости SAE XW-30, SAE 0W-40 для АСЕА АЗ плюс ВЗ;
•	МВ Лист 229.3, включает требования к маслам для новых бензиновых и дизельных двигателей легковых автомобилей, выпускаемых с октября 1999 г.
Perkins
•	Standard Quality Oil - масло должно соответствовать требованиям категории API СЕ и категории ССМС D4;
•	SHPD Oil - масло должно соответствовать требованиям API СЕ и ССМС D5.
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
349
Спецификации «Mercedes-Benz» для моторных масел
Показатели	Спецификации				
	227.0/. 1	| 228.0/. 1	| 228.2/.3	228.5	229.1
Вязкость	Одно-/всесезонное			Всесезонное	
Уровень качества по АСЕА	В2-96, EI-96	В2-96, Е2-96	В2-96, ЕЗ-96	В2-96, Е4	А2 или АЗ-96 плюс В2 или ВЗ, ВЗ-96
Тип двигателя	NAD	TCD	TCD	TCD	PCG, PCD
ОМ 602, CEC-L-51-T-95					
Оценка чистоты поршня, баллы	>20	>22	>24	>26	>20
Полирование цилиндров, %	<7	<6	<4,5	<3	<7
Износ цилиндра, мкм	< 12	<11	< 10	< 10	< 12
Износ кулачка, мкм	<30	<29	<28	<28	<30
Расход масла, мг	< 10	< 10	< 10	< 10	< 10
Оценка объема шлама, баллы	>8,8	>8,9	>8,9	>9	>8,8
Увеличение вязкости, %	<90	<80	<70	<60	<90
ОМ, CEC-L-42-A-92					
Полирование цилиндров. %	< 14	<8	<2,5	< 1	-
Оценка чистоты поршня, баллы	>24	>31	>35	>50	-
Износ цилиндра, мкм	< 8	<7	<6	<3	
Оценка объема шлама, баллы	>9	>9	>9,5	>9,5	
Расход масла, мг	<25	< 18	< 12	< 10	
ОМ 441 LA EURO 11, CEC-L-52-T-97					
Оценка объема шлама, баллы				>9	
Оценка чистоты поршня, баллы				>40	
Оценка отложении, баллы				S3	
Оценка износа, баллы				>2,5	
Полирование цилиндров. %				<2	
Износ цилиндра у 1-го кольца, мм				< 0,008	
Залегание 2-го кольца				< 1	
Расход масла, i .'ч				< 100	
Ml 11, CEC-L-53-T-95					
Оценка объема шлама					RL 140+
Износ кулачка, мкм					5
Сокращения: NAD - безнаддувный дизель; TCD - дизель с турбонаддувом; PCG и PCD - бензиновый и дизельный двигатели легковых автомобилей
350
Гпава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Porsche
Всесезонные масла. Требования с 1997 года.
Базовые требования: не ниже стандартов API SH/ILSAC GF-1 или АСЕА АЗ-96.
Дополнительные требования:
-	кинематическая вязкость при 100 °C (DIN 51562) не менее 11 мм2/с; HTHSV (CEC-L-36-A-90) не менее 3,5 мПаЧс;
-	потери на испарение (CEC-L-40-A-93) менее 12 %;
-	тест Porsche: накапливание пузырьков воздуха в масле;
-	тест в двигателе Porsche (120 час.) на стабильность (SAE 0w-40 и Xw-30).
Масла удовлетворяющие дополнительным требованиям получают апробацию Porsche и допускаются к применению с удлиненными интервалами замены.
Rover Group
•	RES.22.OL G4, масла для бензиновых двигателей, соответствующие спецификации ССМС G4; всесезонные, с вязкостями SAE 5W-..., 10W-..., 20W-..., 25W-...; для масел с модификаторами трения необходима проверка работы со синхронизаторами;
•	RES.22.OL PD2/D5, масла для дизельных двигателей, соответствующие спецификациям ССМС PD2 и D5; для масел с модификаторами трения необходима проверка работы с синхронизаторами.
Volvo Truck
•	VDS {Volvo Drain Specification}
Спецификация на удлиненные интервалы замены для моторных масел, применяемых в дизельных двигателях с турбонаддувом.
Базовые требования:
—	вязкости SAE I5W-40 или 10W-30;
-	качество не ниже API CD.
Дополнительные требования:
-	при испытании на двигателе Ford Tornado (CEC-L-27-T-29) максимально допустимая степень полировки цилиндров не более 25 % от показателей эталонного масла RL 47.
Дорожные испытания.
Для проведения дорожных испытаний (VDS Field Test) используются три грузовых автомобиля Volvo с 12-ти литровыми двигателями Euro-1.
Дистанция тестового пробега не менее 300 000 км, с интервалами замены масла через каждые 50 000 км. На протяжении всего теста не допускается:
—	залипание поршневых колец;
-	увеличение скорости изнашивания деталей;
-	увеличение расхода масла;
-	увеличение степени полировки цилиндров;
-	увеличение количества отложений по сравнению с нормальными интервалами замены.
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
351
• VDS-2
Спецификация на моторные масла, применяемые во всех дизельных двигателях Euro-2 грузовых автомобилей Volvo, отвечающих европейским требованиям 1996 года по токсичности отработанных газов.
Базовые требования:
вязкости SAE 5W-30,5W-40,10W-30,10W-40 или 15W-40 (другие вязкости требуют дополнительного соглашения с Volvo Truck Corporation);
-	качество не ниже АСЕА Е1-96.
Дорожные испытания.
Дтя проведения дорожных испытаний (VDS-2 Field Trial) используются три грузовых автомобиля Volvo с 12-ти литровыми двигателями TD 123 или D12. Дистанция тестового пробега не менее 300 000 км с интервалами замены масла через каждые 60 000 км. На протяжении всего теста контролируется расход масла и топлива и берутся пробы масла через 15 000, 30 000, 45 000 и 60 000 км на протяжении интервалов замены. По результатам лабораторных испытаний проб масла не допускается:
-	изменение вязкости при 100 °C (V) свыше диапазона:
9 < V < 140 % от свежезалитого масла (для SAE XW-30) и
12 < V < 140 % от свежезалитого (для SAE XW-40);
-	уменьшение общего щелочного числа менее 4 мг КОН/г или менее половины начального значения, а также проводится контроль содержания металлических частиц износа и элементов присадок.
По окончании пробега проводится оценка состояния двигателя при которой лимитируются следующие параметры:
-	чистота поршней (СЕС М02 А78);
-	износ поршневых колец;
-	степень полировки стенок цилиндров;
-	радиальный ход клапана;
-	износ и коррозия подшипников.
В случае соответствия всем требованиям спецификации, после согласования с Volvo Truck Coiporation, компания-поставщик масла имеет право представлять продукт как «VDS-2 Ail».
•	VDS-3 - спецификация на масла, используемые во всех двигателях Volvo Truck Euro-3.
VW/Audi
•	VW 500.00 — легко летучие энергосберегающие всесезонные масла SAE 5W-30, 5W-40, 10W-40 для бензиновых двигателей.
Базовые требования: соответствуют требованиям АСЕА АЗ-96.
•	VW 501.01 - универсальное масло для бензиновых и дизельных двигателей с непосредственным впрыском, соответствует требованиям категории АСЕА А2; сезонные или всесезонные масла; должна быть проверена совместимость с эластомерными прокладками; для турбодизелей - только в сочетании с VW 505.00;
•	VW 502.00 - масло для бензиновых двигателей с повышенной эффективной мощностью и непосредственным впрыском, основой являются требования категории АСЕА АЗ;
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
352
•	VW 503.00 - всесезонное масло для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском; предусмотрен продленный интервал замены, имеет пониженную высокотемпературную вязкость с целью сбережения топлива; основой являются требования категории АСЕА АЗ; предназначено только для двигателей, выпускаемых с мая 1999 г.; не применять для автомобилей прежних выпусков из-за низкой высокотемпературной вязкости, которая может привести к повреждению двигателя;
•	VW 503.01 - масла для бензиновых двигателей с турбонаддувом, предусмотрен продленный интервал замены;
•	VW 505.00 - масла для дизельных двигателей легковых автомобилей без и с турбонаддувом; соответствует требованиям категории АСЕА ВЗ; всесезонные масла; должна быть проверена совместимость с эластомерными прокладками;
•	VW 505.01 - всесезонное моторное масло вязкости SAE 5 W-40 для дизельных двигателей с насос-форсункой;
•	VW 506.00 - всесезонные масла для дизельных двигателей легковых автомобилей с турбонаддувом; предусмотрен продленный интервал замены; имеют пониженную высокотемпературную вязкость с целью сбережения топлива; основой являются требования категории АСЕА В4; предназначены только для двигателей, выпускаемых с мая 1999 г; не применять для автомобилей прежних выпусков из-за низкой высокотемпературной вязкости, которая может привести к повреждению двигателя.
Нефтекомпании акцентируют, что ресурс работы двигателя зависит от качества масла. При применении масла высокого качества и предназначенного для данного типа двигателя, ресурс работы двигателя увеличивается в 2-3 раза. Таким образом, затраты на более качественное масло окупаются, даже если они и увеличиваются в два раза. Некоторые компании утверждают, что в случае применения масла одинаковой марки и при правильной его замене современные двигатели и после 300 000-500 000 км пробега не должны иметь слишком больших признаков износа и загрязнений.
8.2.2. Российские классификации
Классификация моторных масел по ГОСТ 17479.1-85
На моторные масла, применяемые на автомобилях, тракторах, тепловозах, сельскохозяйственной и другой технике.
Масла по вязкости делят на классы: зимние, летние и всесезонные (табл. 8.8.), а по эксплуатационным свойствам - на шесть групп, обозначаемые буквами А. Б, В, Г, Д и Е (табл. 8.9).
Зимние масла нормируют значениями кинематической вязкости при температурах+ 100 °C и минус 18 °C, летние-при температуре +100 °C. Всесезонные масла обозначают дробью, в числителе которой указывают класс вязкости зимнего масла, а в знаменателе - класс вязкости летнего масла.
Структура обозначений моторных масел включает группу букв и цифр:
•	буква М указывает на принадлежность к моторным маслам;
•	цифры, следующие через дефис за буквой, характеризуют класс кинематической вязкости. При обозначении дробными цифрами в числителе указывается класс
____________8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества_ 353 вязкости при -18 °C, в знаменателе - класс вязкости при +100 °C;
•	прописные буквы после цифры указывают на принадлежность к группе масел по эксплуатационным свойствам.
Индекс “1” у букв обозначает масла для бензиновых двигателей, а “2” - для дизелей.
Масла, предназначенные для использования как в дизельных, так и бензиновых двигателях одного уровня форсирования, обозначаю! одной буквой без индекса.
Дополнительные индексы означают:
“з” - масло, содержащее загущающую присадку;
“цл” - масло для циркуляционных и лубрикаторных систем;
“рк” - рабоче-консервационные масла;
“20”, “30” - значение щелочного числа и др.
Таблица 8.8
Классы кинематической вязкости моторных масел по ГОСТ 17449.1-85
Класс вязкости	Кинематическая вязкость, мм’/с, при температуре	
	100 °C	-18 °C, не более*
Зимние классы:		
35	<3,8	1250
4ч	<4,1	2600
5з	<5,6	6000
6 3	<5,6	10400
Летние классы:		
6	5,6-7,0	-
8	7,0-9,3	-
10	9,3-11,5	-
12	11,5-12,5	-
14	12,5-14,5	-
16	14,5-16,3	-
20	16,3-21,9	
Всесезонные классы:		
3/8	7,0-9,5	1250
4/6	5,6-7,0	2600
4/8	7,0-9,5	2600
4/10	9,5-11,5	2600
5/10	9,5-11,5	6000
5/12	11,5-13,0	6000
5/14	13,0-15,0	6000
6/10	9,5-11,5	10400
6/14	13,0-15,0	10400
6/16 J	15,0-18,0	10400
“определяют по номограмме.		
23 Заказ Ks 2029
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
354
Таблица 8.9
Группы моторных масел в зависимости от эксплуатационных свойств по ГОСТ 17479.1-80
Группа масел по эксплуатационным свойствам		Рекомендуемая область применения
А		Нефорсированные бензиновые двигатели и дизели
Б	Б!	Малофорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, которые способствуют образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников
	Б,	Малофорсированные дизели
В	в,	Среднефорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, которые способствуют окислению масла и образованию всех видов отложений
	в2	Среднефорсированные дизели, предъявляющие повышенные требования к антикоррозионным свойствам масел и имеющие склонности к образованию высокотемпературных отложений
Г	Г,	Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, которые способствуют окислению масла, образованию всех видов отложений, коррозии и ржавлению
	Г2	Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в эксплуатационных условиях, которые способствуют образованию высокотемпературных отложений
Д	д,	Высокофорсированные бензиновые двигателя, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых чем для масел группы Г,
	д2	Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых условиях, или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений
Е	E, е2	Высокофорсированные бензиновые и дизельные двигатели, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых, чем для масел групп Д, и Д,. Масла отличаются повышенной диспергирующей способностью и лучшими противоизносными свойствами.
Масла группы А выпускают без присадок или с незначительным их содержанием. В масла группы Б вводят до 6 % присадок и используют их в малофорсированных бензиновых двигателях и дизелях. Масла группы В содержат до 8 %, а группы Г - до 14 % композиций присадок и предназначены соответственно для среднефорсированных и высокофорсированных дизелей и бензиновых двигателей. Для высоконапряженных дизелей с наддувом и бензиновых двигателей, работающих в тяжелых условиях, выпускают масла группы Д, в составе которых содержится до 15-18 % композиций
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
355
присадок. Масла группы Е предназначены для высокофорсированных бензиновых двигателей и дизелей, работающих в условиях более тяжелых, чем масла группы Д.
Примеры обозначения моторных масел:
М-8-Bj: М - моторное масло, 8 - класс вязкости, В, - масло для среднефорсированных карбюраторных двигателей.
М-6з/1 О-В: М-моторное масло, 6з/10-класс вязкости, В-универсальное масло для среднефорсированных бензиновых и дизельных двигателей.
М-4з/8-В2Г]: М - моторное масло, 4^/8 - класс вязкости, В,Г[ - предназначено для использования как в среднефорсированных дизелях (В2), так и в высокофорсированных бензиновых двигателях (Г,).
Общие технические требования к автотракторным моторным маслам поГОСТ Р51634-2000
Стандарт устанавливает технические требования к показателям качества, характеризующим вязкостные свойства и безопасность применения и методы испытаний (табл. 8.10).
Таблица 8.10
Технические требования
Наименование показателя	Значение	Метод испытания
1	2	3
1. Вязкость кинематическая, мм’/с, для класса вязкости: 3,	при+100 °C при-18 °C 4,	при+100 °C при -18 °C 5,	при +100 °C при-18 °C б5 при+100 °C при -18 °C 6	при 100 °C 8 при 100 °C 10 при 100 °C 12 при 100 °C 14 при 100 °C 16 при 100 °C	не менее 3,8 не более 1250 не менее 4,1 не более 2600 не менее 5,6 не более 6000 не менее 5,6 не более 10400 св. 5,6 до 7,0 включ. св. 7,0 до 9,3 включ. св. 9,3 до 11,5 включ. св. 11,5 до 12,5 включ. св. 12,5 до 14.5 включ. св. 14,5 до 16,3 включ.	ГОСТ 33
2. Вязкость кажущаяся (динамическая), определенная на имитаторе холодной прокрутки (CCS) для классов вязкости, не более 0W 5W 10W 15W 20W 25W	6200 при минус 35 6600 при минус 30 7000 при минус 25 7000 при минус 20 9500 при минус 15 13000 при минус 10	ASTM D 5293
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
356
Продолжение табл. 8.10
1	2	3
3. Вязкость кажущаяся (динамическая), определенная на мини-роторном вискозиметре (MRV), для классов вязкости, не более 0W 5W 10W I5W 20W 25W	60000 при минус 40 60000 при минус 35 60000 при минус 30 60000 при минус 25 60000 при .минус 20 60000 при минус 15	ASTM D 4684
4. Щелочное число, мг/КОН на 1 г масла, не .менее	В соответствии с нормой, установленной в документации	ГОСТ 11362
5. Массовая доля фосфора, %, не более	0,12	ГОСТ 9827
6. Сульфатная зольность, %, не более, масел для двигателей: бензиновых. дизелей легковых автомобилей дизелей автобусов, грузовых автомобилей и внедорожной техники**	1,3 1,8* 2,0	ГОСТ 12417
7. Температуре вспышки, определяемая в открытом тигле, °C, не ниже, для класса вязкости: 3,4,5 , б и всасезонных масел би 8 10 12, 14 и 16 20 и 24	 * Требования распространяются и на у **Внедорожная техника - сельскохозяйс техника, комбайны большегрузные авто»	190 205 210 220 240 ниверсальные масла. твенные и промышленные тракторь побили и самосвалы.	ГОСТ 4333 , строительно-дорожная
Классификация и технические требования к моторным маслам автомобильных двигателей, автомобильных инженеров Российской Федерации (ААИ) по СТО ААИ 003-98
Рекомендованы для всех ведомств, организаций и предприятий РФ независимо от форм собственности (табл. 8.11).
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
357
Таблица 8.11
Классы вязкости моторных масел (соответствуют SAE)
Класс вязкости no SAE	Вязкости при низких температурах		Вязкость кинематическая при температуре 100 °C*** мм2/с (сСт)		Динамическая вязкость при 150 °C**** СПз
	Пусковые свойства* СПз при °C, не более	Прокачиваемость** СПз, при °C, не более	не менее	не более	не менее
0W	6200 при -35 °C	60000 при -40 °C	3,8	-	-
5W	6600 при -30 °C	60000 при -35 °C	3,8	-	-
10W	7000 при -25 °C	60000 при -30 °C	4,1	-	-
15W	7000 при -20 °C	60000 при -25 °C	5,6		-
20W	9500 при -15 °C	60000 при -20 °C	5,6		-
25W	13000 при-10 °C	60000 при -15 °C	9,3	-	-
20	-	-	5,6	9,3	2,6
30 40			9,3 12,5	12,5 16,3	2,9 2,9 для 0/5/10W-40 3,7 для 15/20/25W-40 40
50	-	-	16,3	21,9	3,7
60	-	-	21,6	26,1	3,7
*	Методы ASTM D 5293 или ASTM D 2602
*	* Метод ASTM D 4684
*	** Метод ASTM D 445 или ГОСТ 33
*	*** Методы ASTM D 4683, СЕС L-36-A-90 (ASTM D 4741) или ASTM D 5481
Классы вязкости моторных масел в зависимости от сезонности применения:
Классы вязкости	Сезонность применения
SAE 10W SAE 20W SAE 20, SAE 30 SAE 40, SAE 50 SAE 0W-30, SAE 0W-40 SAE 5W-30, SAE 5W-40 SAE 10W-30, SAE 10W-40 SAE 15W-3O, SAE 15 W-40 SAE 20W-40, SAE 20W-50	зима, в северных районах зима, в средней полосе лето, в средней полосе лето, в южных районах всесезонно, в арктических районах всесезонно, в северных районах всесезонно, в средней полосе всесезонно, в южных районах
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
358
Температурные пределы применения моторных масел на конкретных моделях автомобилей определяет предприятие-разрабочик этих автомобилей.
Маркировка эксплуатационных свойств
Моторные масла имеют буквенно-цифровое обозначение (табл. 8.12).
•	буква “Б” - для бензиновых двигателей;
•	буква “Д” - для дизелей;
•	цифры от “1” до “4” обозначают область применения масла.
Универсальные моторные масла для дизелей и бензиновых двигателей должны иметь двойное обозначение. Первое обозначение определяет область основного применения масла. Например, “ДЗ/БЗ” или “Б1/Д1”.
Таблица 8.12
Обозначение моторных масел по ААИ
Обозначение по ААИ	Применение в двигателях
Масла для бензиновых двигателей	
Б1	Бензиновые двигатели грузовых автомобилей
Б2	Бензиновые двигатели легковых автомобилей выпускало 1996 г,
БЗ	Бензиновые двигатели легковых автомобилей выпуска после 1996 г.
Б4	Перспективные бензиновые двигатели, имеющие повышенные экологические показатели
Масла для дизелей	
Д1	Дизели грузовых автомобилей без наддува
Д2	Дизели грузовых автомобилей с наддувом, дизели грузовых автомобилей без наддува, работающие в тяжелых условиях
ДЗ	Дизели грузовых автомобилей с наддувом, работающие в тяжелых условиях и имеющие повышенные экологические показатели
•Введение новых эксплуатационных групп моторных масел будет производиться по мере формирования требований разработчиками автомобилей	
Предприятие-изготовитель обозначается фирменной торговой маркой.
Примеры условного обозначения моторных масел по ААИ:
Яр-Марка, SAE 20W, ААИ Б1;
Ангрол, SAE 30, ААИ Д2;
Уфалюб, SAE 10W-30, ААИ Б2/Д1,
где Яр-Марка, Ангрол, Уфалюб - торговая марка предприятия-изготовителя моторного масла;
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
359
SAE 20W, SAE 30, SAE 10W-30 - класс вязкости по SAE;
Б1, Д1, Б2/Д1 - обозначение по ААИ.
Наряду с обозначениями моторных масел по ААИ могут применяться обозначения, соответствующие другим принятым классификациям.
Таблица 8.13
Требования к эксплуатационным свойствам моторных масел для бензиновых двигателей (моторные испытания)
Эксплуатационные свойства (установка для испытаний)	Документ, устанавливающий метод испытаний	Оцениваемые параметры	Единица измерения	Значение параметров для масел			
				Б1	Б2	БЗ	Б4
1	2	3	4	5	6	7	8
1. Низкотемпературные отложения (установка НАМИ-Im)	ГОСТ 20994	Отложения в центрифуге, не более	Г	100	40	-	-
2. Высокотемпературные отложения (установка НАМИ-Im)	ГОСТ 20991	Подвижность поршневых колеи, не более Суммарная загрязненность поршня, не более	балл балл	0 12	-	-	-
3. Антикоррозионные и антиокислительные свойства (установка Petter W1)	СЕС L 02-А	Увеличение вязкости масла, не более Потеря веса вкладышей, не более	% мг	50 25	50 25	-	-
4. Антипиттинго-вые свойства (стенд кулачок-толкатель)	СИ-010	Состояние толкателей (питтинг), не более	шт.	3	1	1	1
5. Антиокислительные и моющие свойства (двигатель ВАЗ 2106)	TIM ВАЗ 1.97.715	Увеличение вязкости масла при 40°С, не более Подвижность поршневых колец, не более Отложения на юбке поршня, не более Отложения на перемычках поршня, не более Средний износ кулачков распределительного вала, не более	% балл балл балл мкм	-	300 0 1,5 1,5 15	200 0 1,0 1,0 15	100 0 0,5 0,7 15
6. Склонность к образованию низкотемпературных отложений (двигатель ВАЗ 2106)	TIM ВАЗ 1.97.715	Отложения на деталях двигателя, не более Отложения на корпусе распределительного вала, не более	балл балл	-	1,5 2,0	1,0 1,5	0,5 1,0
360
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Продолжение табл. 8.13
1	2	3	4	5	6	7	8
		Забивка отверстий маслоприемника, не более	%		15	10	5
		Подвижность поршневых колец, не более Отложения на юбке	балл	-	1,5	1,0	1,0
		поршня, не более Средний износ кулач-	балл	-	1,8	1,2	0,6
		ков распределительного вала, не более Средний износ поршневых колец:	мкм	-	10	10	10
		- потеря массы, не более	мг	-	50	50	35
		- увеличение зазора в замке, не более	мкм	-	100	100	50
7. Моющие свой-	Метод	Отложения на порш-					
ства (двигатель ЗИЛ 130)	АМО ЗИЛ	не, не более	балл	25	-	-	-
Таблица 8.14
Требования к эксплуатационным свойствам моторных масел для дизельных двигателей (моторные испытания)
Эксплуатационные свойства (установка для испытаний)	Документ, устанавливающий метод испытаний	Оцениваемые параметры	Единица измерений	Значения параметров для масел		
				Д1	Д2	дз
1	2	3	4	5	6	7
1 Моющие антикоррозионные и противоизносные свойства (двигатель Д245)	Д245	Подвижность поршневых колец, не более Отложения на поршне, не более Потеря массы комплекта вкладышей из бронзы, не более Потеря массы комплекта поршневых колец (на один поршень), не более	балл балл мг мг	0 11 200 определить	0 6 200 определить	0 нормы разрабатываются
2 Анткокисли-тельные и антикоррозионные свойства(установка Petter W1)	СЕС L02-A	Увеличение вязкости масла, не более Потеря массы вкладышей, не более	% мг	50 25	50 25	50 25
3 Антапитгин-говые свойства	СИ-010	Количество толкателей с питтингом, не более	шт.	3	3	1
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
361
Продолжение табл. 8.14
1	2	3	4	5	6	7
4 Моющие и						
противоюносные свойства на						
двигателях: 4.1 КамАЗ	РД37.104.	Подвижность порш-				
(КамАЗ 740)	17.004	невых колец, не более Отложения на	балл	0		-
ИЛИ		поршне, не более Содержание железа в	балл	12	-	-
		масле, не более	ррм	22	-	-
4.2 ЯМЗ (ЯМЗ	РД 37.319. 034	Подвижность порш-				
238Б)		невых колец, не более Отложения в верхней	балл	0	0	0
		канавке поршня, не более	балл	6*	6*	4
		Износ гильзы, не более	мкм	10	10	8
		Потеря массы комплекта поршневых колец, не более Износ верхних шатун-	мг	300	300	250
		ных вкладышей, не более	мкм/мг	5/100	5/100	3/80
5 Моющие и						
противоизносные свойства на						
двигателях: 5.1 КамАЗ	РД37.104.	Подвижность порш-				
(КамАЗ 7403)	17.004	невых колец, не более Отложения на	балл	-	0	0
ИЛИ		поршне, не более Содержание железа в	балл	-	15	12
		масле, не более	ррм	-	22	22
5.2 ЯМЗ	РД 37.319. 034	Псхгеря массы верх-				
(ЯМЗ 8421)		него шатунного вкладыша из свин-				
		цовистой бронзы, не более	МГ	100	100	70
		Коррозионность конечной пробы масла				
		на пластине из свин-				
		цовистой бронзы (ДК-НАМИ, 160°С, 10 ч), не более Плошадь заполированной поверхности	г/м2	15	15	12
		гильзы цилиндра, не более	%	-	8	2
		Прирост расхода масла на угар, не более Снижение вязкости	г/ч	100	100	60
		(VHW) загущенных масел после 10 ч работы двигателя, не более	%	25	25	25
*Срок смены масел Д1 -125 час., Д2 и ДЗ - без замены масла (250 час.)
Таблица 8.15 ел
Требования к физико-химическим свойствам моторных масел для автомобильных двигателей по классификации ААИ (лабораторные испытания)
Свойства	Документ, устанавливающий метод испытаний	Оцениваемые параметры	Ед. изм.	Значения параметров для масел						
				Б1	Б2	БЗ	Б4	Д1	Л2	ДЗ
Вязкостные свойства	SAE J300	Классы вязкости в соответствии с SAE J 300		Все классы вязкости в зависимости от климатических условий и в соответствии с рекомендациями производителей техники и ААИ						
Стабильность вязкости всесезонных масел (деструкция но БОШ)	CECL 18-А	Изменение вязкости после 30-ти циклов	%			xW-30 > 9,0 xW-40> 12,0 xW-50> 15,0	остается в классе вязкости		xW-30 >9,0 xW-40> 12,0 xW-50> 15,0	xW-30 > 9,0 xW-40> 12,0 xW-50> 15,0
Испаряемость (по Noack)	СЕС L 40-А	11отсря массы при 250 °C за 1 час	%	-	-	<20 для 10\V и ниже <15 для остальных	<15 лля 10W и ниже <13 ДЛЯ остальных	-	<20 для 10W и ниже <15 для остальных	< 15 для 10W и ниже <13 для остальных
Склонность к	ASTM D 892	Этап I (20 °C)	мл	100	100	10	10	10	10	10
ценообразованию		Этап II (94 °C)	мл	50	50	50	50	50	50	50
и стабильность пены, не более Совместимость с эластомерами	ГОСТ 9.030	Этап III (24 °C) Изменение обьемг эластомеров после 72 ч выдержки (при °C)	мл %	100	100 акрильная от -2 до + 10 (150 °C)	10 нитрильная ±8 (ПО °C)	10 ([пористая ±3(150 °C)	10 СИЛИК1 (1	10 (новая +20 10 °C)	10 остальные ±5 (140 °C)
Зольность сульфатная	ГОСТ 12417		%	<0,8	<1,0	<1,1	<1,3	<1,2	<1,5	<1,8
Гпава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
363
Классификация и технические требования к моторным маслам для автомобильных двигателей ВАЗ (по РД 3148.37.101.001-2000)
Температурные пределы применения моторных масел в зависимости от класса вязкости
Таблица 8.16
Класс по SAE	Диапазон применения
SAE 0W-30 SAE0W-40 SAE5W-30 SAE5W-40 SAE 10W-30 SAE10W-40 SAE 15W-40 SAE20W-40	От минус 30 °C* до 20 °C** - для севера От минус 30 °C* до 25 °C** - всесезонное для севера Ог минус 25 °C* до 20 °C** - для умеренной зоны От минус 25 °C* до 30 °C** - всесезонное для умеренной зоны От минус 20 °C* до 25 °C** - зимнее для южной зоны От минус 20 °C* до 35 °C** - всесезонное для умеренной зоны Ог минус 15 °C* до 45 °C** - всесезонное для южной зоны От минус 10 °C* до 45 °C** - летнее для южной зоны
* I ipn данной температуре воздуха масло обеспечивает требуемую частоту вращения коленчатого вала. **при данной температуре воздуха с данным маслом обеспечивается давление более 5 кПа (0 кг/см2) в системе смазки на оборотах холостого хода 800-850 мин'1 на прогретом двигателе.	
Группы масел для эксплуатации двигателей ВАЗ
Масла группы “СТАНДАРТ” предназначены для эксплуатации автомобилей с бензиновыми двигателями ВАЗ-2101, 21011,2103,2105,2106,2121 (со сроком смены масел 10000 км) выпушенными до 01.10.2000 г., а также с дизельными двигателями ВАЗ-341 и 343 (со сроком смены масел 5000 км). Масла этой группы при необходимости могут применять для первой заправки всех моделей двигателей при сборке.
Масла группы “СУПЕР” предназначены для эксплуатации автомобилей с бензиновыми двигателями семейств ВАЗ-1111, 2108, 2110 и 2123 (со сроком смены масел 15000 км), автомобилей с дизельными двигателями ВАЗ-3431 с турбонаддувом (со сроком смены 5000 км), автомобилей ВАЗ-21213 и 21214 (со сроком смены масел 10000 км), а с 01.10.2000 г. и для автомобилей ВАЗ-2104, 2105,2106 и 2107 (со сроком смены масел 10000 км).
Примерное соответствие уровня эксплуатационных свойств масел групп “СТАНДАРТ” и “СУПЕР” отечественным и зарубежным классификациям:
Обозначение группы по РД	ААИ	ГОСТ 17479.1	API
“СТАНДАРТ”	БЗ/Д1	Г,	SF/CC
“СУПЕР”	Б4/Д2	д	SG/CD
364
Глава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Таблица 8.17
Требования к физико-химическим показателям качества
Показатели	Нормы по физико-химическим показателям				Методы испытаний
	Группы “СТАНДАРТ’		Группы “СУПЕР”		
1 Вязкость кинематическая при 100°С, мм’/с, не менее	XW-30-11 XW-40-14				ГОСТ 33
2 Вязкость динамическая при 150 °C, сПз, не менее	Нормы смотри в таблице 8.2				ASTM D5683 или ASTM D4741
3 Вязкость динамическая. сПз, не более	Нормы смотри в таблице 8.2				ASTMD2602 или ASTMD5293
4 Вязкость динамическая, сПз, не более 60.000	Нормы смотри в таблице 8.2				ASTM D4684
5 Испаряемость 1 час при 250 °C, %, не более	XW-30 - 20* XW-40- 15		XW-30-15 XW-40- 13**		DIN 51851
6 Пенообразование, см’, тенденция/стабильность, не более Последовательность Г (24 °C) Последовательность II (94 °C) Последовательность III (24 °C)	25 50 25		10 50 10		ASTM D892
7 Массовая доля сульфатной золы, %, не более					ГОСТ 12417
8 Температура вспышки, °C, не менее	5W-30 - 200, 15W-40 - 220 10W-30 - 205,20W-40 - 220 10W-40-210				ГОСТ 4333
9 Коррозия меди при 100 °C 3 часа, балл, не более	1b				ГОСТ 2917
10 Щелочное число мг КОН/г	Определить****				ГОСТ 11362
11 Температура застывания, °C, не более	0W-XX - минус 42 5W-XX - минус 37 10W-XX- минус 32 15W-XX- минус 27 20W-XX - минус 20				ГОСТ 20287
12 Массовая доля фосфора, %, не более	0,12				ГОСТ 9827
13 Массовая доля кальция, магния, цинка, %	Определить****				ГОСТ 13538
14 Совместимость с резинами (по ТУ 38.105185)	Аклипатная 2801 (135 °C, 72 ч)	Нитрильная 7-57-50-25 (НО °C, 72 ч)		Фтористая 420 (150 °C, 72 ч)	ГОСТ 9 030
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
365
Продолжение табл. 8.17
Показатели	Нормы по физико-химическим показателям				Методы испытаний
	Группы “СТАНДАРТ”		Группы “СУПЕР”		
14.1 Изменение объема, %, в пределах	от минус 2 до 10	от минус 8 до 8		от минус 3 до 3	
14.2 Изменение твердости, ед. IRHD, в пределах	от минус 8 до 8	от минус 8 до 8		от минус 3 до 3	
14.3 Изменение прочности, %, нс более	минус 10	минус 20		минус 30	
14.4 Изменение относительного удлинения до разрыва, %, не более				минус 30	
*для масла SAE 5W-3O на минеральной основе, допустима норма не более 22 % **для масел SAE 5W-30/40 на минеральной основе, допустима норма не более 20 % и использование только для автомобилей, выпущенных до 01.10.2000 ***допустимо превышение содержания ****полученные при испытаниях значения данных показателей вносятся в качестве норм в ТУ на одобренное моторное масло.					
Таблица 8.18
Технические требования к эксплуатационным свойствам моторного масла для двигателя ВАЗ-2106
Показатели	Нормы по результатам испытаний в двигателе на масла		Методы испытаний
	Группа “СТАНДАРТ”	Группа “СУПЕР”	
Стабильность вязкости*			
Кинематическая вязкость при 100 °C, мм2/с, не менее (после 20 ч работы в двигателей по 2177.37.101.003-95)	XW-30 - 9.0 XW-40-12.0		ГОСТ 33
Калильное зажигание**			
Влияние на преждевременное воспламенение рабочей смеси от нагара, часов, не менее	80		1971.37.101.012
Антиокислительные свойства			
Прирост вязкости при 40 £С, не более Пригорание поршневых колец Отложение на юбке поршня, балл, не более	200 Нет 1,0	100 Нет 0,5	3177.37.101.001
366
Гпава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Продолжение табл. 8.18
Показатели	Нормы по результатам испытаний в двигателе на масла		Методы испытаний
	Группа “СТАНДАРТ”	Группа “СУПЕР”	
Суммарная опенка отложений на перемычках поршня, балл, не более	1,0	0,7	
Износ кулачков распределительного вала, мкм, не более	15	15	
Склонность к образованию низкотемпературных отложений			
Средняя оценка шлама на деталях двигателя, балл, не более	1,0	0,5	3177.37.101.002
Отложения шлама на корпусе распредвала, балл, не более	1,5	1,0	
Забивка отверстий маслосьсмных колец, %, не более	10	5	
Подвижность п/колец, балл, не более	1,0	1,0	
Отложения лака на юбке поршня, балл, не более	1,2	0,6	
Средний износ кулачков распредвала, мкм, не более	10	10	
Средний износ поршневых колец, мг, не более	50	50	
Увеличение зазоров в замке поршневых колец, мкм, не более	100	100	
*показатель определяется только при использовании новых загущающих присадок **показатель определяется только в случае превышения норм по содержанию сульфатной золы			
Технические требования к моторным маслам для двигателей КамАЗ по РД 37.104.17004-96
Таблица 8.19
Требования к моторным маслам для двигателей без наддува мощностью 210 л. с.
Наименование показателя	Метод испытаний	Единица измерения	Значение показателя
Общее щелочное число (TBN)	ГОСТ 11362 ASTMD-664	мг КОП/г	6 min*
Испаряемость по NOACK	DIN 51581	%	н.б. 15
Температура вспышки в открытом тигле	ГОСТ 4333	°C	н.н. 205**
Зольность сульфатная	ГОСТ 12417	%	н.б. 2,0
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
367
Продолжение табл. 8.19
Наименование показателя	Метод испытаний	Единица измерения	Значение показателя
Стабильность к окислению на приборе ДК-НАМИ при 200 °C (НПО)	ГОСТ 11063	г	н.м. 50***
Совместимость с резиной при выдерживании в течение 144 часов при температуре 120 °C - изменение объема	ГОСТ 9.030		5,0 для всех марок резин, кроме силиконовой +20,0 для силиконовой резины ИРП-1400(1401)
Стабильность против деструкции на форсуночном стенда БОШ: - вязкость после 30 циклов при 100 °C	СЕС L-14-A-78	мм2/с	XW-3O9 ХШ-40>12(для сезонных масел не нормируется)
Антикоррозионные свойства на ДК-НАМИ при 160 °C в течение 25 ч - на образцах из свинца С1 - на образцах из свинцовистой бронзы (по шкале)	ГОСТ 20502 ASTMD130	г/м2 балл	н.б. 5,0 н.б. 1в
Смазывающие свойства на ЧШМ трения: Ди Рк Рс Из	ГОСТ 9490	ММ н (кгс) н (кгс) усл.ед.	н.б. 0,4 н.н. 784(80) н.н. 1960(200) н.н. 40
Противоизносные и антизадириые свойства на стенде кулачок-толкатель (СКТ) в течение 13 ч. 20 мин.	Методика КамАЗ	-	выдерживает
Моторные испытания	Мегодика КамАЗ	-	выдерживает на двигателе КамАЗ-7403
Массовая доля активных элементов: фосфора кальция цинка	ГОСТ 13538 или Байрд ICA 2000	%	н л. 0,05 н.н. 0,19 н.н. 0,05
*при использовании нейтральных сульфонатов с высоким моющим потенциалом допускается не менее 4,0 мг КОИ/г. **для масла SAE 20W - н.н. 200 °C. ***для незагущенных масел; для загущенных всесезонных масел показатель устанавливается факультативно, определение обязательно.			
368
Гпава 8. Классификация и требования к качеству моторных масел
Таблица 8.20
Технические требования к маслам для двигателей с турбонаддувом мощностью до 260 л.с.
Наименование показателя	Метод испытаний	Единица измерения	Значение показателя
Общее щелочное число (TBN)	ГОСТ 11362 ASTMD664	мгКОН/г	8 min
Испаряемость ио NOACK	D1N51581	%	н.б. 15
Температура вспышки в открытом тигле	ГОСТ 4333	°C	н.н. 220
Зольность сульфатная	ГОСТ 12417	%	2,0 max
Стабильность к окислению на приборе ДК-НАМИ при 200 °C (ИПО)	ГОСТ 11063	г	н.м. 60*
Совместимость с резиной при выдерживании в течение 144 часов при температуре 120 °C - изменение объема	ГОСТ 9.030	%	5,0 для всех марок резин, кроме силиконовой +20,0 для силиконовой резины ИРП-1400(1400
Стабильность против деструкции на форсуночном стенде БОШ: - вязкость после 30 циклов при 100 °C	СЕС L-14-A-78	мм2/с	XW-30>9 XW-40>12 (для сезонных масел не нормируется)
Антикоррозионные свойства на ДК-НАМИ при 160°С в течение 25 ч - на образцах из свинца С1 - на образцах из свинцовистой бронзы (по шкале)	ГОСТ 20502 ASTMD130	г/м2 балл	н.б. 5,0 н.б. 1в
Смазывающие свойства на ЧШМ трения Ди Рк Рс Из	ГОСТ 9490	мм н(кгс) н(кгс) усл.ед.	н.б. 0,4 н.н. 784(80) н.н. 1960(200) н.н. 40
Противоизносные и ангизадирные свойства на стенде кулачок-толкатель (СКТ) в течение 13 ч. 20 мин.	Методика КамАЗ	-	выдерживает
Моторные испытания	Методика КамАЗ	-	выдерживает на двигателе КамАЗ-7403
Массовая доля активных элементов: фосфора кальция цинка	ГОСТ 13538 или Байрд ICA 2000	%	н.н. 0,15 н.н. 0,04
*для незагущенных масел; для загущенных всесезонных масел показатель устанавливается факультативно, определение обязательно.			
8.2. Классификация моторных масел по назначению и уровню качества
369
Таблица 8.21
Требования к моторным маслам для двигателей с турбонаддувом мощностью до 360 л.с.
Наименование показателя	Метод испытаний	Единица измерения	Значение показателя
Общее щелочное число (TBN)	ГОСТ 11362 ASTM D 664	мг КОН/г	8 min
Испаряемость по NOACK	DIN 51581	%	н.б. 15
Температура вспышки в открытом тигле	ГОСТ 4333	°C	н.н. 220
Зольность сульфатная	ГОСТ 12417	%	2,0 max
Стабильность к окислению на при-боре ДК-НАМИ при 200 °C (ИПО)	ГОСТ 11063	Г	н.м. 60*
Совместимость с резиной при выдерживании в течение 144 часов при температуре 120 °C - изменение объема	ГОСТ 9.030	%	5,0 для всех марок резин, кроме силиконовой +20,0 для силиконовой резины ИРП-1400(1401)
Стабильность против деструкции на форсуночном стенде БОШ: - вязкость после 30 циклов при 100 °C	СЕС L-14-A-78	мм2/с	XW-30>9 XW-40>12 (для сезонных масел не нормируется)
Антикоррозионные свойства на ДК-НАМИ при 160° в течение 25 ч - на образцах из свинца С1 - на образцах из свинцовистой бронзы (по шкале)	ГОСТ 20502 ASTMD 130		н.б. 5,0 н.б. 1в
Смазывающие свойства на ЧШМ трения: Ди Рк Рс Из	ГОСТ 9490	мм н (кгс) н(кгс) усл. ед.	н.б. 0,4 н.н. 980(90) н.н. 2450(250) н.н. 40
Противоизносные и антизадирные свойства на стенде кулачок-толкатель (СКТ) в течение 13 ч. 20 .мин.	Методика КамАЗ	-	выдерживает
Моторные испытания	Методика КамАЗ	-	выдерживает на двигателе КамАЗ 7403
Массовая доля активных элементов: фосфора кальция цинка *для незагушенных масел; для загущенных всесезокных м	ГОСТ 13538 или Байрд ICA 2000 асел показатель уст	% вдавливается, опр	н.н 0,1 н.н. 0,25 н.н. 0,11 ^деление обязательно.
24 Заказ № 2029
370
Гпава 9. Ассортиментные группы моторных масел
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
9.1.	Зарубежные моторные масла
9.1.1.	Масла для бензиновых двигателей
Типы автомобилей с бензиновыми двигателями
Бензиновые двигатели применяют в основном на легковых автомобилях, микроавтобусах и грузовых автомобилях малой грузоподъемности.
Легковые автомобили, в зависимости от года выпуска, качества, назначения и, особенно, от характера работы, разделяют на типы:
•	автомобили высокого класса с двигателями новейшей конструкции (latest technology1 engines)',
•	городские автомобили (city cars) для езды на работу и по служебным делам: такси, автомобили специального назначения: милиции, скорой помощи, а также микроавтобусы и грузовые автомобили малой грузоподъемности. Условие работы городских автомобилей является специфическим “стоп-старт” режимом;
•	семейные автомобили (family cars) для поездок семьи по выходным дням или в отпуск, в туристические путешествия или за покупками. Режим работы не очень трудный - режим коротких путешествий;
•	спортивные автомобили (sports cars) - автомобили высокого класса: условия работы тяжелые, скоростные;
•	гоночные автомобили (racing cars).
При выборе масла необходимо учитывать срок эксплуатации автомобиля. Чем старше автомобиль, тем более старые категории масла соответствуют его конструкции. Вновь созданные масла обычно могут заменять старые. Возможность применения новейших масел в старых и изношенных двигателях, особенно в мощных дизелях, окончательно не выяснена.
Уровни качества масел:
•	наивысшего уровня, превосходящие официальный высший класс качества. Это масла крупных нефтекомпаний - синтетические или гидрокрекинга API SH, SJ, API SH/CF-4, API SJ/CF, ACEA Al, ACEA A3/B3;
Достоинства масел наивысшего уровня:
•	энергосберегающие свойства;
•	высокий индекс вязкости (ИВ > 150), обеспечивающий надежное смазывание двигателя при работе с максимальной нагрузкой и хорошую прокачиваемость при холодном пуске;
•	низкая температура застывания;
•	низкая летучесть, стойкость к термоокислению. Хорошая моющая способность обеспечивающая длительный интервал замены масла и чистоту'двигателя.
Типичные классы вязкости новейших масел:
9.1. Зарубежные моторные масла
371
SAE 0W-30, SAE 0W-40, SAE 0W-50, SAE 0W-60,
SAE 5W-40, SAE 5W-5O,
SAE 10W-40, SAE 10W-50, SAE 10W-60.
•	высокого уровня, соответствующие официальному высшему классу качества. Это минеральные и полусинтетические масла - API SH/CD и АСЕА АЗ;
•	достаточно хорошие, стандартные масла для данного поколения автомобилей, уровень качества которых на один класс ниже официально высшего - API SG/CD и АСЕА А2;
•	более старые масла, бывшие на высоком уровне 5-7 лет назад - API SF/CC, АСЕА А2.
Рекомендации производителей масел:
•	для новых автомобилей применять только масла наивысшего уровня качества, не менять изготовителя, класса качества и даже марки масла в течение всего периода эксплуатации;
•	для семейных и старых автомобилей применять масла высокого класса - API SH/CD, АСЕА А2;
•	для автомобилей возрастом 6-10 лет: масла API SG/CD, АСЕА А2.
Для двигателей, работающих на бензине, содержащем оксиданты, усиливающие окислительные процессы, рекомендуются масла с антиокислительными и моющими присадками.
Масла для спортивных и гоночных автомобилей (“Sport”, “Competion”, rasing oil...) должны обладать высокой смазывающей способностью, а свойства, обеспечивающие долговременную эксплуатацию (стойкость к окислению, антикоррозионные), менее важны вследствие частой замены масел.
9.1.2.	Масла для дизельных двигателей
Масла для дизелей легковых автомобилей характеризуются высокой стойкостью к деформации сдвига и высокотемпературному окислению, обеспечивающей работу двигателя на больших оборотах при высокой степени сжатия. Масла имеют большой резерв щелочности для нейтрализации кислот, образующихся при сгорании сернистого топлива.
В Европе для дизелей легковых автомобилей создан специальный класс масел В (В 1, В2, ВЗ, В4, В5 для разных выпусков). Дополнительные требования к маслам устанавливают производители автомобилей в своих заводских спецификациях, например, VW - Horm 505.00, 506.00, MB Blat 227.1.
Масла для мощных дизелей SHPD (Super High Performance Diesel - “дизели особо высокого качества”) - новая категория качества масел обеспечивающая работу двигателей в тяжелых условиях, высокую экономичность, продленный интервал замены и европейские экологические требования.
Классы масел для дизелей SHPD: АСЕА ЕЗ-96.; АСЕА Е4-98; API CH-4, API CG-4.
Американские и европейские двигатели SHPD отличаются по конструкции и требованиям к качеству масел. Разные зазоры между поршнем и стенкой цилиндра
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
уп
(0,5 мм и в американских-0,75-1,7 мм) и конфигурация головки поршней вызывают различный характер изнашивания ЦПГ. проявляется так называемое “полирование стенок цилиндров”. Для его предотвращения масла должны обладать большей липкостью и стойкостью к деформациям сдвига при высокой температуре. Нормативные показатели полирования цилиндров приведены в табл. 9.1. Для продления интервала замены масло должно обладать высокой стабильностью к окислению и механическому воздействию, иметь большой резерв щелочности и высокое содержание моющих присадок, характеризующееся повышенной сульфатной зольностью (до 1,8-2,0 %).
Таблица 9.1
Пределы допускаемого полирования цилиндров для масел дизельных двигателей
Класс и спецификация масла, метод определения	Полирование цилиндров, %, не более
АСЕА EJ-96 (СЕС L-42-A-92)	14.0
АСЕА Е2-96 (СЕС L-42-A-92)	8.0
АСЕА Е2-96, выпуск 3 (СЕС L-42-T-99)	3.5
АСЕА ЕЗ-96 (СЕС L-42-A-92)	2.5
АСЕА ЕЗ-96, выпуск 3 (СЕС L-42-T-99)	1.0
АСЕА Е4-99 (СЕС L-52-T-97)	2.0
АСЕА Е5-99 (СЕС L-52-T-97)	2,0
МВ 227,1 (СЕС L-42-A-92)	14.0
МВ 228.0/1 (СЕС L-42-A-92)	8.0
МВ 228.2/3 (СЕС L-42-A-92)	2.5
МВ 228,5 (СЕС L-42-A-92)	1.0
МВ 228.5 (СЕС L-52-T-97)	2.0
MAN 3275 (QS 13-017) (СЕС L-42-A-92)	2,5
MAN 3277 (СЕС L-52-T-97)	2.0
Rover RES.22.OL (СЕС L-42-A-92)	2.0
Perkins SHPD Oil (СЕС L-42-A-92)	2.0
SHPD масла с улучшенными свойствами класса АСЕА ЕЗ-96 называют “маслами длинных дистанций” LDO {long distance oil). Основной критерий их качества -уменьшение полирования стенок цилиндров (табл.9.1) и стабильность вязкости при высокой температуре и большой деформации сдвига (HTHS viscosity).
Интервал замены масла SHPD составляет 50 000-60 000 км (спецификации “Volvo” VDS и VDS-2) и до 90000 км (MB Blatt 228.5). При городском режиме условия работы тяжелее и масло заменяют примерно в два раза чаще, чем на длинных дистанциях.
Несмотря на высокий уровень качества масел класса АСЕА ЕЗ-96, производители грузовых автомобилей и автобусов в Европе выдвигают дополнительные требования (табл. 9.2).
По своему качеству ближе к SHPD американские масла API CF-4 и API CG-4. Наилучшим образом европейским требованиям отвечает масло API СН-4.
SHPD масла являются всесезонными, со степенью вязкости SAE 10W-40 или 15W-40.
9.1. Зарубежные моторные масла
373
Таблица 9.2
Спецификация производителей автомобилей масел SHPD
Производитель	Спецификация
Mercedes-Benz MAN DAF	VD Blatt 228.2, 228.3. 228.5 MAN 3275 (QC 13-017), 3277 SHPD
Ford Tornado Rolls Royce KHD	RL 47 (bore polish) Bore Polishing Standard SHPD oil
Renault Scania Volvo	RVISHPD Extended Drain Drain Specifications (VDS, VDS-2, VDS-3)
Iveco MTU	SHPD Oil Type 2
Большинство масел для дизельных двигателей не имеют SHPD категории, но также предназначены для тяжелых условий работы с более коротким и большим допустимым пределом полирования цилиндров - 8-14 %. Европейский класс качества таких масел АСЕА Е2-96.
Американские масла категории API CG4 и API СН-4 приближаются к европейской категории SHPD.
Характеристики масел, предназначенных для мощных дизельных двигателей, как правило, удовлетворяют требованиям масел для бензиновых двигателей. Такие масла более универсальны по сравнению с SHPD и их применяют в смешанных автопарках. Некоторые компании, например, “Cummins”, для своих двигателей требуют дизельное масло с “двойной” категорией, отвечающей одновременно требованиям API SG и API SH, например, API CG-4/SH.
Американские производители машин и военное ведомство США (MIL), выдвигают к качеству дизельных масел дополнительные требования (табл. 9.3).
Таблица 9.3
Производитель	Спецификация
MIL MIL MIL	L-45199, (Caterpillar Series 3) L-46152 D/C PRF-2104G
Daimler Benz Mack Tracks Cummins	DB Sheet 228.0/1 EO-K/2, EO-L, EO-L plus, EO-M («Buldog») NTC 400
Allison Caterpillar Caterpillar	C-3. C-4 TO-2. TO-4 CAT 3600
Масла для дизелей средней и малой мощности имеют категорию качества API СС, CD, CF. Работают в двигателях более простой конструкции, с турбонаддувом или без него, на сернистом топливе и в неблагоприятных условиях (трактора, дорожностроительные, строительные и сельскохозяйственные машины). Эти масла применяют также в трансмиссиях.
374
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
9.1,3.	Масла для смешанного автопарка
Предназначены для автохозяйств, оснащенных техникой с дизельными и бензиновыми двигателями разного поколения и конструкции. Эти масла являются универсальными для смешанного автопарка, они позволяют сократить номенклатуру и облегчить эксплуатацию техники.
Масла для смешанного автопарка обладают высоким качеством с хорошо сбалансированным составом присадок, которые снижают полирование цилиндров дизельных двигателей, предотвращают образование осадков (шлама) и отличаются другими свойствами высококачественных масел.
Типичные классы масел смешанного автопарка: API CF-4/SG, API CF-4/SH, API CD/SF, API CE/SG всесезонные (SAE 15W-40, SAE 20W-50) и сезонные с вязкостью от SAE 10WfloSAE50.
Дополнительные требования изготовителей машин к маслам смешанного автопарка в спецификациях (табл. 9.4).
Таблица 9.4 Спецификации масел смешанного автопарка
Производитель	Спецификации
MIL	L-2104 E. F
MIL	L-46152 E
Ford	ESE-M2C 153-E
GM	6094 M
Rover	RES.22 OL.G4. RES.22.OL.PD2
VW	Norm 501.01, 505.00
MAN	271
MB	Blatt 228.1
Renault	RV1
Scania	Extended Drain
Volvo	Drain Specification (VDS)
Alli son	C-4
Caterpillar	TO-2
ZF	TE-ML 03, TE-ML 07
MTU	Type 1
Mack Truck	EO-K/2
Масла для двигателей, работающих на газовом топливе имеют повышенную стойкость к термической деструкции, улучшенные моющие свойства и меньшую сульфатную зольность (до 0,5 %). К ним относятся масла API SF, API CD. API CC/SE. Производители автомобилей, работающих на газовом топливе выдвигают дополнительные требования (MAN М 3271, DAF МАТ 70310, МВ 226.9).
Арктические масла (arctic oils) предназначены для работы при температуре воздуха ниже минус 40 °C. Готовят их на основе низковязких синтетических или минеральных маслах с гидрокаталитической депарафинизацией. Классы вязкости арктических масел SAE 0W-..., SAE 5W-... Арктические масла отличаются от обычных масел составом присадок, особенно модификаторов вязкости. При маркировке масел отмечают арктическое назначение.
9.1. Зарубежные моторные масла
375
На легковых автомобилях в арктических регионах страны применяют синтетические масла классов вязкости SAE OW-30, SAE 5W-3O.
Масла для приработки (обкатки) двигателей применяют для улучшения взаимной приработки поверхностей трения при небольшой нагрузке. “Масла обкатки” (run-ning-in oils}, содержат разделительные присадки с активными соединениями фосфора и серы.
9.1.4.	Тракторные масла
Предназначены для одновременного использования в двигателях, трансмиссиях, гидравлических передачах и механизмах рабочих машин:
•	трактора (tractors);
•	машины для землеройных работ (EMV- earth moving vehicles)-,
» строительные машины (construction equipment machinery)',
•	внемагистральные машины (off-highway equipment)-,
•	сельскохозяйственные машины (agricultural equipment, machinery farming equipm)-,
•	самоходные, мобильные машины (self-propelled machines, mobile equipment)-,
•	промышленные машины (industrial machinery’) и др.
Масла и жидкости для агрегатов и механизмов этих машин должны соответствовать специфическим требованиям к качеству производителей машин (“Caterpillar”, “Ford”, “John Deere”, “Massey-Ferguson”, “Case IH” и др.). Специфические условия работы тракторных масел:
•	большие емкости гидравлических и масляных систем (80-190 л);
•	одновременное использование в двигателях, гидравлических механических и фрикционных передачах;
<	» широкий диапазон скоростей движения и большая передаваемая мощность;
•	повышенные требования к фрикционным свойствам масел, для обеспечения плавной работы тормозов и сцеплений мокрого типа;
•	повышенная вероятность загрязнения масел, увеличивающее значение моющих и противоизносных свойств масла;
•	широкий диапазон рабочей температуры, требующий применения масел с высоким индексом вязкости;
•	долгосрочные перерывы в работе машин и их содержание под открытым небом, требующие высоких антикоррозионных и защитных свойств масел.
Тракторные масла разделяются по универсальности и назначению на:
•	STOU (Super Tractor Oil Universal) — суперуниверсальные тракторные масла для дизельных и бензиновых двигателей как с турбонаддувом, так и без него, а также для механических и гидромеханических передач (включая передачи с “мокрыми” тормозами);
•	UTTO (Universal Tractor Transmission Oil) - универсальные трансмиссионные масла для всех передач (включая с “мокрыми” тормозами) и для гидравлических механизмов;
•	TOU (Tractor Oil Universal) — универсальные трансмиссионные масла только
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
376
для механических передач (без “мокрых” тормозов) и для гидравлических механизмов;
•	THF (Tractor Hydraulic F/z/zcO - тракторная гидравлическая жидкость (масло).
Суперуниверсальные тракторные масла STOU
Отвечают требованиям к качеству классов моторных масел API CD/SE, API СЕ/ SF и трансмиссионных масел API GL-4. Применяют на сельскохозяйственных машинах европейского производства:
•	в качестве моторного масла для четырехтактных дизельных и бензиновых двигателей с турбонаддувом и без него;
•	в качестве трансмиссионного масла механических передач ручного переключения, раздаточной коробки, дифференциала, конечной передачи, подшипников и др.;
•	в качестве жидкостей для гидромеханических и гидравлических коробок передач, сцеплений и других механизмов.
Универсальность масел достигают ценой улучшения одного свойства за счет некоторого ухудшения другого.
Несмотря на высокую универсальность масла STOU нельзя применять для:
•	двухтактных двигателей, где масло перемешивается с топливом:
•	гипоидных передач.
Европейская практика показывает, что STOU-масла выгоднее применять в малых и средних хозяйствах для предотвращения ошилочного смешения разных марок, а на крупных эффективнее применять отдельно универсальные моторные масла и специальные универсальные трансмиссионные масла UTTO для лучшего удовлетворения требований различной техники.
Основные спецификации производителей тракторов и передач:
•	MIL L-2104C, MIL L-2104D, MIL L-2105, MIL L-46152B;
•	Case JIMS 1207, MS 1210;
•	Fiat AF 87;
•	Ford ESN-M2C 159 B/C;
•	John Deere JDM J27A;
•	Massey Ferguson CMS M 1139;
•	Steyr 397 88001;
•	Detroit Diesel Allison C-4;
•	Caterpillar TO-2.
9.1.5.	Масла для двухтактных бензиновых двигателей
Двухтактные бензиновые двигатели используют на:
•	дорожных транспортных средствах (мотоциклы, мотороллеры, мопеды);
•	снегоходах и мотосанях (snowmobile);
•	средствах водного транспорта (лодки, водные мотоциклы и др.);
•	подсобной технике (бензопилы, мотоблоки, мини-тракторы, сенокосилки, малые сельскохозяйственные машины, малые электрогенераторы и др.).
Принцип действия двухтактных (Two Stroke - “2Т”) бензиновых двигателей
9.1. Зарубежные моторные масла
377
основан на рабочем цикле из двух тактов. Двухтактные двигатели не имеют масляного картера и смазываются топливной смесью, состоящей из бензина и масла или путем непосредственного впрыска масла в цилиндр. Остатки масла после сгорания смеси удаляются вместе с выхлопными газами, поэтому проблемы полного сгорания масла, дымообразования и биологической разлагаемости являются очень актуальными.
По мощности и рабочему объему двухтактные двигатели бывают с малым до 50 см3, средним 50-200 см’; большим 200-500 см’ рабочим объемом.
Двухтактные двигатели имеют воздушное и водяное охлаждение.
Масла смешивают с топливом предварительно в топливном баке; в системе питания или путем непосредственного впрыска в цилиндр.
Для подвесных двигателей с водяным охлаждением рекомендуют соотношение масла с топливом 1:50, для одноциллиндровых двигателей мопедов, мотороллеров и газонокосилок - 1:25. Доля синтетического масла может быть уменьшена до 1:100 (1:150). Для двигателей с воздушным охлаждением рекомендуют соотношение 1:16 (особенно при тяжелых режимах работы и при обкатке двигателя). В системах с впрыском соотношение масло:топливо регулируется автоматически в зависимости от нагрузки.
Масла для двухтактных двигателей окрашивают в синий, зеленый или красный цвет, чтобы потребитель мог отличить смесь бензина с маслом от чистого бензина.
Товарные масла получают добавлением в базовое масло пакета присадок (4,7-5,2 %) и других компонентов. Базовые масла могут быть минеральными, частичносинтетическими или синтетическими. Синтетические масла имеют высокие смазывающие и экологические свойства, особенно на основе полиизобутена и синтетических сложных эфиров. Добавление 30-50 % полиизобутена в базовое масло уменьшает его дымообразование, коксуемость и засорение выхлопной системы примерно в два раза, улучшает моющие свойства.
Масло, впрыскиваемое в цилиндр в виде тумана, во время горения топлива смазывает поверхности ЦПГ и смывает с них загрязнения, не допуская прихватывания колец. Для поддержания чистоты двигателя применяют высокоэффективные моющие присадки - детергенты, не содержащие металлов, и не образующие при сгорании золы. Зола и нагар ускоряют износ двигателя и вызывают преждевременное зажигание.
Основные критерии качества масел для двухтактных двигателей:
•	смазывающие свойства (пригорание колец, задир);
•	моющие свойства (образование отложений, нагара, лаков, калильное зажигание);
•	экологические свойства (токсичность выхлопных газов, дымообразование, биологическая разлагаемость.).
Классификация API масел для двухтактных бензиновых двигателей изложена в стандартах:
•	ASTM D 4681 “Спецификация смазочных масел для двухтактных бензиновых двигателей (TSC-4)” {Specification for Lubricants for Two-Stroke-Cvcle Gasoline Engines (TSC-4));
•	ASTM D 4859 “Спецификация смазочных масел для двухтактных бензиновых
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
378
Таблица 9.5
Типичные показатели физико-химических свойств масел для двухтактных двигателей
Показатели	Значение
Кинематическая вязкость: при 40 °C, мм2/с при 100 °C, мм2/с Индекс вязкости Общее щелочное число, TBN, мг КОН/г Сульфатная зольность, % массы Коксуемость, % масс. Температура вспышки, °C min	34,2-121 6,1-12,2 90-128 4.7-6.5 0.5-1.6 0,19-0.35 70
двигателей ТС с искровым зажиганием” (Specification for Lubricants for Two-Stroke-Cycle Spark-Ignition Gasoline Engines — TC)
•	руководящие указания SAE JI510 AUG95 “Смазочные материалы для двухтактных бензиновых двигателей” (Lubricantfor Two-Stroke-Cycle Gasoline Engines), в которых обобщены работы по созданию международной классификации моторных масел для двухтактных бензиновых двигателей;
•	SAE J2116 JUN93 “Классификация качества и эксплуатации моторных масел для двухтактных бензиновых двигателей” (Two-Stroke-Cycle Gasoline Engine Lubricants Performance and Service Classification)',
•	SAE JI536 AUG95 и ASTM D 4682-87 “Классификация смешиваемости и текучести моторных масел двухтактных двигателей”.
Класс масла устанавливают по рабочему объему, мощности, назначению двигателя и по параметрам качества масла и работы двигателя:
•	прихватывание (залегание) поршневых колец;
•	образование нагара и лаковых отложений;
•	появление калильного зажигания;
•	задирный износ;
•	блокировка системы выхлопа отработавших газов.
Классы масел по API:
•	API ТА предназначены для малых двигателей рабочим объемом до 50 см3, с воздушным охлаждением; применяемые на мопедах, сенокосилках и в малых электрогенераторах;
•	API ТВ предназначены для скоростных двигателей рабочим объемом 50-200 см’, с воздушным охлаждением, работающих при больших нагрузках, применяемые на мотороллерах, мотоциклах, бензопилах;
•	API ТС предназначены для двигателей с высокими требованиями к качеству масла, рабочим объемом 50-200 см3 и большим соотношением топливо/масло; применяется в мотоциклах, снегоходах; соответствуют требованиям ASTM D 4859-88;
•	API TD предназначены для подвесных двигателей моторных лодок, с водяным охлаждением; соответствуют требованиям качества ASTM D 4681 -87 и NMMA TC-W.
9.1. Зарубежные моторные масла
379
Класс масел по смешиваемости и текучести выражают через реологические показатели. Смешиваемость с бензином устанавливают в зависимости от температуры показателем M/F - степени смешиваемости, который входит в маркировку масел. Текучесть при установленной температуре определяют вискозиметром Брукфильда.
Классификация СЕС и ISO устанавливает требования к маслам следующих категорий: ISO EGB, ISO EGC, ISO EGD.
Масло ISO EGC предназначено для режимов умеренных нагрузок применительно к условиям эксплуатации в развивающихся странах.
Масло ISO EGD предназначено для режимов больших нагрузок применительно к условиям эксплуатации в развитых странах Европы.
Классификация JASO (Японская Организация Автомобильных Стандартов) определяет категории качества моторных масел для 2-х и 4-х тактных двигателей (JASO М-345) (табл. 9.6):
•	JASO FA - для двухтактных двигателей мотоциклов и других машин для применения в развивающихся странах;
•	JASO FB - для двухтактных двигателей мотоциклов и других машин для применения в Японии;
•	JASO FC - бездымное масло для двухтактных двигателей мотоциклов и других машин для применения в Японии;
•	JASO МА - масло для четырехтактных двигателей мотоциклов с большим коэффициентом трения;
•	JASO МВ - масло для четырехтактных двигателей мотоциклов с малым коэффициентом трения.
Таблица 9.6
Показатели качества моторных масел для двухтактных двигателей
Методы испытания и показатели	Показатели качества для классов масел			
	JASO FA	JASO FB 1SO-L-EGB	JASO FC ISO-L-EGC	1SO-L-EGD
Смазывающая способность Индекс смазывающей способности, JASO М 340, Honda DIO AF 27 Заклинивание и задир кольца, оценка спада крутящего момента	90	95	95	95
Индекс крутящего момента, JASO М340 Трение непосредственно после запуска двигателя	98	98	98	98
Моющая способность Заклинивание колец, отложения, JASO M34l, Honda DIO AF 27. оценка	80	85	95	
Заклинивание колец, отложения, СЕС L-58-Х-94, Honda DIO AF 27. оценка отложения на юбке поршня, индекс лако-образовання Honda DIO AF 27, оценка		85	90	125 95
Дым Дым из выхлопной трубы, JASO М342, Suzuki SX S00R, оценка	40	45	85	85
Закупорка выхлопной трубы, JASO М343. Suzuki SX 800R Время достижения предела разрежения во входе выхлопной трубы, оценка	30	45	90	90
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
380
Категории качества масел TISI (Thai Industrial Standards Institute - Таиландский Институт Промышленных стандартов) устанавливают высокие экологические требования для моторных масел двухтактных двигателей, применяемых на мотоциклах, мотовелосипедах и других моторизованных транспортных средствах. Апробация масел в TISI является доказательством очень высокого качества масел для двухтактных двигателей.
Категории качества NMMA (National Marine Manufactures Assosiation -Национальная ассоциация производителей судовых двигателей) устанавливают строгие требования по дымообразованию и биологической разлагаемости остатков масел для моторных лодок с водяным охлаждением по системе NMMA TC-W (TC-W-Two cycle water cooled). Установлены три категории качества в порядке увеличения требований: NMMA TC-W, TC-W2, TC-W3.
Экологические требования. Так как масло из двухтактного двигателя удаляется вместе с продуктами сгорания топлива, особое внимание уделяется дымообразованию и биологической разлагаемости остатков масла. Эти свойства особенно важны в местах большого скопления транспортных средств, для моторных лодок и водных мотоциклов, эксплуатируемых в зонах отдыха, а также для бензопил, используемых для работы в скверах, парках, лесах. В целях экологической безопасности применения производят бездымные {smokeless) и биологически разлагаемые масла (biodegradabily oils). Биоразлагаемость проверяют по методике СЕС L-33-A-93 “Биологическая разлагаемость в воде масел двухтактных подвесных двигателей”. Наиболее легко биологически разлагаются синтетические масла на основе сложных полиэфиров. Биологически разлагаемые товарные масла обозначают различными экологическими знаками -“Голубым Ангелом” (Blue Angel), “Зеленым Листом” и др. Этикетки таких масел - в основном зеленого цвета. Биологическая разлагаемость отмечается и в названиях масел, например Bionautic, Forestelf Bio (“Elf’). Ecosint (“Agip”), Biomix (“OMV”), Plantohvin (“Fuchs”), Finagreen (“Firm”), Siltac RT68, Outboard Plus (“Mobil”) и др. Бездымность масел также отмечают в описаниях и в названии.
Особенности применения масел на различной технике
Мотоциклы выпускают с двухтактными (с рабочим объемом до 250 см1) и с четырехтактными двигателями (до 1300 см’). Четырехтактные двигатели составляют около одной трети всего парка. Япония является признанным лидером в создании и стандартизации моторных масел для двигателей мотоциклов.
Для снижения зольности и дымообразования в состав масел вводят полиизобутеновые загустители. Для повышения биоразлагаемости применяют синтетические базовые масла на основе полиэфиров.
В мотоциклах с четырехтактными двигателями применяют автомобильные масла для бензиновых двигателей (API SF, SG, SH, SJ; АСЕА А2, АЗ) с дополнительными требованиями к антифрикционным свойствам для обеспечения работы фрикционного механизма сцепления.
Антифрикционные свойства учитывают два новых класса масел для четырехтактных двигателей мотоциклов: JASO МА и JASO МВ.
Для снижения загрязнения двигателя применяют эффективные полимерные и
9.2. Моторные масла российских производителей	ПО|
..       ................———------•--------------“----------- АО 1
металлоанионные детергенты. С целью хорошего смазывания цилиндров и подшипников масла производят на основе остаточных масел, отличающихся лучшей липкостью, однако такие масла более дымные и существенно загрязняют двигатель. Намечается тенденция использования для мотороллеров и мопедов синтетических моторных масел на основе алкилбензола или полиэфиров. В некоторых странах (Австрия, Швейцария, Тайвань) применяют дополнительное сжигание выхлопных газов катализаторами. В Таиланде, все масла для двухтактных двигателей должны быть протестированы на дымообразование.
Двигатели газонокосилок не имеют сложной системы выхлопа и глушителя, поэтому удаление выхлопных газов облегчается и образуется меньше отложений. Требования к маслам те же что и для двигателей мопедов.
Двигатели мотопил имеют более высокую степень сжатия и тем самым меньшее дросселирование выхлопных газов. Выхлопные газы мотопил должны быть как можно менее токсичными и бездымными, так как они выпускаются в непосредственной близости от оператора. Применение синтетического масла и полимерных загустителей вместо остаточного базового масла позволяет снизить токсичность и дымность отработавших газов. Окружающая среда, в которой работают бензопилы, требует высокой биоразлагаемости остатков масла.
Подвесные двигатели для лодок с водяной системой охлаждения работают длительное время при высокой скорости и максимальной мощности с мгновенным возрастанием скорости при выходе винта из воды. Масла должны иметь хорошие защитные свойства и включать беззольные присадки для предотвращения калильного зажигания. Для поддержания чистоты двигателя применяют высокоэффективные детергенты на основе аминов. Основные требования к маслам для подвесных двигателей выдвигает Национальная ассоциация производителей судовых двигателей США NMMA, а показатели качества масел регламентируют стандартами ASTM D 468 1-87 для масел API TSC-4 и NMMA для масел TC-W, ТС-WII и TC-W3.
9.2.	Моторные масла российских производителей
9.2.1.	Масла для бензиновых двигателей
Масла для бензиновых двигателей по эксплуатационным свойствам в основном относятся к группам В и Г (табл. 9.7).
Масло М-8-В, предназначено для всесезонной эксплуатации средне-форсированных двигателей легковых и грузовых автомобилей. Содержит комплекс эффективных присадок, обеспечивающих хорошие моющие, антиокислительные и противоизносные свойства. Рекомендовано в качестве зимнего масла для среднефорсированных дизелей. Получают из смеси дистиллятного и остаточного масел.
Масло М-6/10В универсальное всесезонное для карбюраторных двигателей. Может применяться в безнаддувных дизельных двигателях. Изготавливается на основе смеси индустриальных масел И-20 и И-40. Содержит вязкостные, моющие и антиокислительные, противопенную, противоизносную (диалкилдитиофосфат цинка) присадки. Может применяться для смазки высокофорсированных дизельных двигателей с сокращенным сроком замены масла.
Таблица 9.7 jg
Физико-химические характеристики моторных масел для бензиновых двигателей
Показатели	М-8В	M-6j/IOB	М-43/6В|	М-5.1/10Г,	М-6./12Г,	М-5../12Г ТУ38.601-01-220-92	М-12ТГ! ТУ38.401 58-28-91	Кастрол GTX SAE 15W-4O ТУ38.301 29-34-91
	Универсальные		Для бензиновых двигателей					
	ГОСТ 10541-78							
Вязкость кинематическая, мдГ/с при 100°С, в пределах при -18°С, пе более при -ЗО°С, нс более	7,5-8.5 1200 не норм.	9,5-10,5 9000	5,5-6.5 1100-2600 11000	10-11 не норм.	нс менее 12 10400	11,5-12,5	11-12	15-16
Индекс вязкости, не менее	93	120	125	120	115	115	не норм.	115
Щелочное число, мгКОН/г, не менее	4,2	5,5	5,5	5,0	7,5	5,0	2,3	5,8
Зольность сульфатная, %, не более	0,95	1.3	1,3	0,9	1,3	1,0	0,3	1.0
Массовая доля примесей, %, не более	0,015	0.02	0,02	0,015	0,015	-	0,015	-
Массовая доля воды, %, пе более	слепы							
Температура вспышки в октрытом тигле, °C, не ниже	207	190	165	200	210	205	нс норм.	205
Температура застывания, °C, не выше	-25	-40...-30	-42	-38	-30	-35	-15	-30
Моющие свойства по ПЗВ, баллы, не более	-	0,5	1.0	-	-	0,5	-	-
Плотность при 20°С, г/см', не более	0,905	0.890	0.880	0.900	0.900	-	0,900	
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
9.2. Моторные масла российских производителей	, ,,,
.        ..........-.„„...„г,  ' И   . — -	......... I —........—— Jbj
Масло М-4,/6В, маловязкое и загущенное. Обеспечивает всесезонную надежную работу автотракторных карбюраторных двигателей в условиях Крайнего Севера. Базовым маслом служит веретенное масло АУ из парафинистых сернистых нефтей после селективной очистки и глубокой депарафинизации. Для достижения требуемых эксплуатационных свойств добавляют сложную композицию присадок. Имеет хорошие пусковые свойства и обеспечивает запуск двигателя при температуре минус 35 °C без прогрева. Масло можно применять всесезонно в дизельных двигателях КамАЗ-740 в северном исполнении.
Масло М-53/12Г( готовят на базе смеси мало-, средне- и высоковязкого компонентов с композицией присадок, обеспечивающих повышенные противоизносные свойства, исключающих питтинг толкателей и износ кулачков распределительного вала.
Масло М-12ТП предназначено для двухтактных двигателей бензопил и другого оборудования в составе топливо-масляной смеси. Получают компаундированием дистиллятного и остаточного компонентов с добавлением присадок.
Масло М-43/8-Г(РК) для карбюраторных и дизельных двигателе автомобилей в качестве универсального всесезонного рабоче-консервационного моторного масла. Обеспечивает работоспособность двигателя при температуре окружающего воздуха от минус 30 °C до плюс 50 °C и консервацию двигателей в течение 10 лет.
9.2.2.	Масла для дизельных двигателей г
Выбор марки масла предопределяют: тип и назначение дизеля, уровень его форсирования, жесткость условий эксплуатации и качество применяемого топлива.
Масла для автотранспортных дизелей (табл. 9.8).
Масла группы В, предназначены для мало- и среднефорсированных автотракторных дизелей. Они содержат 7-8 % присадок: моюще-диспергируюших, анти-окислительных, противоизносных, депрессорной, антипенной.
Масло М-8В, - для среднефорсированных безнаддувных автотракторных дизелей в зимний период эксплуатации.
Масло М-10В, - для среднефорсированных безнаддувных автотракторных дизелей в летний период эксплуатации.
Масла группы Г, предназначены для высокофорсированных дизелей. Они содержат до 14 % присадок, улучшающих моюще-диспергирующие и вязкостнотемпературные свойства.
Масла М-8Г, и М-10Г, - для высокофорсированных безнаддувных или с невысоким наддувом автотракторных дизелей в зимний и летний период эксплуатации.
Масла М-8Г,К и М-10Г,К - для высокофорсированных безнаддувных или с невысоким наддувом автотракторных дизелей соответственно для зимних и летних условий эксплуатации. Предпочтительно для автомобилей КамАЗ, автобусов “Икарус”, тракторов К-700.
Масло М-16Г,К - для дизелей типов ЧП 21/21и ЧН 15/18, установленные на автосамосвалах и буровом оборудовании для всесезонной эксплуатации.
Масла М-8ДМ и М-10ДМ - для высокофорсированных дизелей с турбонаддувом, установленных на большегрузных автомобилях и промышленных тракторах соответственно для зимних и летних условий эксплуатации.
Таблица 9.8
Физико-химические характеристики моторных масел для автотракторных дизелей
Показатели	М-8В2 ТУ 38.401 58-37-92	М-8Г2у	М-10Г2у	М-10В2	М-8Г2	М-10Г;	М-8ГгК	М-10Г2К	М-8 ДМ	М-юдм	М-16Г,К ТУ 38.301-41-135-89
		ТУ 38.401-58-21- 91		ГОСТ 8581-78							
Вязкость кинема-гнческая, мм2/с при 100°С, в пределах	7,5-8,5	8-9	11-12	10,5-11,5	7,5-8,5	10.5- 11,5	7.5-8.5	10,5- 11,5	8-8.5	1 1.4	15-17
Индекс вязкости	85	95	90	85	85	85	95/90	95/90	102	90	92
Массовая доля примесей, %, не более	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,02	0,025	0,015
Массовая доля воды, %, не более	следы										
Гем nepaiypa вены ш ки в открытом тигле, °C, не ниже	200	210	225	205	200	205	210/ 200	220/ 205	195	220	230
Температура застывания, °C, не выше	-25	-30	-15	-15	-25	-15	-30	-18/-15	-30	-18	-25
Коррозионность на пластинках из свинца марок С, или С2 по ГОСТ 3778, ।/м', не более	10	10	10	10	20	20	30	отсутствие			
Моющие свойства по ПЗВ, баллы, нс более	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	0,5	0,5	0,5	-	-
Тсрмоокнслитсльная стабильность при 250°С, мин, не менее	50	60	90	80	60	90	60/65	60/65		-	-
Щелочное число, мгКОН/г, не менее	3,5	7,5	7,5	3,5	6,0	6.0	6,0	6,0	8,5	8,2	6,0
Зольность сульфатная, %, не более	1,3	1,35	1,35	1,3	1,65	1,65	1,15	1,15	1,5	1,5	1,15
11лотность при 20°С, r/см3, не более	0,905	0,905	0,905	0,905	0,905	0,905	0,905	0,905/ 0,900	0,890	0.905	0,905
Гпава 9. Ассортиментные группы моторных масел
9.2. Моторные масла российских производителей
385
Масла для быстроходных транспортных дизелей (табл. 9.9).
Таблица 9.9
Физико-химические характеристики моторных масел для быстроходных транспортных дизелей
Показатели	М-6з/10Б2	М-16В,	М-16А(т)с ЦИАТИ М-339	М-16А( 1 )с МНИИП-22К	М-16А(г)с ПМС и минип-22К
	ГОСТ 25770-83		ГОСТ 6360-83		
Кинематическая вязкость. м.м7с,при 100°С	9,5-10,5	15,5-16,5	15,5-16,5	15,5- 16,51	15,5-16,5
Индекс вязкости, пс менее	125	90	85	85	85
Температура застывания, °C, не выше	-43	-25	-25	-25	-25
Зольность сульфатная, %, не более	1,15	1,25	0,25	0.5	0,8
Щелочное число, мгКОН/г, ис менее	3,5	4,0	определяется обязат.	2,0	4,0
Термоокислительная стабильность при 250°С, не менее	-	100	-	-	
Моющие свойства по ПЗВ, баллы, не более	-	0,5	определяется обязат.	1,0	1,0
Температура вспышки в оз крытом тигле, °C, не ниже	165	225	230	210	210
Массовая доля механических примесей, %, не более	0,025	0,013	0,015	0,015	0,015
Коррозионность на пластинках из свинца марок Ci или С2по ГОСТ 3778-77,i/м2, не более	10,0	9,0	6,0	5,0	5,0
Массовая доля воды, пс более	следы				
I [лотность при 20°С, г/схГ, не более	определяется обязат.	0,905	0,905	0,905	0,905
Масло М-6/10Б, - загущенное, маловязкое нормированного фракционного состава с композицией функциональных присадок: сульфонат кальция, алкилфенольная кальциевая, полиметилсилоксановая (антипенная). Используется в качестве зимней и всесезонной марки.
Масло М-16В, содержит бариевые алкилфенольную, сульфонатную, анти-окислительную присадки, депрессатор полиметилакрилат “Д” и антипенную полиметилсилоксановую присадку. Получают на базовом масле М-16. Используется как летняя и всесезонная марки.
Масло М-16А(т) получают путем вовлечения в базовое масло М-16 различных присадок. По уровню эксплуатационных свойств масло М-16(т) уступает маслу М-16В,. Используется как летняя и всесезонная марка.
25 Заказ № 2029
386
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
9.2.3.	Масла для автомобильных двигателей ВАЗ
Моторные масла типа “Стандарт”
Предназначены для применения в двигателях автомобилей, выпущенных до 1998 г. (табл. 9.10).
Сроки замены масел установлены в руководствах по эксплуатации автомобилей ВАЗ. При эксплуатации автомобилей в зимнее время и преимущественно в городе смену моторного масла рекомендуется делать в 1,5-2 раза чаще, т. е. через 5-7 тыс. км.
Моторные масла типа “СУПЕР”
Масла типа “СУПЕР” (табл. 9.11) предназначены для применения в двигателях автомобилей ВАЗ, выпущенных начиная с 1998 г., и для новых и модернизированных моделей двигателей, в конструкции которых имеются гидроопоры, гидротолкатели, гидронатяжители цепи, системы впрыска бензина и системы снижения токсичности.
Рекомендуемые температурные диапазоны применения масел
Минимальная температура гарантированного холодного пз ска, °C	Класс вязкости по SAE	Максимальная температура окружающей среды, °C
-25	5W-30	20
-25	5W-40	35
-20	10W-30	30
-20	10W-40	35
-15	15W-40	45
-10	20W-40	45
-5	30	45
0	40	45
Таблица 9.10
Марки масел	Класс no SAE	ААИ	API	I JoMcp стандарта
1.	“ЛЗМОЛ СУПЕР” 2.	“ЛПГРОЛ” 3.	“ЛЛДЛ-С'ГЛНДЛРТ” 4.	-‘ЛУКОЙЛ СТАНДАРТ” (ВЕЛС-1Б ВЕЛС-2) 5.	"ЛУКОЙЛ СТАНДАРТ” (ВОЛНЕЗМ) 6.	“ЛУКОЙЛ СТАНДАРТ” (Волпеч-Нрима) 7.	“11АФТАН МБ” 8.	“11ОВОЙЛ МОТОР” 9.	“НОРСИ” К). “ОМСКОИЛ М” Н.“РВКСОЛ м У11И13ЕРСАЛ” 12.	"РОЛЬС-СТАПДАРТ” 13.	“САМОЙЛ” 14.	“СНЕКТРОЛ” 15.	“УФАЛЮБ АРКТИК” 16.	“УФАЛЮБ ЛЮКС” 17.“ФЕР1А1ЮЛ” 18.	“ЮКОС ПЛЮС” 19.	“Яр-МАРКА” 1 и 2 20.	“Яр-МАРКА ЭКСТРА- 21.	“SHELL HELIX” 22.	“AG1P SUPERMOTOROL” 23.	“76+SUPER MOTOR OIL”	15W-40.20W-40 10W-30 5W-30,10W-40,15W-40 10W-30,10W-40 20W-30 10W-30, IOW-40,15W-40 15W-40 15W-30 10W-30, 10W-40,15W-40.20W-40 5W-30, 10W-30,10W-40, 15W-40,20W-40 10W-30,10W-40.15W-40.20W-40,30 5W-30,1OW-30,15W-40 10W-30.15W-30.15W-40,20W-40 10W-30, 15W-40 5W-3O,5W-40 10W-30, 15W-40 30 5W-30,10W-30, 10W-40,15W-40,20W-40 10W-30,15W-40 5W-30.5W-40 10W-40 1 OW-30,15W-40 5W-30, 10W-30, 10W-40,20W-50,30,40	БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 Б31 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 Б.З/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1 БЗ/Д1	SI-/CC SP7CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SF/CC SJ	ТУ У00152365.060-97 (170) ТУ 38.601-01-220-92	(3) ТУ 0253-001 -48095174-98 (16) ТУ 0253-072-00148636-95 (7) ТУ 38.301-29-64-96 (11) ТУ 38.301-29-93-98 (11) ТУ РБ 057784770.30-96 (23) ТУ 38.301-04-32-96 (8) ТУ 38.601-07-21-94 (4) ТУ 38.301-19-79-98 (10) ТУ 38.301-41-148-97 (1) ТУ 38.301-41-158-97 (1) ТУ 38.301-13-002-97 (6) ТУ 0253-003-06913380-95 (9) ТУ 0253-009-05766540-98 (2) ТУ 0253-004-05766540-96 (2) ТУ Уз 39.3-145-96 (22) ТУ 0253-003-48120848-98 (6) ТУ 38.301-25-19-95 (5) ТУ 38.301-25-36-97 (5) Спецификация ф Shell Спецификация ф AG1PP Спецификация “76 Lubricants Company”
9.2. Моторные масла российских производителей
Примечание. Уровень требований эксплуатационных свойств моторных масел, заложенных в ТТМ ВАЗ .97.0715-99, несколько выше чем требования SF/CC но API.
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масеп
388
Таблица 9.11
Марки масел	Группы no SAE	ААИ	API	Номер стандарта
1. «ЛУКОЙЛ ЛЮКС»	5 W-40. 10W- 40. 15W-40	Б4/Д2	SJ.'CF	ТУ 0253-088-00148636- 97 (7)
2. «ЛУКОЙЛ СУПЕР»	5W-30. 5W- 40, I0W-40. 15 W-40	Б4/Д2	SG/CD	ТУ 0253-075-00148636- 99 (7)
3. «ЯР-МАРКА СУПЕР»	5W-40, 5W-30	Б4/Д2	SG/CD	ТУ 38.301-25-37-97 (5)
4. «НОВОЙЛ СИНГ»	5W-30	Б4/Д2	SG/CD	ТУ 0253-003-33818158-99(8)
5. «ОМСКОИЛ ЛЮКС»	5W-30, 5W-40, 10W-30, I0W-40. 15W-40. 20W-40	Б4/Д2	SG/CD	ТУ 38.301-19-113-98 (Ю)
6. «УФАЛЮБ АРКТИК СУПЕР»	5W-30, 5W-40	Б4/Д2	SG/CD	ТУ 0253-008-05766540- 98 (2)
7. «ЮКОС-СУПЕР»	5 W-40, 10W- 40, 15W-40	Б4/Д2	SG'CD	ТУ 0253-015-48120848- 99 (6)
8. «НОРСИ-ЭКСТРА»	5W-30, 10W-30, 5W-40, 10W-40. 15W- 40	Б4'Д2	SG.CD	ТУ 28.601-07-46-99 (4)
9. РОЛЬС СУПЕР»	5W-40, iOW-40, 15 W-40, 20W-40	Б4/Д2	SG/CD	ТУ 38.301-41-171-98 (1)
10. «ESSO ULTRA»	10W-40	Б4/Д2	SJ/SH/C D	Спецификация ф ESSO
II. «ESSO UNIFLO»	10W-40. I5W- 40	Б4/Д2	sj/sh/c D	Спецификация ф ESSO
12. «SHELL HELIX SUPER»	I0W-40	Б4/Д2	SG/CD	Спецификация ф SHELL
13. «MOBIL SUPER»	15W-40	Б4/Д2	SJ/CF	Спецификация ф MOBIL
9.2.4.	Масла для автомобильных двигателей КамАЗ
Марки масел, наименования спецификаций и заводов-изготовителей масел для автомобильных двигателей КамАЗ мощностью до 360 л.с. и до 210 л.с. показаны в табл. 9.12 и 9.13.
Таблица 9.12 Моторные масла для турбонаддувных двигателей КамАЗ всех модификаций мощности до 360 л.с.
Марка МЯСЛЗ	Номер стандарта	Класс по SAE	Категория по APJ	Предприятие-изготовитель
М-Ю-Д(М)	ГОСТ 8581	SAE-30	APJ CD	ООО «Лукойл-
М-8-Д(М)	ГОСТ 8581	SAE 20W-20	APJ CD	Псрмнсфтсоргспнтсз»
ВЕЛС Супер турбо	ТУ 38.001486 36-60-92	SAE 15W-40	APJ CE/SG	ООО «Лукопл-Пермнефтеоргсинтез»
Уфалуб ХД Экстра	ТУ 0253-002 11493112-93	SAE 15W-40	APJ CE/SG	ОАО «Уфанефтехим»
ЛукоЙл- Аркгик 2	ТУ 0253-078 001.48636-96	SAE 5W-30 5W-40	APJ CF-4/SG	ООО «Лукойл-Псрынсфтсоргсинтез»
Примечание: допускается применение масел группы CD и СЕ на двигателях без наддува с увеличением периодичности их замены.
Моторные масла для безнаддувиых двигателей КамАЗ мощностью до 210 л.с.
Таблица 9.13
Марка масла	Помер стандарта	Класс но SAE	Категория но AP.I	Предприятие-изготовитель
М-10-Г2(К) М-8-1 ,(К)	ГОСТ 8581 ГОСТ 8581	SAE-30 SAE-20	API CC API CC	ОАО “Рязанский Hl 13”, ОАО “Ангарская нефтехимическая компания”, ООО “Лукойл Bi ll 1” (Волгоград), ОАО “Новонолоцкнй HI 13”, ОАО “Куйбышевский НПЗ”, ОАО “Лукойл-11ермь-нефгеоргсинтез”, ОАО “Ново-Уфимский НПЗ”, ОАО “Слависфть-Ярославльиефтеор! синтез”, ОАО “Новокуйбышевский НПЗ”
Уфалуб Дизель SAE-30	ТУ 0253-003-11493-112-93	SAE-30	API SB/CC	ОАО “Уфанефтехим”
М-6,/10В	ОСТ 38 0137084	SAE20W-30	API SB/CC	АО “Уфанефтехим”
М-1()Г;(У)	ТУ 38-401-58	SAE-30	API CC	ООО “ЛУКойл-Пермнсфгеоргсп1|тез”
М-8-Г/У)	ТУ 38-401-58	SAE-20	API CC	ООО “НОРСИ”
М-8-Г,(К)	ТУ 38.301 29-79-92	SAE-20	AIT CC	ООО “ЛУКойл-ВНП”, Воин оград
М-Ю-Г/И)	ТУ 38.301-12 78-89	SAE-30	API CC	АО “Рязанский НПЗ” АО “Ангарская нефтехимическая компания”
М-8-Г/И)	ТУ 38.301-12 78-89	SAE-20	API CC	
М-10-Г,(И)	ТУ 38.301-19 78-94	SAE-30	API CC	ОАО “Омский НПЗ"
М-8-[,(И)	ТУ 38.301-19 78-94	SAE-20	API CC	
М-8-Г,(Н)	ТУ 0253-016-002191-58-95	SAE-20	API CC	ООО “Ярмарка”
9.2. Моторные масла российских производителей
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
390
9.2.5.	Масла для применения в г. Москве
С целью повышения безопасности эксплуатации и улучшения экологической обстановки правительство столицы установило ассортимент и технические требования к качеству отечественных и зарубежных моторных масле, применяемых в г. Москве.
В соответствии с ГОСТ 17479.1 с изменением №3 устанавливаются следующие марки моторных масел:
•	М-5з/12Г, М-6/12Г. - для бензиновых двигателей и с умеренным наддувом дизелей легкового автомобильного транспорта;
•	М-Зз/12Г/Д„ М-Зз/14Г,/Д„ М-4з/10Г - для бензиновых двигателей и форсированных дизелей легкового и грузового автомобильного транспорта;
•	М-8В - для бензиновых двигателей и безнаддувных дизелей грузового автомобильного транспорта;
•	М-8Г,к, М-10Г,к - для форсированных дизелей грузового автомобильного транспорта;
•	М-8 Дм, М-10Дм - для высокофорсированных дизелей грузового автомобильного транспорта.
Моторные масла должны соответствовать требованиям, указанным в таблицах 9.14и9.15.
Таблица 9.14
Технические требования к качеству моторных масел отечественного производства для реализации в городе Москва
Наименование показателя	Значение для марки										Метод ПСПЫ Hill ня
	М-5з/12Г,	М-6з/12Г,	М-Зз/12Г|/Д	М-3-3/14ГТ/Д	М-4з/10Г	М-8В	М-8Г2к	М-10Г2к	М-8Дм	М-10 Дм	
1. Вязкость кинематическая при 100°С. мм7с	11,0=12,5	Нс менее 12,0	11.5+12,5	11,5+16,0	10-12	7,5-8,5	7,5-8,5	10,5+11,5	8,0-8,5	Не менее 11,0	гост 33
2. Вязкость динамическая, мПас	11с более 2500 при -20°С	-	Нс более 3500 при -25 °C	Не более 3500 при -25 °C	Не более 2500 при -10 °C	Нс более 2500 при -10 °C	-		-		ASTM D 5293
3. Щелочное число, мг KOI I на 1 г. масла	Не менее 5,0	Нс менее 7,5	Нс менее 5,0	Не менее 5,0	Не менее 5,0	11с менее 4,2	Нс менее 6.0	Не менее 6.0	Нс менее 8,5	Не менее 8,2	ГОСТ 11362
4. Зольность сульфатная, %	Не более 1.0	Не более 1,3	11е более 1.0	Нс более 1,5	Нс более 1,1	Нс более 0,95	Не более 1,0	11с более 1,0	11с более 1.3	Не более 1.5	ГОСТ 12417
5. Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °C	Не ниже 200 °C	Не ниже 210 °C	Не ниже 210 °C	Нс ниже 200 °C	Не ниже 200 °C	Не ниже 210 °C	11е ниже 210 °C	Не ниже 220 °C	Не ниже 200 °C	Нс ниже 220 °C	ГОСТ 4333
6. Температура заставания, °C	Нс выше минус 30 °C	Не выше минус 30 °C	Не выше минус 35 “С	Нс выше минус 35 °C	Нс выше минус 30 °C	Нс выше минус 25 °C	Нс выше минус 30 °C	Нс выше минус 18 °C	Не выше минус 30 °C	Не выше минус 20 °C	ГОСТ 20287
9.2. Моторные масла российских производителей
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
392
Таблица 9.15
Технические требования* к моторным маслам для бензиновых двигателей легкового автомобильного транспорта зарубежного производства для реализации в городе Москве
Наименование показателей	Значение показателей для масел					Методы испытании
	11о американским стандартам					
	API SJ. SH					
	SAE 0W/2O	SAE 5W/20	SAE5WH0	SAE 10W/30	Другие классы вязкости по SAE	
Вязкость кинетическая при					В соответ-	ASTM-D 445
100 °C, мм2/с, в пределах	5,6-9.3	5,6-9,3	9,3-12,5	9,3-12,5	ствии	
Вязкость динамическая					с SAE J 300	
(проворачиваемое! ь). cl 1з,	3250 при	3500 при	3500 при	3500 при	То же	ASTM-D 5293
не более	-30 °C	-25 °C	-25 °C	-20 °C		
Вязкость динамическая (прокачиваемость). сПз.	60000 при	60000 при	60000 при	60000 при	То же	ASTM-D 4684
нс более Высокотемпературная	-40 °C	-35 °C	-35 °C	-30 °C		CEC-L
вязкость при 150 °C. м) 1а с Температура вспышки, °C,	-	-	-	-		36А-88
не ниже	200	200	200	200	200	ASTM-D 92
Испаряемость по NoACK, %, не более	22	22	22	22	20	CEC-L 40А-96
Зольность сульфатная, %, не более Новообразование, при 24 °C	-	-	-	-	1.5	ASTM-D 874
94 °C		-	-	-	10	ASTM-D 892
Содержание фосфора, %,					50	
не более	0,10	0,10	0,10	0,10	Не нормируется	ASTM-D5I85
9.3. Комплексы методов квалификационной оценки моторных масел
Продолжение табл. 9.15
	Значение показателей для масел					
Наименование показателей	11о европейским стандартам					Методы
	А-1-98		А-2-98		А-3-98	испытаний
	SAE0W-30	SAE0W-40	SAE 0W-50	SAE 0W-60	SAE SW-40	
Вязкость кинетическая при 100 °C, мм'/с, в пределах Вязкость динамическая (проворачнваемоеть), сПз, не более Вязкость динамическая (прокачиваемость), сПз, нс более Высокотемпературная вязкость при 150 °C. м! 1а с Температура вспышки, °C, не ниже Испаряемость по NoACK., %, не более Зольность сульфатная. %, не более Пенообразование, при 24 °C 94 °C Содержание фосфора, %, не более	9,3-12,5 3250 при -30 °C 60000 при -40 °C 2,9 I 1 1 5 Не норм	12,5-16,3 3250 при -30 °C 60000 при -40 °C 2,9 5 5 0 0 ируетея	16,3-21,9 3250 при -30 °C 60000 при -40 °C 3,7 15 - для вя 13-0 I	21,9-26,1 3250 при -30 °C 60000 при -40 °C 3,7 зкости I0W, стальн. .5 0 0	12,5-16,3 3500 при -25 °C 60000 при -35 °C 2,9 13 1,5 10 50	ASTM-D 445 ASTM-D 5293 ASTM-D 4684 CEC-L36A-88 ASTM-D 92 CEC-L 40А-96 ASTM-D 874 ASTM-D 892 ASTM-D5185
9.3.	Комплексы методов квалификационной оценки моторных масел
Таблица 9.16
Комплекс методов квалификационной оценки масел для двухтактных бензиновых двигателей
№ п/п	Оцениваемый показатель или свойство	Нормативная (техническая) документация, регламентирующая метод оценки
1.	Вязкость кинематическая при температуре 100 °C	ГОСТ 33
2.	Щелочное число	ГОСТ 11362
3.	Зольность сульфатная	ГОСТ 12417
4.	Массовая доля активных элементов	ГОСТ 13538 ГОСТ 9827
5.	Массовая доля механических примесей	ГОСТ 6570
6.	Массовая доля воды	ГОСТ 2477
7.	Моющие свойства на установке ПЗВ	ГОСТ 5726
8.	Плотность при температуре 20 °C	ГОСТ 3960
9.	Антизадирные свойства на установке ИМЗ-2ТД	Метод по ТУ 38.401919 утв. Решением ГМК №23/1-194 от 18.1'1.88
10.	Антинагарные свойства на установке ИМЗ-2ТД-10	Метод по ТУ 38.401796 утв. Решением ГМК №23/1-194 от 18.11.88
Требуемое количество испытуемого образца - 2 л.
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
394
Таблица 9.17
Комплекс методов квалификационной оценки масел для четырехтактных форсированных транспортных дизелей
№ п/п	Оцениваемый показатель или свойство	Нормативная (техническая) документация, регламентирующая метод оценки
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.	Вязкость кинематическая при температуре 40 и 100 °C Вязкость динамическая" при отрицательных температурах согласно классу вязкости: -	на вискозиметре CCS -	на вискозиметре MRV Индекс вязкости Щелочное число Зольность сульфатная Массовая доля активных элементов Стабильность по индукционному периоду осадкообразования (ИПО) Коррозионность на пластинах из свинца Стойкость к механической2’ деструкции полимерных присадок на форсуночном стенде Защитные свойства против коррозии в камере влажности Трибологические характеристики на четырехшариковой машине трения: -	индекс задира, Из; -	нагрузка критическая Рк; -	диаметр пятна износа, Ди Моющие свойства на установке ПЗВ: -	по стандартной методике” -	по ужесточенной методике4’ Склонность к ценообразованию и стабильность пены Моющие и противоизносные свойства на установке ОД-9 или на установке ИМ-1 Коррозионная активность на установке ИКМ-40К или на установке Petter W1 Антиокислительные свойства на установке ИКМ пли на установке Petter W1	ГОСТ 33 ASTM D 5293 ASTM D 4684 ГОСТ 25371 ГОСТ 11362 ГОСТ 12417 ГОСТ 13538 ГОСТ 9827 ГОСТ 11063 ГОСТ 20502 (вариант 2) Метод ВНИИ НП утв. пред. МВК от 22.07.97 CEC-L-14-A-78 Метод утв. Решением ГМК №23/1-232 от 12.11.75 ГОСТ 9490 ГОСТ 5726 Метод утв. Решением ГМК №23/1-267 от 29.12.79 ГОСТ 23652 или ASTM D 892 Метод утв. Решением ГМК №23/1-203 от 20.12.84 ГОСТ 20303 Метод по ТУ 38.401244 утв. Протоколом МВК МЭ № 8 от [2.04.93 или CEC-L-02-A-78 ГОСТ 20457 или CEC-L-01-A-78
Примечание: ° Для зимних и всесезонных загущенных и синтетических масел. 21 Для загущенных масел. ” Для масел группы В,. 4* Для масел группы Г и Д.		
Требуемое количество испытуемого образца - 40 л.
9-3. Комплексы методов квалификационной оценки моторных масел
395
Таблица 9.18
Комплекс методов квалификационной оценки масел для судовых и тепловозных дизелей
№ н/п	Оцениваемый показатель или свойство	Нормативная (техническая) документация, регламентирующая метод оценки
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.	Вязкость кинематическая при температуре 20, 40 и 100 °C Щелочное число Зольность сульфатная Содержание нерастворимых осадков Стабильность по индукционному периоду осадкообразования Коррозионность на пластинах из свинца Трибологические характеристики на четырехшариковой машине трения: -	индекс задира, Из; -	нагрузка критическая Рк; -	диаметр пятна износа, Ди Моющие свойства на установке ПЗВ: -	но стандартной .методике" -	по ужесточенной методике2’ Моющие и противоизносные свойства на установке ИМ-1 Моющие и противоизносные свойства на установке Bolness3’ Коррозионная активность на установке ИКМ-40К или на установке Petter W1 Антиокислительные свойства на установке ИКМ или на установке Petter W1	ГОСТ 33 ГОСТ 11362 ГОСТ 12417 ГОС Т 20684 ГОСТ 13538 ГОСТ 11063 ГОСТ 20502 (вариант 2) ГОСТ 9490 ГОСТ 5726 Метод утв. Решением ГМК №23/1-267 от 29.12.79 ГОСТ 20303 Метод ЦНИИ МФ утв. председателем МВК 22.07.97 Метод по ТУ 38.401244 утв. Протоколом МВК МЭ № 8 от 12.04.93 или CEC-L-02-A-78 ГОСТ 20457 или CEC-L-01-A-78
Примечание: 11 Для .масел группы В,. 21 Для масел групп Г, и Д. ’’ Для судовых цилиндровых масел.		
Требуемое количество испытуемого образца - 40 дм3.
Глава 9. Ассортиментные группы моторных масел
396
Таблица 9.19
Комплекс методов квалификационной оценки масел для автомобильных бензиновых двигателей и для автомобильных тракторных и комбайновых дизелей
№ п/п	Оцениваемый показатель или свойство	Нормативная (техническая) документация, регламентирующая метод оценки
1	2	3
1. 2.	Вязкость кинематическая при температуре 40 и 100 °C Вязкость динамическая1’: -	на вискозиметре CCS -	на вискозиметре MRV	ГОСТ 33 ASTM D 5293 ASTM D 4684
3.	Индекс вязкости	ГОСТ 25371
4.	Щелочное число	ГОСТ 11362
5.	Зольность сульфатная	ГОСТ 12417
6.	Массовая доля активных элементов	ГОСТ 13538 ГОСТ 9827
7. 8.	Испаряемость по NOAK2’ Стабильность по индукционному периоду осдаокообразо-вания (ИПО)	DIN 51581 или CEC-L-40-T-87 ГОСТ 11063
9.	Коррозионность на пластинах из свинца1’	ГОСТ 20502 (вариант 2)
10.	Деструкция полимерных присадок на форсуночном стенде” аналог БОШ инжектор. Допускается оценка деструкции путем: -	сравнения с маслом-прототипом на установке УЗДН по ГОСТ 6794 -	определения вязкости при температуре 100 °C масла отработанного 10 ч на установках Petter, ИКМ и в дизелях Д-240. В-245	Метод ВНИИ НИ утв. зам. пред. Госстандарта России от 19.12.95 или CEC-L-14-A-78
11.	Трибологические характеристики на четырехшариковой машине трения: -	индекс задира, Из; -	нагрузка критическая Рк; -	диаметр пятна износа, Ди	ГОСТ 9490
12. 13.	Склонность к ценообразованию и стабильность пены Совместимость с материалами уплотнений (марка резин устанавливается в соответствии с Т34)	Метод утв. Решением ГМК №23/1-232 от 12.11.75 ГОСТ 9.030
14.	Антиокислительные свойства на: - установке ИКМ или на установке Petter W1	ГОСТ 20457 или CEC-L-02-A-78
15.	Коррозионная активность -	на установке Petter W1 -	на установке ИКМ-40К или в дизеле Д-245	CEC-L-02-A-78 Метод по ТУ 38.401244 утв. Протоколом МВК МЭ № 8 от 12.04.93
16.	Антипиттигновые свойства5’: -	на стенде СИ-10 -	на стенде СКТ-НАМИ	Метод утв. Решением ГМК №23/1-128 от 17.07.85 Метод утв. Решением ГМК №23/1-251 от 25.11.81
17.	Моющие, антикоррозионные и противоизносные свойства: - на установке ИМ-1: в дизеле Д-2456’ в дизеле Д-240”	Метод утв. Решением ГМК №540/1-11 от 28.01.91 Метод утв. Решением ГМК №23/1-53 от 25.11.81
9.3. Комплексы методов квалификационной оценки моторных масел
397
Продолжение табл. 9.19
1	2	3
18. 19. 20. 21.	Склонность к образованию высокотемпературных отложений на установке НАМИ-1М8’ Склонность к образованию низкотемпературных отложений на установке НАМИ-1М8) Антиокислительные свойства и склонность к образованию высокотемпературных отложений в двигателе ВАЗ-210бвд Склонность к образованию низкотемпературных отложений и противоизносные свойства в двигателе ВАЗ-21068'9'	ГОСТ 20991 ГОСТ 20994 Метод ВАЗ-04 (И.3177.37.101.001-94) утв. Решением МВК № 601Р от 03.10.02 Метод ВАЗ-04 (И.3177.37.101.002-95) утв. Решением МВК № 601Р от 03.10.02
Примечание: ” Для зимних и загущенных масел. 21 Для зимних и внесезонных масел. ” Для загущенных масел. 4) Определяется при проведении приемочных испытаний. 51 Для масел, предназначенных для автомобильных бензиновых двигателей, автомобильных дизелей. 61 Для масел групп Г, Г, и Д. ” Для масел групп В, В,, Г и Г,. 8) Для масел, предназначенных для автомобильных бензиновых двигателей. ” Для масел группы типа SF по АР! и выше.		
Требуемое количество испытуемого образца - до 50 л.
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
398
ЧАСТЬ 3.
ХИММОТОЛОГИЯ ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
ГЛАВА 10.
СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС
10.1.	Общая характеристика системы охлаждения
10.1.1.	Назначение и устройство системы
Система охлаждения предназначена для поддержания стабильного теплового состояния двигателя, при котором достигаются оптимальные экономические и энергетические показатели во всем диапазоне нагрузочных и скоростных режимов работы.
Перегрев двигателя приводит к потере подвижности деталей, короблению и разрушению клапанов и головок цилиндров, выплавлению вкладышей подшипников, образованию нагара и лака на поверхностях деталей цилиндро-поршневой группы, заклиниванию трущихся деталей, возникновению паровых пробок в топливной системе, детонации в двигателях с принудительным зажиганием. Перегрев интенсифицирует износ и механические потери.
Переохлаждение двигателя ухудшает смесеобразование, увеличивает тепловые потери, затрудняет и делает невозможным запуск, затрудняет самовоспламенение топлива в дизелях. Переохлаждение, как и перегрев, интенсифицирует износ, увеличивает механические потери и ухудшает экономические показатели двигателя.
Нормальный тепловой режим двигателя - такое тепловое состояние, при котором температура деталей двигателя способствуют эффективному протеканию рабочего процесса и обеспечивает высокую его работоспособность и долговечность.
Для обеспечения нормального режима работы двигателя необходимо поддерживать оптимальные температуры его деталей, топлива, моторного масла и охлаждающего агента.
Для оценки теплового состояния двигателя необходима информация о температурном режиме всех его деталей. Вследствие сложности такого подхода тепловое состояние двигателя оценивают по температурам охлаждающей жидкости и смазочного масла, считая, что они однозначно связаны с температурой охлаждаемых деталей.
Нормальный тепловой режим двигателя поддерживают принудительным охлаждением, поскольку естественного рассеяния теплоты с наружной поверхности двигателя недостаточно.
В зависимости от способа теплорассеяния системы охлаждения бывают:
10.1. Общая характеристика системы охлаждения двигателя
399
•	с непосредственной теплоотдачей от деталей двигателя в окружающую среду;
•	с промежуточным теплоносителем.
Первый тип охлаждения, в котором в качестве охлаждающего агента используется атмосферный воздух, назван воздушным.
Воздушное охлаждение без промежуточного теплоносителя является простым в устройстве и эксплуатации, однако оно не обеспечивает равномерность охлаждения деталей и ограничивает возможности форсирования двигателя.
Второй тип, в котором в качестве промежуточного теплоносителя используется жидкость называют жидкостным.
Жидкостное охлаждение допускает высокую форсировку рабочего процесса и обеспечивает стабильное тепловое состояние в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя. Однако жидкостное охлаждение требует дорогостоящего теплорассеивающего узла (радиатора) и постоянного обслуживания жидкого теплоносителя, вызывающего определенные эксплуатационные неудобства.
Конструктивно система жидкостного охлаждения состоит из двух контуров: жидкостного, заполненного промежуточным теплоносителем и воздушного. Жидкий теплоноситель в рубашке охлаждения двигателя соприкасается с соответствующими горячими поверхностями цилиндра и его головки, воспринимает от них теплоту и нагревается. В воздушном тракте (радиаторе) полученная теплота передается воздуху и охлажденный теплоноситель вновь возвращается в рубашку охлаждения. Циркуляция жидкого теплоносителя обеспечивает непрерывный отвод требуемого количества теплоты от деталей двигателя, поддерживая их нормальное тепловое состояние (рис. 10.1).
Рис. 10.1. Схема системы охлаждения однорядного двигателя.
1 радиатор; 2 -- термостат; 3 - обводный трубопровод; 4 — датчик температуры; 5 - отводящий трубопровод; 6 - трубка отвода воздуха и паров воды; 7 - насос; 8 - распределительный трубопровод;
9 - кран спуска жидкости: 10 - масляный радиатор; 11 - подводящий патрубок насоса.
400
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
Эффективность работы жидкостного контура определяется интенсивностью циркуляции промежуточного теплоносителя и его физико-химическими и эксплуатационными свойствами.
В современных двигателях применяют только принудительную циркуляцию жидкости при помощи специальных насосов, приводимых в движение от коленчатого вала. Конструкция жидкостного тракта (проходные сечения рубашки охлаждения, соединительные каналы) обеспечивает устойчивую циркуляцию жидкости, исключает встречные потоки и возникновение застойных зон и паровых мешков. Для устойчивой циркуляции сток и исток жидкости организуют в противоположные концы рубашки, применяют направленное охлаждение наиболее “горячих” зон (перемычек между клапанами, бобышек, искровых свечей, гнезд для форсунок и т. п.) при помощи специальных форсунок и направляющих ребер.
Охлаждающая жидкость может подводиться в рубашку охлаждения двигателя через нижний пояс цилиндров, верхний пояс цилиндров и головку цилиндров.
Подвод жидкости через нижний пояс цилиндров характерен для дизелей, в которых допускают повышение температуры головки, способствующее лучшему протеканию процесса самовоспламенения топлива.
Подвод жидкости через верхний пояс цилиндров характерен для двигателей с принудительным воспламенением с целью интенсификации охлаждения наиболее горячих зон головки цилиндров, вызывающих детонационное сгорание.
Для достижения равномерного охлаждения всех цилиндров жидкости с одинаковой температурой одновременно подводят через распределительные трубы к окнам напротив каждого цилиндра.
Для предохранения системы охлаждения от чрезмерного повышения или понижения давления при колебании температуры теплоносителей жидкостной контур сообщается с атмосферой - неизолирован. Неизолированные системы могут быть открытыми и закрытыми.
Открытые системы постоянно сообщаются с атмосферой через отверстие в верхней части жидкостного контура, а закрытые - периодически, только в случае повышения или понижения давления в системе с помощью парового и воздушного клапанов, расположенных в пробке герметически закрывающей жидкостной контур.
В изолированной системе жидкостной контур герметически заполнен охлаждающей жидкостью при сборке двигателя и не имеет сообщения с атмосферой. Такие системы обеспечивают всесезонность работы и значительно упрощают обслуживание двигателя.
Кавитация. Циркуляция жидкого теплоносителя может резко измениться при температуре теплоносителя близкой к температуре его кипения по причине возникновения кавитации в условиях парообразования жидкости. При температуре начала кипения жидкости давление на входе в насос выравнивается с давлением насыщенных паров. Пузырьки пара снижают плотность парожидкостной смеси, повышают ее сжимаемость, уменьшают коэффициент теплоотдачи. В результате этого передача энергии от крыльчатки насоса к жидкости уменьшается, а создаваемый насосом напор и производительность резко падают. В местах охлаждения пузырьков пара происходит концентрированное выделение энергии и разрушение металла.
10.1. Общая характеристика системы охлаждения двигателя
Для надежной работы жидкостного тракта необходимо, чтобы давление в любой его точке всегда было выше давления насыщенных паров жидкости не менее чем на 10-15 %.
Превышение давления в системе над давлением насыщаемого пара при нормальном тепловом режиме называют кавитационным запасом.
В открытых системах кавитационный запас снижается, т. к. парообразование воды возможно уже при температуре 95-97 °C, вследствие падения давления на входе в насос из-за гидравлического сопротивления радиатора.
В закрытых системах при избыточном давлении 0,38 кг/см2 кавитационный запас значительно выше, а допускаемая температура охлаждающей жидкости (воды) возрастает до 106-108 °C.
Для повышения кавитационного запаса применяют расширительный бачок, располагаемый в верхней точке контура, который компенсирует изменение объема жидкости в основном контуре. В нем конденсируется пар из верхних точек рубашки охлаждения и радиатора, в результате чего гидравлическое сопротивление радиатора не вызывает опасного понижения давления на линии всасывания.
Жидкостной насос обеспечивает циркуляцию жидкости в системе охлаждения, количество которой V м3/ч определяют исходя из количества теплоты Q поступившей в систему охлаждения:
у =___Qp____,
где Сж - теплоемкость жидкости, кДж/кг °C; Д/ж - падение температуры жидкости в радиаторе, °C; Д/ = 7-8 °C; р - плотность жидкости, кг/м3.
Мощность, затрачиваемая на привод насоса, составляет 0,5-1 % номинальной мощности.
Обычно применяют насосы центробежного типа, крыльчатки которого изготовляют из бронзы или пластмассы. Напор, создаваемый насосом выбирают из условия преодоления всех сопротивлений системы и получения кавитационного запаса. Давление во впускном канале должно быть на 0,02-0,04 МПа выше давления при котором происходит парообразование жидкости. Скорость в боковых сечениях блока и головки не превышает 1 м/с. Величина напора, создаваемая насосом, достигает 0,05-ОД 5 МПа.
Для отделения жидкости от пузырьков воздуха и паров на входе в насос, перед крыльчаткой устанавливают винтовой направляющий аппарат. При вращательном движении и центробежного эффекта жидкость отделяется от пузырьков, которые собираются в центральной части потока и отводятся через трубку в расширительный бачок.
Скорость жидкости во впускных каналах насоса достигает 2,5-3 м/с.
Радиатор предназначен для отвода теплоты от охлаждающей жидкости в окружающий воздух.
Радиаторы силовых установок транспортного типа, как правило, состоят из верхнего и нижнего бачков и теплорассеивающей сердцевины.
26 Заказ № 2029
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
402
Жидкий теплоноситель циркулирует во внутренних полостях сердцевины, представляющей собой набор трубок различной формы. Наружная поверхность сердцевины обдувается воздухом, который воспринимает и рассеивает теплоту жидкого теплоносителя.
Тепловой поток 2охд3 рассеиваемый радиатором,
Q = KF (1 - / ) ккал/ч,
^охл рх ж в7	7
где К - коэффициент теплопередачи радиатора, ккал/м2 • ч град; Fp - площадь теплорассеивающей поверхности радиатора, м2; / , Г - средняя температура соответственно жидкости и воздуха, °C.
Коэффициент теплопередачи К при сложном теплообмене без учета термического сопротивления стенок сердцевины
V	1	7 2
К = —---------— ккал/м" • ч  град;
— Леб+ — аж ' ав
где а. - коэффициент отдачи от жидкого теплоносителя к стенке, ккал/м2  ч • град; F “ коэффициент оребрения сердцевины, учитывающий отношение общей поверхности F охлаждаемой воздухом, к поверхности, омываемой жидкостью; /f = —Е_ ;
р	р
(X - коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху, ккал/м2 • ч • град.
Коэффициент а мало влияет на величину К.
Коэффициент ае оказывает главное влияние на величину К. Определяется из критериального уравнения:
а = АA.Re”, dE
где А, п - постоянные коэффициент и показатель степени, определяемые формой и размерами воздушных каналов сердцевины; 2. - коэффициент теплопроводности воздуха: <7 - гидравлический диаметр воздушного канала; Re - число Рейнольдса, характеризующее движение воздуха.
Для увеличения теплорассеяния сердцевина должна иметь максимально развитую поверхность F, что достигается дроблением жидкостных каналов; высокий коэффициент теплопередачи, который обеспечивается турбулизацией воздушного потока и уменьшением толщины ламинарного пограничного слоя.
Повышение тепловой эффективности радиаторов за счет увеличения массовой скорости воздуха сопровождается ростом аэродинамического сопротивления сердцевины и связано с необходимостью увеличения затрат мощности на привод вентилятора. Поэтому выбирают оптимальную скорость воздушного потока, обеспечивающую необходимую теплопередачу, без чрезмерных затрат мощности на ее осуществление. Для колесных и гусеничных машин скорость воздушного потока принимают 7-12 м/с.
Для изготовления радиаторов используют дорогостоящие сплавы цветных металлов и припои (латунь, медь, алюминий, свинец, олово), которые предъявляют
10.1. Общая характеристика системы охлаждения двигателя
403
высокие требования к коррозионным и защитным свойствам охлаждающих жидкостей в условиях высоких температур. Кроме того, сплавы цветных металлов влияют на образование осадков и отложений в рубашке охлаждения и радиаторе, которые ухудшают теплоотвод от нагретых деталей.
Регулирование температурного режима системы охлаждения осуществляют: • изменением расхода жидкости в теплорассеивающем узле;
«• изменением расхода воздуха через теплорассеивающий узел;
• совместным изменением расхода жидкости и воздуха.
Циркуляцию жидкости изменяют с помощью термостатов, представляющих собой клапаны или дросселирующие заслонки, управляемые термочувствительным элементом.
Одноклапанные термостаты регулируют общую циркуляцию жидкости в системе охлаждения, в закрытом положении почти полностью прекращают движение жидкости. Если температура охлаждающей жидкости превышает нормальную, клапан термостата открывается, усиливая циркуляцию теплоносителя через радиатор и охлаждение двигателя.
Двухклапанные термостаты, мало изменяя интенсивность циркуляции жидкости через рубашку охлаждения, регулируют теплорассеивание за счет перераспределения потоков через радиатор и обходную трубку.
Термочувствительный элемент термостата с жидким наполнителем представляет собой упругий гофрированный баллон - сильфон, заполненный легкокипящей жидкостью (этиловый эфир или смесь 2/3 этилового спирта и 1/3 воды). В холодном состоянии размеры сильфона минимальны, основной клапан закрыт и жидкость не проходит в радиатор, а перепускной клапан открывает окна в корпусе и направляет жидкость в обходной корпус. При нагревании термочувствительного элемента до 70-75 °C жидкость начинает кипеть, давление паров в сильфоне открывает основной клапан, пропуская теплоноситель через радиатор, а перепускной клапан закрывается.
Термостаты с твердым чувствительным элементом более надежны в работе. В качестве твердого наполнителя применяют церезин, который имеет большой коэффициент объемного расширения при плавлении. При нагревании до 70 °C церезин плавится, увеличиваясь в объеме, и при помощи штока поворотного клапана открывает проход охлаждающей жидкости в радиатор.
Температурный режим двигателя можно регулировать путем изменения аэродинамического сопротивления воздушного тракта при помощи заслонок - жалюзи, либо изменением производительности вентилятора.
10.1.2.	Характеристики процесса теплообмена
В основе поддержания требуемой рабочей температуры двигателя находится регулируемый теплообмен, который обеспечивают конструкцией системы охлаждения и выбором теплоносителя с соответствующими теплофизическими и эксплуатационными свойствами.
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
404
Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве, обусловленный неоднородным полем каких-либо физических величин, например, градиентом температуры или градиентом концентраций.
Теплота - форма беспорядочного (теплового) движения образующих тело частиц (молекул, атомов, электронов, фотонов и т. д.). Количественной мерой теплоты служит количество энергии, получаемой или отдаваемой системой при теплообмене. При теплообмене внутренняя энергия системы меняется в результате прямых взаимодействий молекул системы с молекулами окружающей среды.
Теплообмен характеризуют тепловым потоком и его плотностью.
Тепловой поток - количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени в Ваттах или ккал/ч (1 ккал/ч = 1,163 Вт).
Плотность теплового потока или тепловая нагрузка - количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты. Измеряют в Вт/м2или ккал/м2 • ч. Вычисляют по формуле:
где q - плотность теплового потока; 8Q - тепловой поток, Вт или ккал/ч; S- площадь теплообмена, м2; т-продолжительность процесса теплообмена, ч.
Различают несколько механизмов переноса теплоты:
•	теплопроводность;
•	конвективный теплообмен (перемешивание);
•	лучистый теплообмен (радиация);
•	теплообмен фазовых переходов;
•	сложный теплообмен.
Теплопроводность — один из видов переноса телоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При теплопроводности перенос теплоты осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией.
Конвективный теплообмен - передача теплоты вследствие движения охлаждающей жидкости и ее теплопроводности. Различают естественную конвективную теплопередачу, когда движение среды обусловлено только действием силы тяжести на неравномерно нагретую среду и вынужденную конвекцию, когда движение среды вызывается действием на нее насосов, вентиляторов и др.
Естественная конвекция происходит при хранении жидкости в системах охлаждения после остановки двигателя. Вынужденная конвекция имеет место в средствах подогрева, в системах охлаждения при работе насосов, в радиаторах и др.
Лучистый теплообмен происходит вследствие испускания и поглощения телами электромагнитного излучения и сопровождается, как правило, конвективным теплообменом и теплопроводностью.
Теплообмен при фазовых переходах. В зависимости от количества теплоты, принимаемой или отдаваемой жидкостью в процессе теплообмена, возможны раз
10.1. Общая характеристика системы охлаждения двигателя
405
личные фазовые переходы из одного агрегатного состояния в другое. При нагревании жидкость может перейти в парообразное состояние и этот переход сопровождается поглощением теплоты. Обратное превращение паров в жидкость сопровождается выделением теплоты конденсации. При интенсивном охлаждении жидкость в процессе теплообмена с окружающей средой может перейти в твердое (кристаллическое) состояние с потерей внутренней энергии, а при подводе теплоты возможен обратный переход из твердого состояния в жидкое.
В зависимости от природы физического тела фазовые переходы происходят скачкообразно или постепенно. От того, как меняются при этом термодинамические характеристики вещества различают фазовые переходы l-ro и 2-го рода.
Фазовый переход 1-го рода - когда скачком меняются такие термодинамические характеристики вещества, как плотность, концентрация, выделяется или поглощается вполне определенное количество теплоты.
Фазовый переход 2-го рода - когда термодинамические характеристики постепенно растут от нуля с одной стороны точки перехода в другую сторону, при этом плотность изменяется непрерывно, а теплота не выделяется и не поглощается.
Конвективный теплообмен, протекающий на границе раздела двух фаз, называют конвективной теплопередачей. Она сопровождается переходом среды из одного агрегатного состояния в другое (процессы испарения, конденсации, плавления, кристалл изации).
Сложный теплообмен имеет место в случае переноса теплоты одновременно несколькими способами.
На практике теплообмен происходит одновременно с массообменом.
Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними называют теплопередачей.
Теплопередача включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости или газа к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде (рис. 10.2).
Теплоотдача - теплообмен между поверхностью твердого тела и соприкасающейся с ней средой - теплоносителем (жидкостью, газом). Теплоотдача происходит при свободном и вынужденном движении теплоносителя, а также при изменении его агрегатного состояния.
Интенсивность теплоотдачи характеризуют коэффициентом теплоотдачи d — количеством теплоты, переданным в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между поверхностью и средой - теплоносителем в 1 К
d= bQIATdS, Вт/(см2  К),
где SQ - тепловой поток через элемент поверхности, площадью dS; ДТ -температурный напор (разность температур) между средой и поверхностью.
Интенсивность передачи теплоты при теплопередаче характеризуют коэффициентом теплопередачи К, численно равным количеству теплоты, которое передается через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между теплоносителями в 1 К.
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
406 -
Охлаждающая жидкость ОЖ
Стенка
СТ
Продукты сгорания топлива
ПС
Теплопередача
ПС
K = 8Q!^TdS
- полное термическое
с опротивл ен не те плопередачи
- коэффициент теплопередачи
Рис. 10.2. Принципиальная схема теплопередачи в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Коэффициент К зависит от температурного напора АТ и теплового потока SQ через элемент поверхности раздела dS:
К = 8>Q/bTdS.
Величину R = 1/К называют полным термическим сопротивлением теплопередачи.
10.1. Общая характеристика системы охлаждения двигателя
407
Для однослойной стенки
п 1	8	1
R =—+— +—, d,	Л	d?
аде dt и d2 - коэффициенты теплоотдачи от горячих газов к поверхности и от поверхности стенки к холодной жидкости; 8 - толщина стенки; Л - коэффициент теплопроводности. К определяют опытным путем
Процесс распространения теплоты в сплошной среде описывают уравнением теплопроводности, которое выражает тепловой баланс для малого элемента объема среды с учетом поступления теплоты от источников и тепловых потерь через поверхность элементарного объема вследствие теплопроводности.
Для изотропной неоднородной среды уравнение теплопроводности имеет вид:
3 / -гч 3 МИ 3 МИ 3 (дТ
—(рС,Т) = — Л— +— Л— +— — dT	Эс ( Эх J Эуц ду j dz ( dz
гдер- плотность среды; Cv-теплоемкость среды при постоянном объеме К; t-время; х, у, z - координаты; Т = Т(х, у, z) — температура, которая вычисляется при помощи уравнения теплопроводности; Z.- коэффициент теплопроводности; F(x, у, z) - заданная плотность тепловых источников.
Величины р, Cv, Л зависят от координат и, вообще говоря, от температуры.
На практике скорость конвективного теплообмена между поверхностью тела и потоком газа или жидкости в случае вынужденной и естественной конвекции определяют при помощи безразмерных параметров - критериев подобия Нуссельта Nu и Прандтля Рг:
Nu = aJ/A,
где a = QI MS- коэффициент теплообмена; Q-количество теплоты, отдаваемой (или получаемой) поверхностью тела в единицу времени; Д7’ > 0 - разница между температурой поверхности тела и температурой жидкости (газа) вне пограничного слоя; .S' - площадь поверхности; I — характерный размер; Л - коэффициент теплопроводности жидкости (газа).
Физические свойства жидкости, осуществляющей перенос теплоты, учитывают при помощи критерия подобия Прандтля Рг:
Рг = via = рС/Л,
где v= р/р - коэффициент кинематической вязкости; р- коэффициент динамической Л
вязкости; р - плотность; Л - коэффициент теплопроводности;» = ———- коэффициент рС. р
температуропроводности; Ср- удельная теплоемкость среды при постоянном давлении.
Число Прандтля характеризует соотношение между интенсивностями молекулярного переноса количества движения и переноса теплоты теплопроводностью. Является физической характеристикой среды и зависит только от ее термодинамического состояния.
У газов число Прандтля с изменением температуры практически не изменяется.
408
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
Для двухатомных газов Рг = 0,72, для трехатомных и многоатомных Рг = от 0,75 до 1. У жидкостей Рг изменяется тем значительнее, чем больше вязкость жидкости. Например, для воды при 0 °C Рг = 13,5, а при 100 °C Pr = 1,74; для трансформаторного масла Рг = 866 при 0 °C, а при 100 °C Рг = 43,9.
Число Прандтля связано с другими критериями - числом Пекле Ре и числом Рейнольдса Re соотношением
Pr = Pe/Re.
Число Пекле - безразмерный критерий подобия для процессов конвективного теплообмена
Ре = vl/a - Срру()Л),
аде / -характерный линейный размер поверхности теплообмена, у - скорость потока жидкости относительно поверхности теплообмена, a - коэффициент температуропроводности, Ср - теплоемкость при постоянном давлении, р - плотность, Л - коэффициент теплопроводности жидкости.
Число Пекле характеризует отношение между конвективным и молекулярным процессами переноса теплоты в потоке жидкости. При малых значениях Ре преобладает молекулярная теплопроводность, а при больших - конвективный перенос теплоты.
Число Рейнольдса - безразмерный критерий подобия для течения вязких жидкостей и газов, характеризующий соотношение между инерционными силами и силами вязкости
Re = pvl/r],
где р - плотность, Г) - коэффициент динамической вязкости жидкости или газа, V-характерная скорость потока, / - характерный линейный размер.
Для каждого вида течения существует такое критическое число Рейнольдса Re^, что при Re < ReKp возможно только ламинарное течение, а при Re > Re течение может стать турбулентным. Например, для течения вязкой жидкости в цилиндрической трубе Re =2300.
кр
10.1.3.	Тепловой баланс и тепловая напряженность двигателя
Тепловой баланс двигателя
Уравнение теплового баланса выражает распределение теплоты сгорания топлива на все виды совершаемой работы и потери в эквивалентном отношении:
Q = <2 + Р + Q + Q + Q + Q , -‘-'О	-^нс	-^-ост7
где Qo - общее количество теплоты, введенное в двигатель при сгорании топлива на заданном режиме; Qc - теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя; -теплота, отданная охлаждающей среде; Q - теплота, уносимая из двигателя отработавшими газами; Рнс - теплота, теряемая вследствие неполного сгорания; Q -теплота, отданная моторному маслу; Рост - теплота, не учтенная составляющими теплового баланса.
Схема внутреннего баланса теплоты в двигателе на рис. 10.3.
10.1. Общая характеристика системы охлаждения двигателя
409
Рис. 10.3. Схема внутреннего баланса теплоты двигателя.
Qu - теплота сгорания введенного в двигатель топлива;
Q - теплота, эквивалентная индикаторной работе двигателя;
Qc - теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя;
Q - теплота, отводимая стенками, ограничивающими внутрицилиндровый объем;
Q - теплота, отводимая охлаждающей средой;
QZ общее количество теплоты, содержащееся в отработавших газах;
Qsi - теплота, эквивалентная работе, затраченной на трение и привод вспомогательных механизмов;
Qip - теплота, переданная охлаждающей среде вследствие трения поршня и колец;
Q - часть теплоты топлива, теряемой из-за неполноты сгорания;
Qoct - количество теплоты, не учитываемое уравнением теплового баланса двигателя (остаточный член);
Q - теплота, соответствующая кинетической энергии отработавших газов;
Qi - теплота, теряемая вследствие лучеиспускания;
Q - теплота, отдаваемая отработавшими газами в охлаждающую систему в выпускном патрубке;
Qr- теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами.
Общее количество теплоты, выделявшееся в течение 1 с при сгорании топлива Q, рассчитывают на основании секундного расхода топлива Gr в кг/с и низшей теплоты сгорания топлива Я в Дж/кг
Q =H.G.. с о
Остальные члены уравнения теплового баланса рассчитывают из зависимостей: теплота Qc в Дж/с, эквивалентна эффективной мощности Я в Вт:
Q = N‘,
с’
теплота, передаваемая охлаждающей среде через стенки цилиндра, поршень и поршневые кольца зависит от количества охлаждающего вещества G кг/с, его теплоемкости Соы и температуры на выходе из двигателя Твых °C и температуры на входе Zbx °C:
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
410
Q = G С (t -t );
*-^0X3 охл охл4 вых вх7’
теплота, унесенная отработавшими газами:
2г = ст[м2(^с;х.-Ч(^срх,1
где СК  М-,(цСр)1Г - количество теплоты, удаленной из цилиндра с отработавшими газами, Дж/с; Gr  М^рС X - количество теплоты, введенной в цилиндр двигателя со свежим зарядом, Дж/с; /л  СРи /лСр - мольные теплоемкости при постоянном давлении соответственно продуктов сгорания и свежего заряда, Дж/кмоль • °C: / и to -соответственно температура отработавших газов за выпускным патрубком и температура свежего заряда на впуске в цилиндр двигателя, °C.
Теплоту Q измеряют по количеству теплоты, отданной маслом воде в масляном холодильнике.
Величину Q при a > 1 обычно отдельно не подсчитывают и включают в остаточный член уравнения теплового баланса:
Q = Q ~ Q + Q Q )•
-‘-—ост	'охл •‘—т
При а < 1 не выделившуюся из-за неполноты сгорания теплоту' подсчитывают по выражению:
О =(АЯ) G,
где (Л1~Г)хтл = А(1 - a)Ln - суммарная доля не выделившейся теплоты из-за наличия в продуктах сгорания окиси углерода и водорода:
(ДЯ) =(АЯ)ГО + (ДЯ)НЭ.
Составляющие теплового баланса зависят от конструкции двигателя скоростных и нагрузочных характеристик. С повышением частоты вращения карбюраторного двигателя ГАЗ-53 эффективно используемая теплота возрастает с 20 до 24 %. Количество теплоты Q с ростом частоты вращения снижается с 30 до 20 % при значительном увеличении теплоты Q Теплота Q имеет наибольшее значение при /?= 1200-1600 об./мин. Теплота, эквивалентная работе, затраченной на трение и привод вспомогательных механизмов совместно с £9^ составляет при средней частоте вращения около 10 %, увеличиваясь при повышении и снижении частоты.
На дизеле ЯМЗ-2384 при п = 2100 об./мин эффективно используемая теплота составляет 36 % от теплоты сгорания топлива. В охлаждающую среду отводится теплоты от 17 % при полной нагрузке до 23 % при N, = 0,5Ncmax, с отработавшими газами теряется от 39 до 33 % теплоты сгорания топлива.
Тепловая напряженность двигателя
Характеризует уровень температуры основных деталей двигателя и определяет допускаемую термическую нагрузку из условий прочности применяемых материалов. Кроме того, тепловая напряженность характеризует условия работы трущихся пар.
Наибольшую тепловую напряженность испытывают огневые днища головки блока цилиндров и поршня со значительной неравномерностью температурных полей в различных зонах. Перегрев поршня, если при этом недостаточно хорошо смазываются
_______________10.1. Общая характеристика системы охлаждения двигателя_ । сопряженные детали, вызывает закоксовывание колец, задиры рабочей поверхности поршня и гильзы. Неравномерность поля температур в днише поршня и головке вызывает их деформацию и разную степень тепловой напряженности. В результате чего в зонах с разными температурами возникают трещины и прогары.
Оптимальное тепловое состояние двигателя достигают рациональной конструкцией тепловоспринимающих деталей, полостей охлаждения и параметров агрегатов систем охлаждения.
Повышение теплоиспользования, а следовательно форсирование двигателя достигают за счет правильного соотношения между количеством теплоты, отдаваемой в охлаждаемую двигатель среду и удаляемой с отработавшими газами.
Тепловую напряженность дизеля на больших нагрузках можно существенно снизить увеличением воздушного заряда при высоких значениях а.
Тепловая напряженность основных деталей двигателя зависит от величины и характера протекания тепловых потоков. Условия теплоотдачи по поверхности деталей, ограничивающих внутрицилиндровый объем неодинаковы, вследствие конструктивной сложности деталей, различий условий охлаждения по поверхности деталей, неоднородности термодинамических параметров рабочего тела по объему камеры сгорания.
Вследствие этого тепловые потоки, проходящие через отдельные участки теплопередающей поверхности, различны. На величину тепловых потоков влияет множество факторов, сопутствующих протеканию отдельных стадий цикла (вихревое течение газов, гидродинамические процессы при впуске и выпуске, изменение состояния рабочего тела при сгорании и др.).
На рис. 10.4 показан характер изменения удельного теплового потока q от рабочего тела к днищу головки цилиндра и температуры газа 7 в зависимости от угла поворота коленчатого вала <р двигателя ЯМЗ.
Тепловые потоки в двигателе имеют ярко выраженный нестационарный харак-ТеР‘	q Ю=, Вт/м! с
d,a 10', Вт/м; ""	t,. t,,“C
Рис. 10.4. Характер изменения удельного теплового потока от рабочего тела к днищу головки цилиндра дизеля:
/7 = 2100 об./мин; Р = 0,175 МПа, а = 1,55, d = 950 Вт/.м2 °C; а... = 640  10’ Вт/м2. mn
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
412
При впуске вследствие того, что температура поступающего воздуха ниже температуры поверхности, ограничивающей внутрицилиндровый объем, теплота от стенок передается воздуху и / снижается. В процессе сжатия, температура свежего заряда повышается и теплота отводится от него в стенки. При сгорании топлива /t резко возрастает количество передаваемой теплоты в стенки qu резко возрастает. При расширении отвод теплоты продолжается вплоть до выпуска отработавших газов. Зависимость коэффициента теплоотдачи а <5от (ропределена по зависимости а <5= qj
Распределение отдачи теплоты в стенки по стадиям цикла показано в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Распределение отдачи теплоты в стенки по стадиям цикла
Двигатель	Количество теплоты, %		
	Сжатие	Рабочий ход	Выпуск
С искровым зажиганием	1,0-2,0	63-70	29-35
Дизель	5,0-8,0	70-90	5-22
Количество теплоты воспринимаемой головкой блока меняется от 11 до 19 % от всей введенной с топливом теплоты в зависимости от нагрузки. Из общего количества теплоты, переданной головке блока, от 10 до 37 % отводится в стенки выпускного канала.
Наиболее напряженными деталями в тепловом отношении в четырехтактном двигателе являются выпускные клапаны.
Температура в различных зонах поверхности одной и той же детали разные и зависят от нагрузки, коэффициента избытка воздуха, давления, скоростного режима и давления наддува. С увеличением нагрузки и повышением частоты вращения увеличивается удельный тепловой поток и растет температура во всех зонах.
Тепловые напряжения деталей двигателя возрастают при детонационном сгорании и образовании накипи в рубашке жидкостного охлаждения.
Элементы расчета системы жидкостного охлаждения
Поверхность охлаждения Fp радиатора:
К — коэффициент теплопередачи радиатора
t -t. = 40-45 °C. ж а
Площадь лобовой поверхности радиатора Fz
10.1. Общая характеристика системы охлаждения двигателя	л, о
...... .......—......... ...... .. ...—	—........ . ..	....1.....  413
где £- коэффициент компактности сердцевины радиатора, равный 600-950 1/м; / -глубина радиатора, м, принимаемая для автомобильных двигателей 40-80 мм, гусеничных машин 80-130 мм.
Исходя из требований компоновки радиатора определяют размеры его сердцевины - высоту и ширину, общее число трубок радиатора, расход воздуха, расход охлаждающей жидкости, емкость системы охлаждения.
Расход воздуха через радиатор G :
В
G = 3600 F У iv кг/ч.
В	Л 1 в в
Температура воздуха на выходе из радиатора t :
В вых
/ =t +-^-°с,
ВВХ В	’
СрЧ
где tK - температура воздуха на входе в радиатор, °C; Ср - средняя теплоемкость воздуха при постоянном давлении; Ср = 0,24 ккал/кг • град.; у- плотность воздуха, кг/м3; w- массовая скорость воздуха, кг/ч.
Расход охлаждающей жидкости G:
G = 3600 z f w У кг/ч, ж	тру тр ж 1 ж
где гтр - число рядов трубок;/^ - площадь поперечного сечения трубки радиатора, м2; и- - скорость жидкости в трубках радиатора равная 0,7-1,0 м/с; уж - плотность жидкости, кг/м3.
Температура жидкости на выходе из радиатора t :
Ж.ВЫХ
где /жв - температура жидкости на входе в радиатор, равная 90-95 °C; Сж - теплоемкость жидкости, ккал/кг • град.
Потери на привод вентилятора не должны превышать 5-8 % номинальной мощности двигателя.
В заключение теплового расчета определяют основные параметры жидкостного насоса и вентилятора.
Эффективность системы жидкостного охлаждения повышают увеличением циркуляциии, предельной температуры охлаждающей жидкости, а также увеличением теплоты рассеиваемой с единицы поверхности радиатора.
Оценивают эффективность затратами мощности на привод вентилятора и насоса и габаритными и массовыми показателями системы.
При расчете системы принимают, что теплота, поступающая в систему охлаждения должна быть полностью рассеяна поверхностью решетки радиатора.
Тепловые потери в двигателе оценивают относительным количеством теплоты дж, поступающей в систему охлаждения
Глава 10. Система жидкостного охлаждения ДВС
414
где g - количество теплоты, поступающей в охлаждающую жидкость; Qr—количество теплоты, введенной в двигатель с топливом
Q =q Н G,
где 7/ - теплота сгорания топлива, Дж/кг; Gt - расход топлива, кг/ч.
Расчетное количество теплоты принимают на 10 % больше Qx (£7 =1,1 Q J, в связи с уменьшением коэффициента теплопередачи вследствие засорения поверхности решетки и отложений накипи на внутренних поверхностях трубок.
Величина q зависит от типа двигателя и рабочего процесса, частоты вращения коленчатого вала, наличия наддува, противодавления на выпуске, материала головки цилиндров, удельной поверхности камеры сгорания, длины выпускных каналов в головке, отношения хода поршня к диаметру S/D, толщины стенок, литья и др.
Связь между расчетным количеством теплоты Q и величиной теплорассеивающей поверхности Fox решетки выражают формулой:
Q =KAt F .
ж. в ох
Коэффициент теплопередачи:
где dx - коэффициент теплоотдачи от жидкости к металлу трубки; d{ = 2500-5000 Вт/м2 °C; 5 - толщина стенки трубок, м; <7, - коэффициент теплоотдачи от стенок трубок воздуху; (X, = 100 Вт/м2 °C; Л - коэффициент теплопроводности; для медных трубок Л = 330 Вт/м2 °C; % - коэффициент оребрения, равный отношению суммарной охлаждающей поверхности решетки трубчато-пластинчатого радиатора к суммарной поверхности трубок; £ = 7,5-10.
С увеличением коэффициента £ аэродинамическое сопротивление решетки возрастает.
Падение температуры равно разности между средними температурами охлаждающий жидкости и воздуха проходящих через радиатор
t = (t +t )/2't =(t	+ / )/2,
ж.ср v Ж.ВЫХ Ж.ВХ7 B.cp v В.ВЫХ B.BX7 7
где tx и t вых - температура жидкости соответственно на входе в радиатор и выходе; /ввхи Гввых-температура воздуха на входе в радиатор и выходе из него.
Температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора в закрытых системах обычно равна 90-95 °C. Падение температуры жидкости в радиаторе А/ж > 7-8 °C. В форсированных высокооборотных двигателях А/1 может достигать 5 °C.
Средняя температура жидкости:
t =t -(А//2) = 86-91 °C. ж.ср Ж.ВЫХ ' ж z
Температура воздуха при проходе через жалюзи или решетку масляного радиатора увеличивается на 3-5 °C.
11.1. Классификация эксплуатационных свойств
415
ГЛАВА 11.
ХИММОТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
11.1.	Классификация эксплуатационных свойств
Эксплуатационные свойства охлаждающих жидкостей проявляются как результат, либо особенности химмотологических процессов, протекающих в системе охлаждения, функционально связанной с системами энергообразования и смазки при эксплуатации двигателя.
Теоретические основы эксплуатационных свойств для охлаждающих жидкостей, топлив и моторных масел базируются на единых законах теплопередачи маслопереноса, испарения, гидродинамики, химической кинетики. Отличия в эксплуатационных свойствах вытекают из особенностей функционального предназначения охлаждающей жидкости, конструкции системы охлаждения, химической природы жидкости и условий эксплуатации.
Общие требования к эксплуатационным свойствам:
1.	Высокая охлаждающая способность, обеспечиваемая оптимальными значениями теплопоглощающих и теплопередающих показателей: теплоемкости, теплоты испарения, теплопроводности, температуропроводности и теплоотдачи.
2.	Надежная прокачиваемость в условиях эксплуатации, обеспечиваемая оптимальными значениями вязкостно-температурных, низкотемпературных и высокотемпературных показателей.
3.	Стойкость к образованию паровых пробок, высокотемпературных отложений пены.
4.	Совместимость с конструкционными материалами.
5.	Стабильность физико-химических свойств и сохраняемость качества при хранении, транспортировании,эксплуатации.
6.	Экологическая безопасность при работе.
Классификация эксплуатационных свойств с основными характеристиками качества современных охлаждающих жидкостей для ДВС приведена на рис. 11.1.
11.2.	Характеристика эксплуатационных свойств
11.2.1.	Охлаждающая способность
Охлаждающая способность жидкости проявляется в процессах теплообмена (п. 10.1.2) и характеризуется теплофизическими показателями:
416
Глава 11. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости
Эксплуатационные свойства
		Охлаждающая способность
гг	Теплойоглащающие теплопередающие свойства	
		
	теплоемкость	1	
							
Прокачиваемость			Совместимость с материалами
	теплота испарения	
		
	коэффициент теплопроводимости	
Склонность к отложениям
	Физико-химические характеристики				коррозионная агрессивность к металлам
					
	вязкость кинематическая и динамическая				
					Скорость коррозии
	Плотность				коррозионные потери металла
					
	Летучесть				
					
	Фракционные показатели				Водородный показатель рн
					
	температура кипения				
					щелочность |
					
	температуры: • помутнения, • начала кристаллизации, • застывания				концентрация хлор-ионов
					
					Стойкость резины. изменение объема образца резины
					
	чистота				
					
*—	Содержание примесей, однородность				
					УСТОЙЧИВОСТЬ в жесткой воде
....I-------
Вспени-ваемость
Объем пены
Устойчивость пены
Сохраняемость 
—| плотность
—| щелочность
коррозионные потери металла
Рис. 11.1. Классификация эксплуатационных свойств охлаждающих жидкостей.
•	теплоемкостью;
•	теплотой испарения;
•	коэффициентом теплопроводности;
•	коэффициентом температуропроводности.
11.2. Характеристика эксплуатационных свойств
417
Исключительную роль играет зависимость этих показателей от температуры, когда изменяется агрегатное состояние жидкости (пар, твердое состояние) и величина показателей скачкообразно увеличивается или уменьшается, что незамедлительно сказывается на теплопередаче, а следовательно на эффективности охлаждения.
Охлаждающая способность является сложным эксплуатационным свойством, для оценки которого нет единого комплексного показателя. Поэтому ее характеризуют относительными более простыми показателями: температурой начала кипения, показателями вспениваемости, образования твердой фазы, массовой долей перегоняемой жидкости до определенной температуры при квалификационных испытаниях (п. 13.2.4).
Теплоемкость - количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус (1 °C = 1 К). Теплоемкость единицы массы вещества (г, кг) называют удельной массовой, 1 моля - молярной. Измеряют теплоемкость в Дж/(кг • К), Дж/(моль • К), Дж/(м3 • К).
Теплоемкость жидкости зависит от ее химического состава и способа нагревания. Теплоемкость газов при постоянном давлении Ср выше теплоемкости при постоянном объеме С(„ Для жидкостей разница Ср - Cv незначительна.
Для газов разницу Ср -Су = R- называют универсальной газовой постоянной, А = 8,314 Дж/моль • К.
С увеличением плотности и молекулярной массы углеводородов в пределах одного гомологического ряда теплоемкость незначительно уменьшается, а с увеличением температуры возрастает.
Удельную теплоемкость С жидких углеводородов рассчитывают по эмпирической формуле:
С = ~^= кДж/кг • К, VP
где А - коэффициент (для углеводородных топлив А = 53,5, для алканов 55,7, для гомологов бензола 49,0); р — плотность, кг/м3.
Теплота испарения - количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу в равновесном изобарно-изотермическом процессе, чтобы перевести его из жидкого в газообразное состояние. При конденсации пара в жидкость выделяется то же количество теплоты. Теплота испарения - частный случай теплоты фазового перехода 1-го рода. Она характеризует межмолекулярные взаимодействия в жидкости. С увеличением сил межмолекулярных связей теплота испарения жидкости увеличивается. Водородные связи гидроксильных групп в воде, спиртах, гликолях повышают теплоту испарения.
Удельная теплота испарения пропорциональна абсолютной температуре кипения жидкости 7” и обратно пропорциональна молекулярной массе М
М
Коэффициент К вычисляют по формуле:
27 Заказ X» 2029
418
Глава 11. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости
К= 36,64 4- 19,14 Мили
К = 80,39 4- 0,042Л/.
Теплоту' испарения при любой температуре <2исп можно вычислить по эмпирической формуле, если известна температура кипения 7гап„ критическая температура Г и теплота испарения при температуре кипения Q1*™
( т -т Y’38
Q1 =	---!Ф-----
2^ ИСП 2^ ИСП у, гр
1 кр 1 КИП
Таблица 11.1
Теплота испарения и температура кипения некоторых жидкостей
Вещество	Температура кипения, °C	Удельная теплота испарения	
		КДж/кг	КДж/моль
Вода	100	2261	125,61
Этиленгликоль	197	837	13,50
Спирт этиловый	78	846	18.38
Спирт метиловый	65	1120	35,00
н-гептан	98	320	3,19
Бензол	80	396	5,07
Лвиакеросип	140-260	264	1,70
Дизельное топливо	180-300	188	1.35
Коэффициент теплопроводности - показатель, количественно характеризующий свойство тела переносить теплоту.
Перенос теплоты теплопроводностью происходит в результате непосредственной передачи энергии от частиц вещества, обладающей большей энергией, частицам с меньшей энергией. Если относительное изменение температуры на расстоянии средней длины свободного пробега частиц I мало, то выполняется основной закон теплопроводности - закон Фурье: плотность теплового потока g пропорциональна градиенту температуры grad Г.
Q=-h- grad Т,
где Л - коэффициент теплопроводности, который зависит от агрегатного состояния вещества, его атомно-молекулярного строения, температуры, давления, состава и др.
Коэффициент теплопроводности жидкости с повышением температуры убывает, с ростом давления возрастает. Коэффициент теплопроводности газов и паров уменьшается с увеличением их молекулярной массы.
При переходе жидкости в парообразное состояние скачкообразно уменьшается теплопроводность и плотность, вследствие чего теплоотвод от охлаждаемой поверхности снижается. Охлаждающая способность жидкости уменьшается при снижении температуры кипения. С началом кипения при образовании
11.2. Характеристика эксплуатационных свойств
419
паровой фазы теплоемкость уменьшается, что приводит к снижению теплового потока от стенки к жидкости.
В жидкостях среднее расстояние между молекулами сравнимо с размерами самих молекул, а кинетическая энергия молекул того же порядка, что и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. В связи с этим перенос энергии столкновениями происходит значительно интенсивнее, чем в разреженных газах, и скорость передачи энергии молекул от горячих изотермических слоев жидкости к более холодным близка к скорости распространения малых возмущений, равной скорости звука:
Л = pCyUsL,
где р - плотность газа или жидкости; С - теплоемкость единицы массы газа или жидкости при постоянном объеме; ^-скорость звука в жидкости; L - среднее расстояние между молекулами.
Коэффициент теплопроводности жидкости убывает с ростом температуры и слабо возрастает при увеличении давления.
Коэффициент температуропроводности а (м7с) характеризует скорость выравнивания температуры среды при нестационарной температуропроводности:
СРр
где Л- коэффициент теплопроводности среды; С,, — удельная теплоемкость среды при постоянном давлении; р — плотность среды.
Склонность к отложениям. При образовании на стенках охлаждаемой поверхности отложений как со стороны камеры сгорания, так и со стороны стенок рубашки охлаждения снижается коэффициент теплоотдачи от стенок к жидкости. Вследствие этого стенки камеры сгорания перегреваются, что отрицательно сказывается на работе двигателя. Причиной отложений в рубашке охлаждения могут быть отложения солей в виде накипи или продуктов коррозии.
Теплофизические характеристики охлаждающей жидкости непосредственно связанные с процессом переноса теплоты (теплоемкость, теплота испарения, коэффициент теплопроводности), исследуются на стадии разработки жидкостей. В процессе эксплуатации на технике теплофизические характеристики не определяют. Их косвенно контролируют по плотности, температу ре кипения, фракционным данным, компонентному составу.
11.2.2.	Прокачиваемость
Прокачиваемость характеризует текучесть жидкости, ее способность обеспечивать необходимую скорость циркуляции в системе охлаждения.
Прокачиваемость оценивают:
•	физико-химическими характеристиками жидкости’, вязкость, плотность, температура кристаллизации, температура застывания, показатели летучести, чистоты и др.;
Глава 11. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости
420
•	параметрами конструкции системы охлаждения', линейные размеры рубашки охлаждения, длина и диаметр трубопроводов, конструкционные материалы, устройство узлов и агрегатов системы охлаждения;
•	параметрами условий теплообмена', температуры, давление, гидродинамические параметры потока жидкости.
Аналитические зависимости этих параметров имеют сложный характер. Для инженерных расчетов используют эмпирические зависимости основных факторов и свойств жидкости, а остальные учитывают соответствующими коэффициентами.
Прокачиваемость жидкости выражают в виде зависимостей параметров процесса перекачки от конструктивных и эксплуатационных факторов при заданных свойствах охлаждающей жидкости. Эти зависимости, полученные для различных образцов жидкости, определяют прокачиваемость. Для сравнения используют эталонную жидкость. На рис. 11.2 приведена зависимость гидравлических потерь в системе охлаждения от температуры для жидкостей различного химического состава.
Температура жидкости, °C
Рис. 11.2. Зависимость гидравлических потерь ДР в системе от температуры для жидкостей различного химического состава: 1 - дизельное топливо летнее; 2 - дизельное топливо зимнее;
3 - 70 % водный раствор глицерина; 4 - пропиленгликоль;
5 - 63 % водный раствор этиленгликоля (эталонная жидкость)
Водный раствор этиленгликоля (кривая 5) имеет лучшую прокачиваемость при низких температурах, чем остальные жидкости, приведенные на рис. 1.5, вследствие более низкой температуры начала кристаллизации и лучших вязкостно-температурных свойств.
11.2. Характеристика эксплуатационных свойств
421
Физико-химические характеристики прокачиваемости
Вязкость - внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Оцени-1вают коэффициентами динамической и кинематической вязкости. Влияние вязкости на прокачиваемость рассмотрено в предыдущих разделах (6.4.2, 6.5.8).
Летучесть паров жидкости и способность поглощать или выделять газы |Оказывают влияние на образование паровых пробок и безкавитационный режим течения жидкости в системе охлаждения. С повышением температуры и понижением |Давления возможно появление пузырьков пара или растворенного газа и происходит нарушение сплошного потока жидкости. При прохождении жидкости, содержащей пузырьки пара или газа, через область пониженного давления начинается интенсивный рост пузырьков, что вызывает снижение производительности насоса и срыв в перекачке жидкости. При конденсации паров наступает явление кавитации. Сущность кавитации заключается в том, что при конденсации частицы жидкости сталкиваются со стенками. Это приводит к местному повышению давления и эрозии материала стенок канала.
При образовании паровых пробок и кавитации уменьшается теплоотвод от стенок двигателя к охлаждающей жидкости, что приводит к перегреву двигателя и ко всем нежелаемым от этого последствиям.
Летучесть охлаждающей жидкости контролируют по фракционным показателям. Например, для жидкостей низкозамерзающих и жидкостей на водной основе оценочными показателями являются температура начала перегонки (не более 100 °C) и массовая доля жидкости, перегоняемой до достижении 150 °C (3-50 % в зависимости от марки жидкости). Для однокомпонентной жидкости характеристикой летучести является температура кипения.
Температура кипения - температура равновесного перехода жидкости в пар при постоянном внешнем давлении. Это частный случай температуры фазового перехода 1-го рода. При кипении жидкости давление насыщенного пара над плоской поверхностью становится равным внешнему давлению, вследствие чего по всему объему жидкости образуются пузырьки насыщенного пара. Паровые пробки нарушают сплошность потока жидкости и ухудшают процессы тепломассообмена.
Характеристики кристаллизации и застывания. При низкой температуре прокачиваемость жидкости ухудшается и возможно полное прекращение подачи жидкости вследствие потери текучести при застывании.
Изменение текучести жидкости при понижении температуры можно оценить по:
•	температуре помутнения;
•	температуре начала кристаллизации;
•	температуре застывания.
Температура помутнения - максимальная температура, при которой жидкость мутнеет. Температура помутнения связана с выделением в жидкости микрокапель воды, микрокристаллов льда или других нерастворимых в жидкости веществ. Для углеводородных жидкостей помутнение вызывается образованием микрокапель воды, кристаллов льда, высокоплавких высокомолекулярных парафинов. Для жидкостей охлаждающих низкозамерзающих этот показатель не нормируют.
Гпава 11. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости
422
Температура начала кристаллизации - та максимальная температура, при которой при охлаждении жидкости в стандартных условиях, невооруженным глазом можно заметить помутнение как признак начала кристаллизации. Температура начала кристаллизации нормируется для всех низкозамерзающих охлаждающих жидкостей.
Кристаллизация жидкости включает два процесса: образование центров кристаллизации и рост кристаллов. Если центров кристаллизации много, а скорость роста кристаллов мала, получается мелкозернистая стру кту-ра. Если центров кристаллизации возникает мало, а скорость роста кристаллов велика, то образу ется крупнозернистая структура. Центрами кристаллизации могут быть микрочастицы твердого вещества, пузырьки газа, стенки сосуда и др.
Температура застывания - та температура, при которой жидкость теряет текучесть в стандартных условиях испытаний. Причиной потери текучести является образование и сращивание кристаллов между собой в жесткую кристаллическую решетку, образование твердой аморфной массы, либо смесь аморфной и кристаллической твердой массы. Температу ра застывания характеризу ет поведение жидкости в момент запу ска двигателя, а также в момент заправки и слива-налива.
Чистота жидкости. Характеризует наличие в ней нежелательных примесей (загрязнений), которые могут попасть при производстве, хранении, применении и отрицательно повлиять на эксплуатационные свойства. Чистота - это не только количество возможных загрязнений, но и способность жидкости удерживать и накапливать загрязнения.
Оценочные показатели чистоты охлаждающей жидкости зависят от ее химического состава. Для низкозамерзающих охлаждающих жидкостей на водной основе, прямыми показателями чистоты являются внешний вид, наличие механических примесей, устойчивость в жесткой воде, исключающая расслоение и образование осадка. О чистоте жидкости и наличии тех или иных загрязнений судят по отклонению нормативных показателей качества при квалификационных испытаниях (фракционные данные, водородный показатель pH, щелочность, температура начала кристаллизации, показатели коррозионного воздействия на металлы и др.).
Способность охлаждающей жидкости накапливать и удерживать загрязнения зависит от физико-химических показателей: вязкости, поверхностного натяжения, плотности, наличия поверхностно-активных соединений. Загрязняемость жидкости в значительной степени зависит от присутствия в ней веществ, обладающих полярностью и электронодонорно-акцепторными свойствами и способностью создавать водородные связи.
Плотность косвенно характеризует многие эксплуатационные свойства и зависит от химического состава жидкости. Для охлаждающих низкозамерзающих жидкостей на основе водных растворов этиленгликоля плотность обязательно нормируется при оценке качества.
Плотность использу ется при отпуске, приеме и учете охлаждающей жидкости в массовых единицах.
Плотность -масса жидкости в единице объема. Единица плотности в системе СИ - кг/м3, в системе СГС — кг/см3.
Плотность жидкости определяют как отношение массы т к объему V при заданной температуре Т
11.2. Характеристика эксплуатационных свойств
423
Следует отличать плотность вещества от его удельного веса /-отношение веса Р к его объему V
Р
7 =—-
V
Единицей удельного веса служит Н/м3 в системе СИ, дин/см3 в системе СГС. I Н\м3 = 0,1 дин/см3.
Плотность р и удельный вес у связаны между собой отношением:
/= apg, где g - местное ускорение свободного падения тела; а - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения.
Плотность жидкости зависит от температуры. Как правило, при увеличении температуры плотность уменьшается, при понижении температуры - увеличивается.
При переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое плотность изменяется скачкообразно: резко уменьшается при переходе в газообразное состояние и, увеличивается при затвердевании (плотность воды аномально уменьшается при переходе из жидкой фазы в твердую).
Плотность охлаждающей жидкости, принято в России определять при температуре 20 °C и относить ее к плотности воды при 4 °C, принятой за единицу. Относительную плотность обозначаютр;0 .
За рубежом (стандарт ASTM D 1298) плотность определяют при 15 °C (60 °F), а относительную плотность (удельный вес) определяют как отношение массы данного объема жидкости при температуре 15 °C (60 °F) к массе равного объема чистой воды при той же температуре. При записи результатов указывают стандартную температуру, например: относительная плотность (удельный вес) (60/60) °F.
В зарубежных стандартах плотность жидкостей выражают еще в градусах API. Это специальная функция относительной плотности (60/60) °F, которую вычисляют по формуле:
141,5
Плотность в градусах API =	з -~	~13ч-5•
г	удельныивес (60/60) °F
11.2.3.	Совместимость с материалами
Совместимость с материалами -характеризует способность охлаждающей жидкости взаимодействовать с констру кционными и эксплуатационными материалами двигателя, средств хранения, транспортирования и заправки.
Основные направления взаимодействия:
•	разру шение металлических материалов вследствие коррозии;
•	набу хание резин, герметиков и пластмасс;
•	защита металлов от коррозионного воздействия охлаждающей жидкости.
424
Глава 11. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости
Совместимость с материалами характеризуют показателями коррозионной агрессивности и защитных свойств.
Коррозионную агрессивность оценивают по скорости коррозионного воздействия жидкости на металлы в стандартных условиях испытаний. Измеряют в коррозионных потерях металла г/м2 • сутки. Кроме того, коррозионную агрессивность оценивают по показателю концентрации водородных ионов жидкости pH. Совместимость с неметаллическими материалами оценивают по изменению объема образца в % гидростатическим методом.
Защитные свойства жидкости характеризуют ее способность защищать металл от коррозии, снижать скорость коррозии в системе охлаждения.
Защитные свойства жидкости обеспечивают применением антикоррозионных присадок, оценивают по снижению коррозионной агрессивности жидкости после добавления присадок.
Закономерности процесса в коррозии были рассмотрены в п. 3.10.
Согласно пленочной теории пассивное состояние металла при добавлении в охлаждающую жидкость ингибиторов коррозии происходит за счет образования многослойной защитной пленки продуктов взаимодействия активных компонентов присадки с металлом или в результате адсорбции поверхностно активных веществ на поверхности металла.
Деление коррозионных процессов на химические и электрохимические несколько условное, так как на практике эти процессы протекают часто одновременно и наблюдается переход из одного вида коррозии в другой.
Скорость химической коррозии 1F выражают уравнением
W =К[С 1 + Вт"'
где К - константа скорости химической реакции между металлом (компонентном сплава) и коррозионной средой; Сав - концентрация коррозионно-активных веществ; В - коэффициент, учитывающий влияние замедляющих (ускоряющих) факторов химической коррозии; т - время; т - показатель, учитывающий скорость роста защитной пленки.
Скорость электрохимической коррозии выражают формулой:
jy -	~ а
эк- F-ii PK+Pa+R’
где А - молярная масса коррозирующего металла; Ек - Еа - разность потенциалов равновесного катодного и анодного процессов; F - - постоянная Фарадея, равная 96486,70; п — валентность ионов коррозирующего металла; Рк, Р& - поляризуемость соответственно катодная и анодная; R - электрическое (омическое) сопротивление системы.
Влияние металла. На скорость коррозии влияют состав металла, его структура, внутреннее напряжение, состояние поверхности. В условиях коррозионной среды металлы термодинамически неустойчивы. Приближенно о степени этой неустой-
11.2. Характеристика эксплуатационных свойств
425
чивости можно судить по величине стандартных электродных потенциалов реакций (табл. 11.2).
Таблица 11.2 Стандартные электродные потенциалы реакций
Электродная реакция	Стандартный электродный потенциал, В	Электродная реакция	Стандартный электродный потенциал, В
Mg - 2е А1 - Зе Мп - 2е Zn- 2е Сг - Зе Fe - Зе Мп - Зе	-2,370 -1,660 1,180 0,762 0,740 0,440 0,283	Ni-2e Sn - 2е Pb-2e Си - 2е Hg-c Ag-e Pt-2e	-0,250 -0,136 0,126 0,337 0,789 0,789 1.190
Практически коррозионная устойчивость технических металлов определяется не только электродными потенциалами, а реально установившимися скоростями коррозионного процесса. В реальных условиях скорость коррозии системы охлаждения двигателя изменяется по сложным зависимостям в связи с нестационарностью процессов тепломассообмена.
Показатель концентрации водородных ионов pH. Характеризует кислые или щелочные свойства водных растворов химических веществ и связан с диссоциацией молекулы воды Н,0 на положительные ионы водорода | Н ] и отрицательно заряженные ионы гидроксила [ОН].
Н2О О [Нт] + [ОН"].
Чистая вода нейтральна и имеет равное количество положительных и отрицательных ионов, которые находятся в равновесии с недиссоциированными молекулами воды.
Вода, независимо от количества добавляемых к ней водородных и гидроксильных ионов, имеет постоянную величину произведения их концентраций, равную 10~14 молей/литр, которая называется ионным произведением воды:
[НЦ • [ОН ] = 1014 моль/л.
Для нейтральной воды концентрация каждого из ионов при равном их содержании составляет 10~7 моль/л, так как:
[Н“]~7  [ОН“]“7 = КГ14 моль/л.
Для удобства выражения концентрацию водородных ионов представляют через десятичный логарифм с обратным знаком, который обозначают pH:
Для нейтрального раствора-.
[Н ] 7 = [ОН"]"7 = 107 моль/л.
426
Глава 11. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости
Тогда
PH=-ig [HT;-igio-7 = 7.
Для кислой среды, при избытке концентрации ионов водорода
[Н~] > [ОН"], pH изменяется от 0 до 7.
Для щелочной среды, при избытке концентрации гидроксильных ионов
[ОН"] > [Ну], pH изменяется от 7 до 14.
Так как показатель степени ионного произведения имеет число с отрицательным знаком (10 14 моль/л), то при уменьшении его абсолютной величины от 14 до 0 концентрация водородных ионов растет:
___Li । । । । । I j I . i । । 1 1___
pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 <----------------д-------------
кислая	Щелочная
среда	среда
нейтральная среда
Так как ионы водорода [Н+] и гидроксила [ОН ] принимают активное участие в образовании катодных и анодных потенциалов в процессе электрохимической коррозии, то показатель pH характеризует коррозионную агрессивность охлаждающей жидкости на основе водных растворов.
Щелочность. Характеризует содержание в охлаждающей жидкости веществ, обладающих щелочными свойствами, включая антикоррозионные и другие присадки, добавляемые в жидкости для улучшения защитных свойств. Охлаждающая жидкость должна обладать определенной щелочностью для подавления процессов коррозии с кислыми веществами и нейтрализации образующихся кислот. Щелочность характеризует коррозионную агрессивность и защитные свойства жидкости. Выражают щелочность в мл титрованного раствора соляной кислоты 0,1 моль/дм3, израсходованного на потенциометрическое титрование 10 см3 охлаждающей жидкости до pH = 5,5 (жидкость типа ОЖ-К, “Тосол AM” и др.).
Коррозионное воздействие охлаждающей жидкости вызывается прежде всего содержанием в ней кислородных соединений и хлор-ионов. Кислород является составной частью молекулы воды и спиртов, хлор входит в состав солей жесткости воды и попадает в процессе хлорирования питьевой воды. Продукты диссоциации кислородных соединений и солей при высокой температуре являются активными коррозионными компонентами химической и электрохимической коррозии.
Поэтому вода, предназначенная для приготовления антифризов должна по некоторым требованиям содержать хлор-ионов не более 0,0007 % и иметь общую жесткость не более 6 мг-экв/л.
Коррозионное воздействие этиленгликолевых антифризов снижают введением антикоррозионных присадок. Двузамещенный фосфорно-кислый натрий Na2HPO4 в количестве 2,5-3,5 г/л предохраняет чугунные, стальные и медные детали; декстрин картофельный (изомер крахмала С6Н)0О5) защищает от коррозии припои, алюминий,
1 11.2. Характеристика эксплуатационных свойств
медь (1-11 г/л). Декстрин плохо растворяется в антифризе. Некоторая его часть 5-10 % находится в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, вследствие чего антифризы могут быть слегка мутноваты. При хранении не растворившиеся частицы декстрина выпадают в осадок и жидкость становится прозрачной. Присадки на основе бензойнокислого натрия, нитрита натрия и буры защищают от коррозии все сплавы металлов системы охлаждения двигателей.
Этиленгликолевые жидкости вызывают коррозию цинковых покрытий, поэтому хранение антифризов в оцинкованной таре не допускается.
11.2.4.	Вспениваемость
В процессе перекачки жидкости по системе охлаждения образуется пена, которая ухудшает охлаждающие свойства, ускоряет коррозионные процессы, уменьшает производительность насоса. Вспениваемость зависит от химического состава охлаждающей жидкости, вязкости, поверхностного натяжения, наличия присадок, условий эксплуатации, загрязненности.
В чистом виде, например, гликолевые охлаждающие жидкости не склонны к образованию пены. Интенсивное образование устойчивой пены происходит при попадании в них нефтепроду ктов. Пена снижает теплоемкость и теплопроводность жидкости, приводит к выбрасыванию жидкости из радиатора. Поэтому необходимо контролировать чистоту жидкости при хранении и заправке системы охлаждения.
Вспениваемость охлаждающей жидкости оценивают двумя показателями: объемом пены в см3 и ее устойчивостью в с.
Сущность испытаний состоит в том, что в стандартных условиях через определенный объем жидкости продувают воздух и измеряют объем образовавшейся пены в см3 и время, в течение которого она сохраняется.
11.2.5.	Сохраняемость
Сохраняемость характеризует стабильность показателей качества охлаждающей жидкости при хранении, транспортировании, применении.
Способность жидкости противостоять изменению качества под действием физических процессов называют физической стабильностью. Основными физическими процессами изменения качества являются испарение, загрязнение механическими примесями, смешение с другими веществами, изменение фазового состояния при понижении температуры: выпадение кристаллов, застывание, расслоение.
Способность жидкости противостоять изменению качества под воздействием химических процессов называют химической стабильностью.
Основные факторы изменения качества охлаждающей жидкости:
•	химический и компонентный состав, содержание технологических примесей и присадок, обеспечивающих требуемый уровень эксплуатационных свойств;
428
Глава 11. Химмотологические процессы и эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости
•	параметры эксплуатации: температура, давление, продолжительность работы до замены, конструкционные материалы, частота долива жидкости в систему охлаждения и др.;
•	параметры внешних условий эксплуатации и хранения жидкости: температура, давление, влажность, запыленность атмосферы, конструкция и материалы технических средств хранения, транспортирования, заправки.
Сохраняемость качества охлаждающей жидкости оценивают на реальном двигателе и на безмоторной лабораторной установке, имитирующей работу' реального двигателя по показателям сохраняемости физико-химических свойств жидкости:
•	внешний вид (визуально);
•	плотность, г/см3;
•	водородный показатель (pH);
•	щелочность, см3;
а также по состоянию образцов металлов (медь, латунь, припой, алюминий, чугун, сталь) и узлов и деталей системы охлаждения после испытаний
Сохраняемость качества охлаждающей жидкости при длительном хранении оценивают путем опытного хранения по статистическим показателям изменения качества в различных условиях. Эти данные позволяют установить показатели качества, наиболее склонные к изменению и определить комплексный показатель стабильности качества - гарантийный срок хранения.
11.2.6.	Токсичность
Токсичность определяет степень вредного воздействия на человека и окружающую среду
По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяют на четыре класса опасности:
•	первый - чрезвычайно опасные;
•	второй - высокоопасные;
•	третий — умеренно опасные;
•	четвертый - малоопасные.
Нормы содержания вредного вещества для каждого класса опасности были рассмотрены раньше и приводятся в технических требованиях на каждую марку охлаждающей жидкости для ДВС.
11.2.7.	Пожароопасность
Пожароопасность определяет способность жидкости воспламеняться и гореть. Общие требования пожарной безопасности определены ГОСТ 12.1.04 и рассмотрены были раньше. Конкретные меры пожарной безопасности даны в технических требованиях на каждую марку охлаждающей жидкости в ТУ.
12.1. Вода как охлаждающая жидкость
429
ГЛАВА 12.
СОСТАВ, СВОЙСТВА И ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
12.1.	Вода как охлаждающая жидкость
Вода широко используется для охлаждения двигателей, эксплуатирующихся при положительной температуре окружающего воздуха и не выдвигающих особых требований к системе охлаждения.
Вода обладает хорошей охлаждающей способностью с позиций теплофизических характеристик: высокая теплоемкость, большая теплопроводность, высокая теплота испарения и имеет другие замечательные эксплуатационные свойства: пожаробезопасна, не ядовита, доступна, хорошо прокачивается при положительных температурах.
В то же время вода обладает существенными недостатками. При О °C она замерзает со значительным увеличением объема, что вызывает размораживание (разрушение) системы охлаждения при температурах окружающего воздуха ниже О °C за счет высокого давления на стенки блока цилиндров (до 2500 Мпа). Вода кипит при сравнительно низкой температуре, что не позволяет поднять рабочую температуру в открытой системе охлаждения двигателя выше 90 °C. При более высокой температуре вода интенсивно испаряется, вследствие чего теплоотдача уменьшается и нарушается циркуляция жидкости в системе охлаждения за счет паровой фазы, двигатель перегревается. При наличии в воде растворимых солей и минеральных примесей в системе охлаждения образуются отложения (накипь), которые вызывают нарушения в работе двигателя.
При эксплуатации двигателя в горных условиях, вследствие снижения температуры кипения воды при понижении давления атмосферного воздуха, допустимая предельная температура воды в радиаторе уменьшается:
Высота, над уровнем моря, м	0	1500	3000	45000	6000
Температура кипения воды на высоте, °C Допустимая предельная температура воды	100	95	90	85	80
в радиаторе, °C	90	85	80	75	70
Физико-химические свойства
Вода - простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом Н,О. Массовые доли: водорода - 11,19 %, кислорода - 88,81 %. Молекулярная масса - 18,160.
Физико-химические характеристики:
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
430
Плотность, г/см3:
при 0 °C
при 3,98 °C
Плотность льда при °C
Температура плавления
Температура кипения
Удельная теплота плавления льда
Удельная теплота парообразования (при 100 °C)
Теплопроводность(при 0 °C)
Удельная теплоемкость (при 15 °C) Динамическая вязкость
при 0 °C
при 100 °C
0,99987
1,00000
0,9168
0, °C
100,°C
332 кДж/кг
2257 кДж/кг 0,556 Вт(м  К)
4,187 кДж (кг - К)
1,7921 мПа-с 0,284 мПа  с
Количество примесей в воде строго регламентируется соответствующими стандартами в зависимости от предназначения воды.
Дистиллированная вола
Таблица 12.1
Физико-химические показатели дистиллированной воды по ГОСТ 6709-72
Наименование показателей	Нормы
Массовая концентрация: остатка после выпаривания, мг/дм3, не более аммиака и аммонийных солей (NHJ, мг/дм’, не более нитратов (NO.), мг/дм’, не более сульфатов (SO,), мг/дм3, не более хлоридов (С1), мг/дм’, не более алюминия (А1), мг/дм3, не более железа (Fe), мг/дм’, не более кальция (Са). мг/дм’, не более меди (Си), мг/дм’, не более свинца (РЬ), %, не более цинка (Zn), мг/дм’, не более веществ, восстанавливающих КМпО4(О), мг/дм’, не более pH воды Удельная электрическая проводимость при 20 °C, см/м, не более	5 0.02 0.2 0,5 0,02 0,05 0,05 0,8 0,02 0,05 0,2 0,08 5,1-6.6 5  IO'4
Питьевая вода
Для питьевых, хозяйственных, технических и коммунально-бытовых целей используется вода — питьевая по ГОСТ 2874-82.
Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.
12.1. Вода как охлаждающая жидкость
431
Эпидемические показатели'.
Показатель	Норма
Число микроорганизмов в 1 см3 воды, не более	100
Число бактерий группы кишечных палочек в 1 дм3 воды (коли-индекс), не более	3
Токсикологические показатели:
Наименование химического вещества	Норма
Алюминий остагочный (А1), мг/дм3, не более	0,5
Берилий (Be), мг/дм3, не более	0,0002
Молибден (Мо), мг/дм3, пе более	0,25
Мышьяк (As), мг/дм3, не более	0,05
Нитраты (NO3), мг/дм3, не более	45,0
Полиакриламид остаточный, мг/дм3, не более	2,0
Свинец (РЬ), мг/дм3, не более	0,03
Селен (Se), мг/дм3, не более	0,01
Стронций (Sr), мг/дм3, не более	7,0
Фтор (F), мг/дм3, не более для климатических районов:	
1и II	1,5
III	1,2
IV	0,7
Органолептические показатели:
Наименование показателя	Норма
Водородный показатель, pH	6,0-9,0
Железо (Fe), мг/дм3, не более	0.3
Жесткость общая, моль/.м3, не более	7,0
Марганец (Мп), мг/дм3, не более	0,1
Медь (Си33), мг/дм3, не более	0,1
Полифосфаты остаточные (РО3 ), мг/дм3, не более	3,5
Сульфаты (SO4' мг/дм3, не более	500
Сухой остаток, мг/дм3, не более	1000
Хлориды (С1), мг/дм3, не более	350
Цинк (Zn'3), мг/дм3, не более	5,0
Жесткость воды и отложения в системе охлаждения двигателя
Жесткость воды определяется содержанием в ней минеральных примесей, преимущественно солей щелочно-земельных элементов кальция, магния, калия, натрия.
В зависимости от состава и концентрации жесткость бывает временная, постоянная и общая.
Временная или устранимая жесткость воды зависит от содержания в ней в основном бикарбоната кальция Са(НСО,), и бикарбоната магния Mg(HCO,)2. Эти соли
432
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
находятся в растворе в присутствии некоторого количества свободной углекислоты. При кипячении воды углекислота удаляется, а соли временной жесткости выпадают в осадок:
Са(НСО,), -> СаСО3 + СО, + Н,О
Mg(HCO,), -> MgCO3 + СО, + Н,О.
Постоянная жесткость воды характеризуется присутствием солей, которые не выпадают в осадок при кипячении. Соли постоянной жесткости состоят преимущественно из сернокислого кальция (гипса) CaSO4, хлористого кальция СаС1„ сернокислого магния MgSO4, хлористого магния MgCl,.
Общая жесткость - сумма временной и постоянной жесткости.
За единицу жесткости принимают 1 мгэкв. солей на 1 л воды. Один миллиграмм - эквивалент соответствует содержанию 20,04 мг/л Са' или 12,16 мг/л MgT Для измерения малой жесткости применяют тысячную долю миллиграмм-эквивалента -микрограмм-эквивалент в 1 л воды.
По происхождению и группе жесткости воду делят на классы: атмосферную, поверхностную, грунтовую и морскую (табл. 12.2).
Таблица 12.2 Классификация воды по происхождению и группе жесткости
Класс воды	Происхождение	Группа жесткости	Примеры
Атмосферная	Дождевая, снеговая	Очень мягкая	-
Поверхностная	Речная, озерная: Северные водоемы Центральные и южные водоемы	Очень мягкая и мягкая Мягкая и среднежесткая	Реки: Нева, Свирь, оз. Ладожское Реки: Волга, Дон, Днепр
Грунтовая	Родниковая, колодезная, артезианская	Жесткая и очень жесткая	-
Морская	Моря, океаны	Очень жесткая	Моря: Черное, Каспийское. Общая жесткость 65-75 ед. Океаны: общая жесткость 125-130 ед.
Образование накипи в системе охлаждения.
При эксплуатации на стенках системы охлаждения двигателя образуется трудно удаляемый осадок - накипь. Состав накипи зависит от жесткости воды, содержания солей кальция и магния (табл. 2.3). Количество и плотность накипи зависит главным образом от присутствия в воде сернокислых солей кальция и окиси кремния. Вредное влияние на работу системы охлаждения оказывает хлористый магний MgCl,, который при высокой температуре гидролизуется с образованием соляной кислоты
12.1. Вода как охлаждающая жидкость
433
MgCl2 + 2Н,О -> lg(OH), + 2НС1.
Гидрат окиси магния выпадает в осадок в виде твердой накипи, а соляная кислота сильно корродирует металлы.
При взаимодействии с железом, образуется хлористое железо Fed,, которое хорошо растворяется водой, а стенки рубашки охлаждения при этом легко протравливаются.
Таблица 12.3
Средний состав различных видов накипи
Название накипи	Основные компоненты, %				
	СаСО,	CaSO„	Mg(OH),	А1,О, + Fe,O3	SiO,
Карбонатная	65	5	25	4	1
Сульфонатная (гипсовая)	7	86	2	2	3
Сульфатно-силикатная	12	28	3	28	29
Смешанная	32	24	18	16	10
Ионы хлора оказывают корродирующее влияние на цветные металлы и припои. Ионы хлора могут попасть в охлаждающую жидкость при использовании хлорированной питьевой воды. Потому качество охлаждающей жидкости, обязательно контролируют на содержание ион-хлора и косвенно по водородному показателю pH.
Накипь, отлагаясь на стенках радиаторных трубок, уменьшает площадь их сечения и сокращает количество протекающей в единицу жидкости, снижает теплопроводность, что вызывает перегрев двигателя; перерасход топлива и моторного масла, падение мощности и повышенный износ.
Наряду с накипью в системе охлаждения двигателя образуется шлам -илоподобные отложения в застойных местах системы охлаждения. Накипь и шлам подлежат периодической проверке и удалению.
Удаление отложений в системе охлаждения.
Способы предупреждения образования накипи, химические реагенты и время для удаления накипи из системы охлаждения двигателя показаны в в табл. 12.4).
Таблица 12.4
Способы предупреждения образования накипи
Операция	Реагенты и их действие	Порядок применения реагентов
1	2	3
Смена воды		Реже менять воду. При смене промывать систему охлаждения
Введение антинаки-пинов	Хромпик К,Сг,О7 или азотнокислый аммоний КП,NO, переводят соли накипи в растворимое состояние	Приготовление концентрата: 100 г реагента на 1 л воды. Добавление концентрата в воду 30-50 мл на 1 л среднежесткой воды, 100-130 .мл/л -жесткой воды. Замена воды в системе охлаждения при помутнении
28 Заказ № 2029
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
434
Продолжение табл. 12.4
1	2	3
Умягчение воды	Гексамет (NaPO,)6 удерживает соли накипи во взвешенном состоянии	Добавление реагента в среднежесткую воду 0,2 г/л, в жесткую 0,3 г/л. Периодически удаление шлама через спускные краники
Дистилляция	Соли остаются в кубовом остатке	Вода дистиллированная не содержит солей жескости
Кипячение	Соли карбонатной и частично сульфатной жесткости выпадают в осадок. Остаточная временная жесткость до 2 мг кв/л	Кипячение воды 20-30 мин, отстаивание и фильтрование от осадка
Обработка химическими реагентами	Кальцинированная сода Na,CO, - 53 мг/л на одну единицу жесткости. Тринатрифосфат Na,PO4 -55 мг/л на одну единицу жесткости. Остаточная жесткость 0,5-1,0 ед.	Перемешивание горячей воды с реагентом 20-30 мин. Отстаивание и фильтрование от осадка
Катионитовый обмен	Ионообменные синтетические смолы, сульфируемый уголь, пермутит и др. Остаточная жесткость 0,5-1,0 ед.	Фильтрование через катионитовый фильтр
В зависимости от жесткости воды устанавливают режим эксплуатации и технического обслуживания двигателей (табл. 12.5). Для предотвращения образования и удаления накипи из системы охлаждения применяют различные химические реагенты в зависимости от группы жесткости воды и металла головки цилиндров (табл. 12.6).
Таблица 12.5
Химические реагенты для удаления накипи в двигателе
Реагенты	Количество, г/10 л воды	Время, потребное для разрушения накипи, ч
Для все Техническая молочная кислота	к двигателей 600	0,5-3,0
Хромпик или хромовый ангидрид	200	8,0-10,0
Ингибированная соляная кислота: соляная кислота ингибитор	500 500	0,5-1,0
урутропин пеногасители (сивушные масла, аминовый	0,01 0,02	
спирт, скипидар) Смесь: фосфорная кислота	1000	0,5-1,0
хромовый ангидрид	500	
Смесь: кальцинированная сода	1000-1200	10-12
хромпик	20-30	
12.2. Низкозамерзающие водные растворы гликолей, глицерина и одноатомных спиртов
Продолжение табл. 12.5
Реагенты	Количество, г/Ю л воды	Время, потребное для разрушения накипи, ч
Только для двигателей с чугунной головкой цилиндров		
Техническая соляная кислота	250-300	0,5-1,0
Каустическая сода Смесь:	700-1000	7,0-10,0
гринатрийфосфат кальцинированная сода	450 550	10-12
гринатрийфосфат	300-500	20-30
Таблица 12.6
Режим технического обслуживания двигателя в зависимости от жесткости воды
Группа жесткости воды	Общая жесткость, мг/экв/л	Рекомендации по обслуживанию
Очень мягкая Мягкая Среднежесткая Жесткая Очень жесткая	до 1,5 1,5-4,0 4,0-8,0 8,0-12,0 более 12,0	Накипи не образуется Накипи почти не образуется Не реже 2 раза в год удалять накипь Не рекомендуется применять воду без умягчения или без присадок Нельзя применять воду без умягчения
Для удаления накипи: вынимают термостат, заливают моющий состав, прогревают двигатель 10-20 мин, останавливают, сливают моющий состав, 2-3 раза промывают водой. Последнюю промывку осуществляют горячим (70-80 °C) раствором 0,5-1,0 % хромпика с целью антикоррозионной защиты.
12.2	Низкозамерзающие водные растворы гликолей, глицерина и одноатомных спиртов
Этиленгликолевые водные растворы
Гликолями называют двухатомные спирты углеводородов метанового ряда. Простейшим двухатомным спиртом этого ряда является этиленгликоль - производное этана СН,-СН,, в молекуле которого в каждой метильной группе по одному атому водорода замещены группой ОН.
Гликоли нашли самое широкое распространение в технике для приготовления низкозамерзающих охлаждающих жидкостей (ОЖ) вследствие способности двухатомных спиртов понижать температуру замерзания водных растворов.
Сравнительная характеристика физико-химических свойств гликолей, представляющих интерес для производства охлаждающих жидкостей, показан в табл. 12.7.
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
436
Таблица 12.7
Физико-химические свойства гликолей
Показатели	Этиленгликоль	Диэтиленгликоль	Триэтиленгликоль	Тетраэтиленгликоль	Пропилен-гликоль
Молекулярная масса Относительная плотность	62.07	106,12	150,17	194,20	76,09
при 20 °C	1,116	1,118	1,126	1,125	1.034
Температура кипения, °C Температура замерзания.	197,3	244,8	278,3	307,8	188,2
°C	-13	-8	-7.2	-5,6	-60
Температура начала разложения, °C Давление насыщенного	-	164	207	238	-
пара при 20 °C, Па	8,0	1,3	1.3	1,3	10,7
Вязкость при 20 °C, Па • с Теплота парообразования	20,9	35,7	47,8	39,9	56 (при 25 °C)
при температуре кипения, ккал/моль	13,64	12,50	12,55	-	-
Этиленгликоль СН2ОН-СН2ОН
Густая бесцветная жидкость без запаха, обладает сладким и жгучим вкусом (по гречески “гликоль” - сладкий), термически устойчивая, разлагается при температуре 500-520 °C, гигроскопичен.
Физико-химические характеристики чистого этиленгликоля:	
г-г	„20 Плотность относительная, р4	1,1132
Коэффициент рефракции,	1,4318
Температура плавления, °C	-11,5
Температура кипения, °C Упругость насыщенного пара при 105 °C,	197,4
мм рт. ст.	27
Коэффициент объемного рассыщения в интервале от 0 до 50 °C	0,000622
Удельная теплоемкость при 20 °C, кДж/кг • К	0,563
Температура вспышки в открытом тигле, °C	122
Скрытая теплота плавления, ккал/кг	44,76
Удельная теплота испарения, ккал/моль	13,64
Вязкость при 20 °C, Па • с	80,9
При смешении с водой выделяется тепло. Теплота образования гидрата этиленгликоля С,Н4(ОН),  2Н,О составляет 0,60 кал/моль, максимальный тепловой эффект при смешении 37 % (масс.) этиленгликоля и 63 % (масс.) воды. Этиленгликоль смешивается во всех отношениях с водой, глицерином, этиловым, метиловым и другими спиртами, с ацетоном, уксусной кислотой, фурфуролом; не смешивается с бензином, бензолом, ксилолом, толуолом, хлорбензолом, четыреххлористым углеродом, эфиром.
12.2. Низкозамерзающие водные растворы гликолей, глицерина и одноатомных спиртов
437
Этиленгликоль ядовит, обладает наркотическим действием. При попадании вовнутрь вызывает хроническое отравление с поражением жизненно важных органов (кровеносные сосуды, почки, нервная система), проникает через кожные покровы.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) этиленгликоля в воздухе рабочей зоны 5 мг/м3, третий класс опасности (ГОСТ 12.1.007-76). Горючая жидкость с температурой вспышки паров 120 °C, самовоспламенения 380 °C. Температурные пределы воспламенения паров в воздухе, °C:
нижний 112,
верхний 124.
Пределы воспламенения паров в воздухе, % (по объему):
нижний 3,8,
верхний 6,4.
Кроме производства антифризов этиленгликоль широко применяют в промышленности органического синтеза при производстве синтетических волокон, смол, растворителей, гидравлических жидкостей.
Для нужд народного хозяйства и поставки на экспорт в России производят этиленгликоль гидратацией окиси этилена двух сортов - высшего и 1-го по ГОСТ 19710-83 (табл. 12.8).
Таблица 12.8
Требования к физико-химическим показателям качества этиленгликоля по ГОСТ 19710-83
Наименование показателя	Норма для сортов	
	Высший сорт	1-ый сорт
Массовая доля этиленгликоля, %, не менее Массовая доля диэтиленгликоля, %, не более Цветность в единицах Хазена, не более: в обычном состоянии после кипячения с соляной кислотой Массовая доля железа, %, не более Массовая доля воды, %, не более Массовая доля кислот в пересчете на уксусную, %, не более Показатель преломления при 20 °C Пропускает в ультрафиолетовой области спектра, %, не менее при длинах волн, Нм: 220 275 350	99,8 0,05 5 20 0,00011 0,10 0,0006 1,4310-1,4320 75 95 100	98,5 1,00 20 не нормируется 0,0005 0,50 0,005 1,4300-1,4320 не нормируется не нормируется не нормируется
Водные растворы этиленгликоля
Зависимость температуры замерзания растворов смеси от концентрации этиленгликоля имеет сложный характер (рис. 12.1). Самую низкую температуру замерзания минус 75 °C имеет смесь, состоящая из 33,3 % воды и 66,7 % этиленгликоля. При большем и меньшем содержании этиленгликоля в смеси температура замерзания возрастает. Такая зависимость связана с механизмом гидратации этиленгликоля и составом смеси при разных температурах.
438
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
Приведенные на рис. 12.1 температуры замерзания водо-этиленгликолевой смеси относятся к смеси химически чистых веществ. Примеси других гликолей могут быть причиной небольших отклонений температуры замерзания от состава по сравнению с чистым этиленгликолем.
66,7
О 10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Содержание этиленгликоля, %
Рис. 12.1. Температура замерзания вод о-эти лен гликолевых смесей.
Водные растворы этиленгликоля при замерзании образуют рыхлую массу, объем которой по сравнению с объемом жидкости увеличивается не более 0,25 % при содержании этиленгликоля 40 % и более. Поэтому, в случае замерзания этиленгликолевые жидкости не разрушают систему охлаждения. При нагревании растворы имеют высокий коэффициент объемного расширения. Для предотвращения переполнения системы охлаждения, объем заливаемой жидкости должен составлять 92-95 % полного объема системы. В процессе эксплуатации в систему охлаждения доливают, как правило, антифриз и только в исключительных случаях - воду.
Температура кипения охлаждающей жидкости должна быть на 20-30 °C выше максимальной рабочей температуры двигателя.
Концентрацию этиленгликоля в водных растворах контролируют по коэффициенту рефракции, который характеризует состав охлаждающей жидкости и ее температуру замерзания (табл. 12.9).
Чистый этиленгликоль может быть использован для охлаждения в тех случаях, когда требуется уменьшить теплоотдачу от двигателя охлаждающей жидкости и поднять рабочую температуру до 120-130 °C. Теплоемкость водных растворов этиленгликоля возрастает при увеличении содержания воды (табл. 12.10).
12.2. Низкозамерзающие водные растворы гликолей, глицерина и одноатомных спиртов
439
Таблица 12.9
Коэффициент рефракции ( nD ) водных растворов этиленгликоля
Концентрация эилен-гликоля, % масс.	16 nD	Концентрация эилен-гликоля, % масс.	16 nD	Концентрация эилен-гликоля, % масс.	16 пв	Концентрация эилен-гликоля, % масс.	16 nD
0	1,3331	30	1,3631	55	1,3883	85	1,4189
5	1,3380	35	1,3683	60	1,3943	90	1,4239
10	1,3430	40	1,3736	65	1,3993	95	1,4281
15	1,3481	45	1,3789	70	1,4045	100	1,4329
20	1,3530	50	1,3842	75	1,4095		
25	1,3579			80	1,4143		
Чистый этиленгликоль может быть использован для охлаждения в тех случаях, когда требуется уменьшить теплоотдачу от двигателя охлаждающей жидкости и поднять рабочую температуру до 120-130 °C. Теплоемкость водных растворов этиленгликоля возрастает при увеличении содержания воды (табл. 12.10).
Таблица 12.10
Теплоемкость этиленгликоля и его водных растворов
Концентрация этиленгликоля, % масс.	Теплоемкость при		
	20,2 °C	47,2 °C	78,4 °C
100	0,5608	0,5954	0,6255
90	0,6077	0,6384	0,6757
80	0,6486	0,6852	0,7226
70	0,6936	0,7339	0,7691
50	0,7912	0,8247	0,8553
25	0,9104	0,9252	0,9422
Концентрацию этиленгликоля и температуру замерзания водных растворов контролируют по плотности (табл. 12.11) с помощью гидрометра.
Отсчет показаний шкалы осуществляют по верхнему краю мениска. Гидрометр имеет две шкалы: концентрации этиленгликоля, С в объемных % и соответствующие им температуры замерзания. Для замера температуры жидкости в нижней части гидрометра имеется термометр.
Гидрометры градуированы при 20 °C и для получения истинного содержания этиленгликоля необходимо ввести температурную поправку по формуле:
Cci = C,[l + 0,008(/~ 20)], где С - истинная концентрация этиленгликоля; С] - концентрация этиленгликоля по гидрометру при температуре замера t.
440
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
Таблица 12.11
Плотность и температура замерзания смесей технического этиленгликоля и воды
Концентрация этиленгликоля, %, объем н.	Плотность при 20 °C, г/см’	Температура замерзания, °C	Концентрация этиленгликоля, %, объемн.	Плотность при 20 °C, г/см1	Температура замерзания, °C
26,4	1,0340	-10	65,3	1,0855	-65
27,2	1,0376	-12	65,6	1,0860	-66
29,6	1,0410	-14	66,0	1,0863	-67
32,0	1,0443	-16	66,3	1,0866	-68
34,2	1,0480	-18	68,3	1,0880	-66
36,4	1,0506	-20	69,6	1,0900	-64
38,4	1,0533	-22	70,8	1,0910	-62
40,4	1,0560	-24	72,1	1,0923	-60
42,2	1,0586	-26	73,3	1,0937	-58
44,0	1,0606	-28	74,5	1,0947	-56
45,6	1,0627	-30	75,8	1,096	-54
47.0	1.0643	-32	77,0	1,0973	-52
48,2	1,0663	-34	78,4	1,0983	-50
49,6	1,0680	-36	79,6	1,0997	-48
51,0	1,0696	-38	81,2	1,1007	-46
52,6	1,0713	-40	82,5	1,1023	-44
53,6	1,0726	-42	83,9	1.1033	-42
54,6	1,0740	-44	85,4	1,1043	-40
55,6	1,0753	-46	86,9	1,1054	-38
56,8	1,0766	-48	88,4	1,0660	-36
58,0	1,0780	-50	90,0	1,1077	-30
59,1	1,0790	-52	91.5	1.1087	-36
60,2	1,0803	-54	93,0	1,1096	-34
61,2	1,0813	-56	94,4	1,1103	-32
62,2	1,0832	-58	95,0	1,1105	-28
63,1	1,0833	-60	95,5	1,1107	-27
64,0	1,0843	-62	96.4	1,1110	-24
64,8	1,0850	-64	97,0	1,1116	-22
			97,8	1,1120	-20
Водные растворы глицерина при содержании глицерина 60-70 % имеют температуру замерзания от минус 35 до минус 47 °C. Смесь из 67 % глицерина и воды образует эвтектику с температурой замерзания минус 47 °C.
Вследствие высокой температуры кипения глицерина (290 °C) при эксплуатации испаряется в первую очередь вода, которую периодически доливают. Водно-глицериновые антифризы имеют по сравнению с водно-спиртовыми смесями более высокую температуру кипения. Для получения антифриза с температурой замерзания минус 40-45 °C требуется большой расход глицерина 65-70 %, а смеси имеют высокую вязкость и вспениваются при циркуляции. Водно-глицериновые смеси применяют редко.
Водно-спиртовые жидкости приготавливают на основе одноатомных спиртов, чаще всего на этиловом, как наиболее дешевом и безвредном. При смешивании 60 %
12.2. Низкозамерзающие водные растворы гликолей, глицерина и одноатомных спиртов
441
этилового спирта и 40 % воды получают раствор с температурой замерзания минус 40 °C. Недостаток водно-спиртовых смесей состоит в низкой температуре кипения: метиловый спирт 64,5 °C, этиловый 78,5 °C, изопропиловый 82,3 °C, которые не обеспечивают рабочие температуры систем охлаждения ДВС.
Водно-спиртоглицериновые смеси частично устраняют недостатки водноспиртового и водно-глицеринового антифризов. Например, смесь 42 % этилового спирта, 15 % глицерина и 43 % воды замерзает при минус 32 °C. Такая смесь менее летуча, чем водно-спиртовая, а вязкость ее ниже, чем у водно-глицериновой жидкости.
Глицерин (от греч. glykeras - сладкий) НОСН2СНОНСН,ОН - простейший трехатомный спирт. Бесцветная вязкая жидкость, без запаха; температура плавления 17,9; температура кипения 290 °C, плотность при 15 °C 1,265 г/см3. В промышленности глицерин получают омылением животных жиров и растительных масел. Применяют в производстве антифризов, гидравлических и гидротормозных жидкостей в виде спирто-глицериновых и водно-спиртоглицериновых смесей.
В зависимости от назначения выпускают глицерин дистиллированный следующих марок:
Д-98 - динамитный; ПК-94 - для фирмаколейных целей, пищевой и косметической промышленности; Т-94 и Т-98 -технический (табл. 12.12).
Таблица 12.12
Требования к физико-химическим показателям качества глицерина дистиллированного по ГОСТ 6824-96
Показатели	Нормы для .марок			
	Д-98	ПК-94	1-94	Т-88
1	2	3	4	5
Прозрачность	Прозрачный			
Запах	Отсутствие запаха, не		Огсутствие запаха, не	
	свойственного глицерину, при		свойственного глицерину при	
	нагревании до 100 °C		температуре 15-20 °C	
Цветное число, мг J7/100 см1, не более	5	0	5	10
Относительная плотность d при 20 °C по отношению к воде этой же				
температуры, не менее Плотность р при 20 °C, г/см3.	1,2584	1,22481	1,2481	1,2322
не менее	1,255	1,244	1,244	-
Реакция глицерина, 0,1 моль/дм3 раствора НС1 или КОН, см3, не более	1.5	1,5	1,5	1,5
Массовая доля чистого глицерина, %, не менее	98	94	94	88
Массовая доля золы, %, не более Коэффициент омыления (сложные эфиры) мг КОН на 1 г глицерина,	0,14	0,01	0,02	0,25
не более	0,7	0,7	2,0	-
Хлориды	следы	ОТС.	следы	-
442
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
Продолжение табл. 12.12
1	2	3	4	5
Сернокислые соединения	следы	отс.	следы	-
Углеводы		Отсутствие		
Акролеин и др. восстанавливающие				
вещества		Отсутствие		
Белковые вещества		Отсутствие		
Железо		ОТС.	-	-
Содержание свинца, мг/кг, не более	-	5,0	-	-
Мышьяк	-	ОТС.	-	-
12.3.	Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
12.3.1.	Охлаждающие низкозамерзающие жидкости ОЖ-К, ОЖ-65, ОЖ-40 по ГОСТ 82084-89
Жидкости представляют собой водные растворы этиленгликоля по ГОСТ 18710-83 с антикоррозийными, антивспенивающими стабилизирующими и красящими добавками.
Охлаждающая жидкость ОЖ-К- концентрат этиленгликоля с массовой долей воды не более 5 %. Предназначена для приготовления рабочих охлаждающих жидкостей ОЖ-65 и ОЖ-40 путем разбавления ее водой. По горючести основного компонента (этиленгликоля) относится к группе горючих веществ. Температура вспышки паров 120 °C. Температура самовоспламенения 380 °C. Температурные пределы воспламенения паров в воздухе: нижний 112 °C, верхний 124 °C. Средства пожаротушения-пена.
Охлаждающую жидкость ОЖ-65 готовят смешением 65 % концентрата ОЖ-К и 35 % воды. Температура начала кристаллизации не выше минус 65 °C. Применяют в районах Крайнего Севера.
Охлаждающую жидкость ОЖ-40 готовят смешением 56 % концентрата ОЖ-К и 44 % воды. Температура начала кристаллизации не выше минус 40 °C. Применяют в районах с температурой окружающей среды не ниже -40 °C.
Для разбавления концентрата используют дистиллированную воду, конденсат и пресную воду общей жесткости до 6,0 моль/м3, определяемой по ГОСТ 4151.
Требования к физико-химическим показателям качества жидкостей определены ГОСТ 28084-89 (табл. 12.13). Этим же стандартом установлены методы испытаний, требования безопасности и гарантийный срок хранения.
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
443
Таблица 12.13
Требования к физико-химическим показателям качества
Наименование показателя	Норма для жидкости		
	ОЖ-К	ОЖ-65	ОЖ-40
1- Внешний вид	Прозрачная однородная окрашенная жидкость без механический примесей		
2. Плотность, г/см3	1,100-1,150	1,085-1,100	1,065-1,085
3. Температура начала кристаллизации, °C, не выше 4. Фракционные данные: температура начала	Минус 35 при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1	Минус 65	Минус 40
перегонки, °C, не ниже массовая доля жидкости, перегоняемой до достижения температуры 150 °C, %,	100	100	100
нс более 5. Коррозионное воздействие на металлы, г/м2 сут, не более: медь, латунь, сталь,	5	40	50
чугун, алюминий	о,1 при разбавлении солевым раствором в объемном соотношении 1:1	0,1	0,1
припой 6. Вспениваемость:	0,2 при разбавлении солевым раствором в объемном соотношении 1:1	0,2	0,2
объем пены, см3, не более	30 при разбавлении раствором хлористого цинка в объемном соотношении 1:1	30	30
устойчивость пены, с, не более 7. Набухание резин, %,	5 при разбавлении раствором хлористого цинка в объемном соотношении 1:1	3	3
не более	5 при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1	5	5
8. Водородный показатель (pl 1)	7,5-11,0 при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1	7,5-11,0	7,5-11,0
9. Щелочность, см3, не менее	10	10	10
10. Устойчивость в жесткой воде	Расслоение и выпадение осадка не допускается	Не определяется	
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
444
Требования безопасности определяются токсическими свойствами этиленгликоля.
Предельно допустимая конпентрапия (ПДК) этиленгликоля в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м3. Этиленгликоль относится к веществам умеренно опасным -3-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007. Кумулятивными свойствами не обладает.
Наибольшую опасность для человека жидкости представляют при попадании вовнутрь через желудочно-кишечный тракт.
Охлаждающие жидкости ОЖ-65 и ОЖ-40 пожаровзрывобезопасны.
Гарантийный срок хранения с момента изготовления - не менее 5 лет.
Порядок применения жидкости устанавливают в инструкциях по эксплуатации конкретного вида техники. Жидкость предназначена для двигателей внутреннего сгорания и теплообменных аппаратов, работающих при низких и умеренных температурах.
12.3.2.	Антифриз “Тосол-AM” и автожидкости охлаждающие “Тосол-А40М”, “Тосол-А65М” по ТУ 6-57-95-96
Жидкости предназначены для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также в качестве рабочих жидкостей для теплообменных аппаратах, эксплуатируемых при низких и умеренных температурах.
“Тосол-AM” представляет собой концентрированный этиленгликоль, содержащий антикоррозионные и антипенные присадки.
“Тосол-А40М”, “Тосол-А65М”-водные растворы “Тосола-AM” с добавлением красителей. Для их получения необходимо “Тосол-AM" (концентрат) разбавить дистиллированной водой или паровым конденсатом, как указано в табл. 12.14, с добавлением красителя органического кислотного голубого антрахинонового по ТУ 6-14-837-84 для “Тосола-А40М” и красителя бордо-С по ТУ 6-36-5763445-759-89 для “Тосола-А65М”.
Таблица 12.14
Объемные доли, %		Температура начала кристаллизации, °C, не выше
“Тосол-АМ”	Вода или паровой конденсат	
65	35	Минус 65
56	44	Минус 40
“Тосол-А40М” применяют для охлаждения системы автомобилей при температуре окружающего воздуха до минус 40 °C, “Тосол-А65М” - до минус 65 °C.
Срок эксплуатации 3 года.
В розничной торговле жидкости обозначают:
“Автожидкость охлаждающая “Тосол-А40М”, ТУ 6-57-95-96”;
“Автожидкость охлаждающая “Тосол-А65М”, ТУ 6-57-95-96”.
Показатели качества жидкостей должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в табл. 12.15.
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
445
Таблица 12.15
Требования к физико-химическим показателям качества антифриза “Тосол-AM” и автожидкостей на его основе
Наименование показателя	Нормы		
	“Тосол-АМ”	“Тосол-А40М”	“Тосол-А65М”
1	2	3	4
1. Внешний вид 2. Плотность при	Однородная подвижная жидкость голубого цвета без механических примесей	Однородная прозрачная жидкость голубого цвета без механических примесей	Однородная прозрачная жидкость красноватого цвета без хМеханических примесей
температуре 20 °C, г/см’ 3- Температура начала кристаллизации, °C,	1,120-1,140	1,078-1,085	1,085-1,100
не выше 4. Температура кипения при давлении 101,3 кПа (760 мм рт.ст.), °C,	минус 35 (при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1)	минус 40	минус 65
не ниже 5. Массовая доля воды,	170	108	ПО
%, не более 6. Щелочность, см3,			-
не менее 7. Вспениваемость. Объем пены через	10	10	10
5 мин, см’, не более Время исчезновения	50 (при разбавлении раствором хлористого цинка в объемном соотношении 1:1)	30	30
пены, с, не более	5 (при разбавлении раствором хлористого цинка в объемном соотношении 1:1)		3
8. Показатель активности водородных ионов при температуре 20 °C, (pH) в пределах 9. Коррозионное воздействие на металлы, мг медь Ml (ГОСТ 859-78),	7,5-8,5 (при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1)	7,5-8,5	7,5-8,5
не более латунь Л68 или Л63 (ГОСТ 2208, ГОСТ 931),	8,0	8,0	8,0
не более	8,0	8,0	8,0
446
Гпава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
Продолжение табл. 12.15
1	2	3	4
припой ПОС35 (ТУ 48-13-10-84), не более алюминий АК6М2	12,0	12.0	12,0
(ГОСТ 1583), не более чугун марки GH-190 по нормали ФИАТ ВАЗ 52205 или GH-25,	19,0	19,0	19,0
не более	9,0	9,0	9,0
10. Набухание резин при	(при разбавлении		
температуре 100 °C	дистиллированной водой		
в течение 72 час	в объемном соотношении		
Изменение объема, %:	1:1)		
стандартные образцы резины марки 7-57-5006 ТУ 38.105.250 код ТРП-100-60. не более	5	5	5
стандартные образны резины марки 57-7011 ТУ 38.105.262 код ТРП-100-60, не более	5	5	5
11. Стойкость в жесткой	Отсутствие расслоения		
воде	или осадка	-	
Примечания:
1.	Допускается определение показателя “Вспенивание” производить по методике ASTM-D-1881 с арбитражной проверкой по методике, заложенной в технических условиях.
2.	Показатели: 9 “Коррозионное воздействие на металлы” и 10 “Набужание резин” гарантируются технологией производства.
3.	При приготовлении “Тосола-AM”, “Тосола-А40М” добавляют краситель органический кислотный голубой антрахиноновый по ТУ 6-14-837-84 или краситель органический кислотный ярко-синий антрахиноновый по ТУ 6-14-986-84. При приготовлении “Тосола-А65М” добавляют краситель бордо-С по ТУ 6-36-5763445-759-89.
Требования безопасности определяются токсическими и пожароопасными свойствами этиленгликоля.
“Тосол-АМ” - горючая жидкость.
Температура вспышки, °C:
закрытый тигель	86
открытый тигель	112
Температура воспламенения, °C	112
Температура самовоспламенения, °C 491
“Тосол-А40М” и “Тосол-А65М” огневзрывобезопасны.
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
447
12.3.3.	Антифризы “Тосол А-40М”, “Тосол А-65М” и концентрат Тосола 90 % по ТУ 2422-183-45076124-98
Антифризы используются в качестве охлаждающей жидкости для двигателей внутреннего сгорания и в качестве рабочей жидкости в теплообменных аппаратах, эксплуатируемых при низких температурах.
Характеристики качества “Тосола АЛОМ” идентичны характеристикам “Тосола-А40М”, а “Тосола А-65М” “Тосолу-А65М”. Качество концентратов различается (табл. 12.16).
Таблица 12.16
Сравнительная характеристика качества концентратов Тосола ДМ
Наименование показателя	“Тосол-АМ”	Концентрат Тосола 90 %
	ТУ 6-57-95-96	ТУ 2422-183-45076124-98
Плотность при 20 °C, г/см3 Массовая доля воды, %, не более Вспениваемость*: объем пены через 5 .мин, см1, не более время исчезновения пены, с, не более Стойкость в жесткой воде	1,120-1,140 3 50 5 отсутствие расслоения или осадка	1,112-1,116 30 3
* При разбавлении раствором хлористого цинка в объемном соотношении 1:1.
Плотность Тосола 90 % меньше по сравнению с “Тосолом-AM”. Массовая доля воды больше, повышенная склонность к ценообразованию.
Модернизированные антифризы типа “Тосол-AM” создавались с целью увеличения срока службы. Установлено, что с увеличением срока эксплуатации жидкости, особенно при повышенной рабочей температуре, качество антифриза ухудшается. В южных районах при восполнении уровеня жидкости в системе охлаждения водой. Через 2-3 года эксплуатации на сильно разбавленном антифризе появляются коррозионные очаги в системе охлаждения. 3-х летний срок службы Тосола АЛОМ гарантирован только при поддержании в течение этого времени плотности антифриза - не менее 1,075 г/см3. При снижении плотности ниже 1,082 необходимо добавлять концентраты “Тосол-AM” в соответствии с табл. 12.17. Добавление 1 л концентрата увеличивает срок службы антифриза примерно на год.
Для увеличения срока службы антифриза добавляют специальное средство “Отэра” (ТУ 6-15-07112-85) в количестве 1 л на одну заправку двигателя. Это следует делать только в том случае, если антифриз после 3 лет службы имеет нормальную плотность, не содержит загрязнений и система охлаждения находится в исправном состоянии. Препарат“Отэра” - водогликолевый концентрате композициейэффектив-
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
448
ных ингибиторов и пеногасителя. Он восстанавливает эксплуатационные свойства
антифриза и увеличивает срок службы, по крайней мере, на год.
Таблица 12.17
Восстановление оптимальной плотности антифриза Тосол-А40М концентратом
Плотность антифриза при 20 °C, г/см’	Массовая доля Тосола, %	Количество добавляемого Тосола на заправку двигателя, л
1,054	35	3.30
1.055	36	3,12
1,057	37	3,00
1,059	38	2,90
1,060	39	2,79
1,061	40	2.66
1.062	41	2,54
ё,064	42	2,41
ё,065	43	2,28
1,067	44	2,15
1,068	45	2.00
1.071	47	1,70
1,074	49	1,40
1,076	51	1,00
1,078	53	0,64
1,081	55	0.25
1,082	56	0
12.3.4.	Жидкость охлаждающая ОЖ по ТУ 6-01-7-136-80
Предназначена для двигателей внутреннего сгорания автомобильной и бронетанковой техники.
Представляет собой водный раствор этиленгликоля с антипенной и антикоррозионными присадками.
В зависимости от назначения выпускают пять марок охлаждающей жидкости (табл. 12.18): “ОЖ-К”, “ОЖ-65”, “ОЖ-65рк”, “ОЖ-40”, “ОЖ-40рк”. ОЖ-40 и ОЖ-65 -основной сорт для техники народного хозяйства; ОЖ-40рк и ОЖ-65рк выпускают только по требованию заказчика.
Марки “ОЖ-К”- концентрированный этиленгликоль, содержащий антипенную и антикоррозионные присадки. Предназначен для приготовления охлаждающей жидкости “ОЖ-65” и “ОЖ-40”.
Марка “ОЖ-65”-водный раствор концентрата “ОЖ-К”, содержащий 65 % об. Концентрата и 35 % воды. Предназначен для районов Крайнего Севера.
Марка “ОЖ-65рк” - охлаждающая рабоче-консервационная жидкость. Представляет собой жидкость “ОЖ-65” с добавкой антикоррозионной присадки РК (0,5 % масс.), предназначается для районов Крайнего Севера.
Марка “ОЖ-40” - водный раствор концентрата “ОЖ-К” (53 % об.) и 47 % об. воды. Предназначен для всех климатических зон, кроме районов Крайнего Севера.
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
449
Таблица 12.18
Требования к физико-химическим показателям качества охлаждающей жидкости по ТУ 6-01-7-136-80
Показатели	Нормы				
	ОЖ-К	ОЖ-65	ОЖ65рк	ОЖ-40	ОЖ-40рк
Внешний вид	Зеленая жид	кость без осадка и меха Допускается опалеси		нических примесей, енция	
Плотность при 20 °C, г/см’ Температура начала кипения, °C,	1,120-1,150	1,085	-1,150	1,075	-1,085
не выше Температура начала кристаллизации, °C, не выше Величина pH при температуре 20 °C,	170	115 -65		108 -40	
в пределах Вспениваемость; объем пены при 88 ?С, через 5 мин,	8,5-9,2	8,5-9,2		8,5-9,2	
см\ не более	50	50		50	
время исчезновения пены, с, не более Коррозионное воздействие на металлы, г/м2 • сутки, не более	3				
Медь М-1	10	10	7	10	7
Латунь	7	7	7	7	7
Припой, ПОС-35 или ПОС 40-2	12	12	12	12	12
Алюминий АК-6М2	7	7	7	7	7
Чугун 6-Н 190 Сталь	10 10	10 10	10	10	10
Щелочность, см’, не менее	10	10	10	10	10
Устойчивость в жесткой воде	Отсутствие расслоения осадка		-	-	-
Марка “ОЖ-40рк” - охлаждающая рабоче-консервационная жидкость. Представляет собой жидкость “ОЖ-40” с добавкой антикоррозионной присадки РК (табл. 12.19)0,5 % масс. Предназначена для всех климатических зон, кроме районов Крайнего Севера.
Таблица 12.19
Состав рабоче-консервационной охлаждающей жидкости ОЖ-40рк. ТУ 6-01-7-136-80
Наименование концентрата	Норма
Этиленгликоль	53,794
Нитрат натрия (азотнокислый натрий)	0,173
Бенз-триазол	0,1
Бура (натрий тетраборнокислый)	0,626
Бензойная кислота	0,898
Гидрат окиси натрия	0,401
Калий азотнокислый	0,044
Натрий кремнекислый мета 9 водный	0,056
Флуоресцеин - натрий (уранил)	0,002
ПМС-200А	0,003
Паровой конденсат (дистиллированная вода)	43,90
450
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
12.3.5.	Жидкости охлаждающие низкозамерзающие типа “Тосол-С” по ТУ 6-15-1708-92
Предназначены для охлаждения двигателей внутреннего сгорания автотракторной техники. По ТУ выпускают концентрат и две марки низкозамерзающих жидкостей.
Концентрат ОЖ-К “Тосол” представляет собой этиленгликоль, содержащий антикоррозионные, антивспениваюшие. стабилизирующие присадки и красящие добавки.
Жидкости ОЖ-40 “Тосол-С” и ОЖ-65 “Тосол-С” получают разбавлением концентрата ОЖ-К “Тосол” водой до требуемой температуры начала кристаллизации (табл. 12.20).
Таблица 12.20 Требования к физико-химическим показателям качества жидкостей
типа Тосол-С по ТУ 6-15-1708-92
Показатели	Нормы		
	ОЖ-К “Тосол-С"	ОЖ-40 “Тосол-С”	ОЖ-65 “Тосол-С”
Внешний вид	Однородная подвижная прозрачная жидкость от ярко-голубого		
	до темно-серого цвета без механических примесей		
Плотность при 20 °C, г,'см’	1.920-1,140	1.078-1.085	1,085-1,100
Температура начала кристаллизации. °C. не выше	-35	-40	-65
Величина pH при температуре 20 °C, в пределах	7,5-9,5	7.5-9,5	7,5-9.5
Вспениваем ость: объем пены при 88 °C через 5 мин, см’, не более	30	30	30
время исчезновения пены, с, нс более	5	3	3
Массовая доля воды	3	-	-
Коррозионное воздействие на металлы, г/м2 • сутки, не более: Медь	0.1	0,1	о,1
Латунь JI-68	0.1	0,1	0,1
Припой ПОС-35 или ПОС 40-2	0,2	0.2	0,2
Алюминий АК-6М2	0.1	0,1	0.1
Чугун 6-Р 190	0.1	0,1	0,1
Сталь	10,0	10,0	10,0
Устойчивость в жесткой воде	Отсутствие расслоения осадка		
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
12.3.6.	Жидкости охлаждающие низкозамерзающие ОЖ-К “Лена”, ОЖ-40 “Лена”, ОЖ-65 “Лена” по ТУ 113-07-02-88
Жидкости предназначены для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и для использования в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах и системах терморегулирования.
Жидкость ОЖ-К “Лена” является концентратом, содержащим этиленгликоль, воду, антикоррозионные, антипенные присадки и красящие добавки. Предназначена для приготовления рабочих охлаждающих жидкостей на месте использования путем разбавления водой.
Жидкости ОЖ-40 “Лена”и ОЖ-65 “Лена”-рабочие жидкости, которые готовят разбавлением концентрата водопроводной, дистиллированной воды или конденсатом в следующих соотношениях в зависимости от требуемой температуры кристаллизации:
Объемная доля, %		Температура кристаллизации, °C, не выше
ОЖ-К “Лена”	Вода	
65	35	Минус 65
56	44	Минус 40
40	60	Минус 25
Охлаждающие жидкости ‘'Лена” применяют как аналоги антифризов по ГОСТ 28084-89, взамен “Тосол-А”, “Тосол-А40”, “Тосол-А65”. Требования к качеству охлаждающих жидкостей ‘‘Лена” показаны в табл. 12.21. Срок эксплуатации - 5 лет.
Таблица 12.21
Требования к физико-химическим показателям качества охлаждающих низкозамерзающих жидкостей “Лена”
Наименование показателей	Нормы		
	ОЖ-К “Лена”	ОЖ-40 ‘'Лена"	ОЖ-65 “Лена”
1	2	3	4
1. Внешний вид	Прозрачная однородная жидкость желто		-зеленого цвета без
	механических примесей		
2. Плотность при 20 °C, г/см3, в пределах	1,120-1,150	1,075-1,085	1,085-1,100
3. Фракционные данные: температура начала перегонки, °C, не ниже	100	100	100
массовая доля фракции при перегонке до 150 °C, °. о, не более	5	50	38
4. Щелочность, см’, не менее	10,0	10,0	10,0
5. Температура начала	мину с 35 при	минус 40	минус 65
кристаллизации, °C, не более 6. Показатель концентрации ионов водорода (pH) при 20 °C. в пределах	разбавлении 1:1 дистиллированной водой 8,2-10,5	8,2-10,5	8,2-10,5
452
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
Продолжение табл. 12.21
1	2	3	4
7. Вспениваемость:			
объем пены, см\ не более	30	30	30
время исчезновения пены (устойчивость пены), с, не более 8. Коррозионное воздействие на	5	3	3
металлы, г/м2 • сутки, не более:			
медь, латунь, сталь, чугун,			
алюминий;	0,1	0,1	0,1
припой 9. Набухание резины. %, не более	0,2	0,2	0,2
стационарные образцы резины	5 выдерживает	5 выдерживает	5 выдерживает
УИМ-1 по ГОСТ 9-030-74	испытание	испытание	испытание
Примечание: марки резины могут быть изменены по требованию потребителя; показатели 8 и 9 определяют один раз в квартал.
Зарубежные охлаждающие низкозамерзающие жидкости
12.3.7.	Британская охлаждающая жидкость по стандарту BS 6580 1992
Стандарт определяет рабочие характеристики и требования к ним для концентрированных охлаждающих жидкостей (КОЖ) и водных ее растворов (ОЖ), предназначенных для использования во всех типах жидкостных систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания.
Стандарт определяет охлаждающую жидкость ОЖ, которая циркулирует через систему охлаждения ДВС, как водный раствор концентрата КОЖ. Требования к охлаждающей жидкости разработаны с учетом защиты системы охлаждения двигателя от коррозии и повреждения во всех условиях эксплуатации.
Стандарт применим к продуктам на базе этиленгликоля, пропиленгликоля, а также продуктам, содержащие другие диолы типа дигол (2,2-оксидиэтанол).
Рабочие характеристики и требования
Состав. Продукт должен состоять из диолов типа этиленгликоля и/или пропиленгликоля вместе с антикоррозионными присадками. Могут быть включены функциональные добавки, используемые в иных целях, чем понижение точки замерзания.
Точка кипения неразбавленного продукта должна быть ниже 150 °C, по методу BS 5117/ Раздел 1.2: 1989.
Точка замерзания раствора продукта в воде 50 % об./об., соответствующего сорту 3 по BS 3978: 1987 должна быть не выше минус 33 °C по методу BS 5117. Раздел 1.3: 1985.
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
Ценообразование раствора продукта в воде 331/з % (об./об.) соответствующего сорту 3 BS 3978: 1987, должно быть таким, чтобы объем образующейся пены был не более 50 мл и время разрушения было не более 5 с по методу BS 5117. Раздел 1.5: 1992.
Устойчивость в жесткой воде, выраженная как объем полученного осадка, не должна превышать 0,5 см3 по методу BS 5117. Раздел 1.5: 1992.
Коррозионные испытания в стеклянном тигле. Ингибирующие свойства продукта определяют методами холодного и горячего взаимодействия по BS 5117. Раздел 2.2: 1985. Среднее значение массовой потери металлов трех испытаний не должно превышать значений, указанных в табл. 12.22. Не допускается точечная коррозия контрольных образцов, допускается разъедание металла в зазорах распорных деталей.
Таблица 12.22
Максимальные потерн металла при оценке ингибирующих свойств
Металлы	Массовые потери, мг	
	Горячее взаимодействие	Холодное взаимодействие
Медь	10	10
Припой	15	15
Латунь	10	10
Сталь	10	10
Чугун	10	10
Алюминиевый сплав	15	15
Скорость коррозии алюминиевого сплава в условиях теплопередачи не должна превышать 1,0 мг/см2/неделя по методу BS 5117. Раздел 2.6: 1992.
Маркировка. Емкость, в которой поставляется продукт, должна включать следующую информацию:
•	имя и адрес зарегистрированной торговой марки изготовителя или поставщика;
•	название: концентрат охлаждающей жидкости для двигателя соответствует требованиям BS 6580: 1992;
•	простые инструкции для подготовки ОЖ, вводу ее в систему охлаждения двигателя во избежание нежелательных изменений в композиции ОЖ, и рекомендуемый срок годности;
•	необходимость консультирования с производителем транспортного средства в случае сомнения относительно пригодности продукта для конкретного двигателя;
•	двойная функция продукта: защита от замерзания и замедление коррозии;
•	уровень защиты от замерзания, рекомендуемый изготовителем концентрации;
•	нежелательность попадания в КОЖ ржавчины, грибов и других несовместимых веществ;
•	необходимость немедленного мытья окрашенной поверхности при попадании на нее КОЖ.
29 Заказ № 2029
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
454
12.3.8.	Американская охлаждающая жидкость на базе этиленгликоля для автомобильных двигателей и легкой техники по стандарту D 3306-94
Стандарт содержит требования к ОЖ при концентрации этиленгликоля от 30 до 70 % в воде, эффективно действующих летом и зимой. Продукт предназначен для защиты против замерзания, выкипания и коррозии в системах охлаждения автомобилей и легкой техники (для тяжелых двигателей спецификация D 4985).
Общие требования. Жидкость состоит из этиленгликоля, воды, антикоррозионных присадок и добавок для подавления пенообразования. Количество воды должно быть в достаточном количестве, чтобы разбавить присадки и обеспечить возможность разлива упакованного продукта при температуре минус 18 °C. Другие гликоли типа пропилена и диэтилена могут быть включены в концентрации не более 15 %, если химические и физические свойства, указанные в табл. 12.23, удовлетворены. Охлаждающие жидкости на базе этиленгликоля должны удовлетворять эксплуатационным требованиям, изложенным в табл. 12.24.
Таблица 12.23
Физические и химические требования
Свойства	Значения	Метод испытания ASTM
Удельный вес при 15,5 °C (60/60 °F), г/см’	1,110-1.145	D 1122
Точка застывания (замерзания) 50 % (об.) раствора этиленгликоля в дистиллированной воде, °C, не выше	-37	D 1177
Точка кипения*, °C (°F) 50 % (об.) в дистиллированной воде, min	163 (325 °F)	D 1120
Влияние на автомобильную краску	не влияет	D 1882
Зольность, % масс., не более	5	D 1119
Водородный показатель pH 50 % (об.) в дистиллированной воде	от 7,5 до 11,0	D 1287
Содержание хлоридов, ppm (частей на миллион), не более	25	D 3634
Содержание воды, % масс., не более	5	D 1123
Щелочность*’, мл 0.1 НС1	Л*	D 1121
* некоторый осадок может наблюдаться в конце испытаний, который не является браковочным признаком.
** значения согласовываются между поставщиком и заказчиком.
При приготовлении растворов ОЖ используется питьевая или сточная вода с низким содержанием минералов. В противном случае рекомендуется использовать деминерализованную или дистиллированную воду. Это избавит ОЖ от попадания минеральных компонентов, таких, как хлориды и сульфаты, которые увеличивают скорость коррозии алюминия и железа.
Жидкость не должна оказывать неблагоприятного влияния на неметаллы.
Цвет жидкости - обычно зеленый или сине-зеленый.
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
Таблица 12.24
Эксплуатационные требования
Свойства	Значения	Метод испытания ASTM
Коррозия в стеклянном сосуде: потери массы на образец, мг/образец, не более Медь Припой Латунь Сталь Чугун Алюминий	10 30 10 10 10 30	D 1384
Моделируемое эксплуатационное испытание: потери массы, мг/образец, не более Медь Припой Латунь Сталь Чугун Алюминий	20 60 20 20 20 60	D2570
Коррозия алюминиевых сплавов в условиях теплопередачи, мг/с.м2/неделю, не более	1,0	D4340
Пенообразование объем пены, мл, не более время разрушения пены, с, не более	150 5	D 1881
Эрозия при кавитации, не более наличие точечной коррозии или эрозии водяного насоса	8	D2809
В приложении к стандарту даны:
•	требования к воде, применяемой для приготовления ОЖ (табл. 12.25);
•	порядок обслуживания системы охлаждения;
•	меры безопасности;
•	подготовка смеси ОЖ и воды перед добавлением в систему охлаждения.
Таблица 12.25
Предлагаемые ограничения по качеству воды
Показатели	Значения	Метод испытания ASTM
Общее содержание твердых частиц, ppm (гран’/ галлон), не более	340 (20)	D 1888
Общая жесткость воды, ppm (гран/галлон), не более	170(10)	D 1126
Содержание хлор-ионов, ppm (гран/галлон), не более	40 (2,4)	D512, D43
Содержание сульфатов, ppm (гран/галлон), не более	100 (5,9)	D516, D43
Показатель концентрации ионов водорода, pH	5,5-9,0	D 1293
' 1 гран = 0,0648 грамма.
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
456
12.3.9.	Французская охлаждающая жидкость HF по стандарту R 15601-1991
Стандарт включает требования к физико-химическим и эксплуатационным свойствам низкозастывающих охлаждающих жидкостей на основе водных растворов гликолей для систем охлаждения транспортных дорожных средств (табл. 12.26).
Таблица 12.26
Требования к физико-химическим и эксплуатационным свойствам охлаждающих жидкостей
Свойства	Единицы измерения	Требования			Методы испытания
		Тип 1	Тип 2	Тип 3	
1	2	3	4	5	6
1. Температура застывания, не выше	°C	-15"’	-18	-35	NFT 78-102
2. Запас щелочности, не менее’2’	МЛ	10			NFT 78-101
3. Показатель водородных ионов pH	pH	7,0 < pH < 8,5			XFT 78-103
4. Содержание воды	% масс.	<5	Не нормируется		NFT 28-104
5. Совместимость с эластомерами (RE3, NBR RE4 LSI) изменение единиц твердости изменение сопротивления на разрыв изменение длины изменение объема	DIDC % % %	(41	Не нормируется -10< <+1 -15 max -20 max -1 < < + 10		NFT 46-013
6. Температура вспышки в закрытом тигле	°C	> 100			NFT 07-019
7. Плотность, р	кг/м3	1050 <р < 1150	1030<р < 1060	1040 <р < 1080	NFT 15-602-1
8. Коэффициент рефракции, п		1,430 < 77 < 1,4400	1,3600 <п < 1,3900	1,3800 < п < 1,4000	NFR 15-602-2
9. Зольность	%	<3	< 1	< 1,5	NFR 15-602-3
10. Температура кипения	°C	> 155	> 102	> 105	NF R 15-602-4
11. Ценообразование:  объем пены при 25 °C и 88 °C • время разрушения пены	мл с	В стадии разработки В стадии разработки			NF R 15-602-5
12. Совместимость с водой, определенной жесткости	1ё	0	Не нормируется		NF R 15-602-6
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
457
Продолжение табл. 12.26
1	2	3	4	5		б
13. Коррозия металлов в стеклянном сосуде151	мг/образец	Образцы Медь Припой Латунь Сталь Чугун Сплав алюминия	Изменение массы -5 < <+5 -5< <+5 -5 < < +5 -2,5 < <+2,5 -4 < <+4 -10< <+20	NFR 15-602-7
14. Скорость коррозии на пластинке при нагревании	мг/см2/в неделю	-1 < <+1		NFR 15-601-8
15. Сопротивление поляризации	Ом • см2	> 106		NFR 15-602-9
Примечания:
В 33 % водном растворе концентрата по объему согласно норм NF Т 78-100.
121 При нейтрализации 10 см5 ОЖ 0,1 М раствором HCI в процессе потенциометрического титрования.
Свойства эластомеров приведены в приложении оригинала стандарта.
141 В 50 % водном растворе концентрата по объему согласно норм NF N 78-100.
<5) Все выполненные результаты коррозионных испытаний металлов должны быть приведены в отчете.
Стандарт устанавливает три типа охлаждающих низкозамерзающих жидкостей с температурами застывания не выше:
-	15 °C (тип 1, концентрат ОЖ);
-	18 °C (тип 2);
-	35 °C (тип 3).
Стандарт содержит общие рекомендации по применению ОЖ, токсичности, маркировке и методам испытаний.
12.3.10.	Другие охлаждающие жидкости
•	Концентрат Mannol Antifreeze (SCT, Германия) на этиленгликолевой основе. Предназначен для приготовления ОЖ путем смешения с водой в пропорциях не менее 40 и не более 70 % концентрата в зависимости от температуры окружающего воздуха. Жидкости могут быть использованы в любых системах охлаждения и предохраняют их от замерзания до температуры минус 75 °C.
•	Антифриз Kuhlerfrostschutz (JB GERMAN Oil, Германия) на основе моноэти-ленгпиколя. Предназначен для круглогодичного применения в бензиновых и дизельных двигателях легковых и грузовых автомобилей. Жидкость не содержит нитритов, аминов и фосфатов.
Температура замерзания ОЖ изменяется от -12 до -38 °C при изменении содержания концентрации в водных растворах от 25 до 50 % по объему. Концентрация
458
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
25 % является минимальной, так как при меньшем количестве препарата не обеспечивается защита системы охлаждения от коррозии. Оптимальное соотношение концентрата и воды 1:1. Антифриз имеет одобрения: SAE J-1034 (USA), ASTM D-3306, NE R 15-601 (France), ONORM V5123 (Austria), BMW, MB 325.2, Opel.
•	Антифриз Texaco Havoline Extended Life Antifreeze/Coolant (Texaco, Havoline, США). При разбавлении водой образует низкозамерзающую жидкость с температурой замерзания в зависимости от соотношения:
Состав, % объемный:						
Антифриза	35	40	45	50	60	70
Температура воды, °C	65	60	55	50	40	30
Температура замерзания, °C	-22	-27	-34	-40	-50	-69
Свойства
•	Температура кипения антифриза в открытой системе охлаждения 108 °C, в закрытой системе 129 °C.
•	Не склонен к превращению в гель и не образует абразивных частиц в системе охлаждения.
•	Обеспечивает долголетнюю противокоррозионную защиту всех конструкционных материалов системы охлаждения.
•	Гарантийный срок эксплуатации без замены состава - в течение 5 лет или 250 тыс. км пробега автомобиля.
Состав антифриза одобрен и рекомендован производителями автомобилей Caterpilbar, Chrysler, Ford, General Motors, MAN, BMW, Mercedes Benz 325.3, Mack, Renault Yl-01-001 и др.
12.3.11.	Изменение и восстановление качества этиленгликолевых охлаждающих жидкостей
Изменение качества жидкостей происходит в результате загрязнения механическими примесями, пылью, продуктами коррозии, солями накипи, нефтепродуктами и др. Изменяется цвет, содержание присадок, концентрация этиленгликоля и воды.
Содержание антикоррозионных присадок уменьшается в результате взаимодействия динатрийфосфата и солей накипи - карбонатов кальция и магния, которые выпадают в осадок и выводят присадку из жидкости. Дикстрин расходуется на образование защитной пленки на поверхности металлов системы охлаждения. Продукты коррозии металлов также взаимодействуют с динатрийфосфатом, образуя нерастворимые фосфаты.
12.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости на гликолевой основе
Концентрация этиленгликоля в охлаждающей жидкости при правильной эксплуатации должна находиться в пределах нормы или незначительно превышать ее вследствие испарения воды. Однако во многих случаях содержание этиленгликоля в рабочей жидкости оказывается пониженным. Это объясняется тем, что для восполнения потерь жидкости доливают в систему охлаждения воду при непрогретом двигателе до уровня горловины радиатора, не учитывая значительное объемное расширение жидкости. Когда жидкость прогревается в системе охлаждения до рабочей температуры, объем ее увеличивается и избыток выльется наружу через сливную трубку. При частых доливах обводнение охлаждающей жидкости может оказаться весьма значительным. Обводнение жидкости усиливается при восполнении потерь жидкости водой, а не концентратом этиленгликоля.
Большое влияние на качество охлаждающей жидкости оказываег содержание в ней хлористых соединений. Ионы хлора вызывают коррозию деталей системы охлаждения, особенно изготовленных из цветных металлов. Содержание в охлаждающих жидкостях хлоридов в пересчете на хлор-ионы не допускается более 0,007 г на 1 л. Это количество соответствует предельному количеству хлора, вносимого в жидкость примесями этиленгликоля и динатрийфосфата. В случае доливки воды в систему охлаждения из водопровода или других источников возможно резкое увеличение ионов хлора, так как в воде некоторых источников может находиться до 200 мг и более на 1 л хлористых солей натрия, магния и других металлов. В .хлорированной водопроводной воде может содержаться до 100 мг хлора на 1 л. Частые доливки системы охлаждения такой водой повышают содержание хлоридов, что увеличивает коррозионную активность охлаждающей жидкости.
Восстановление качества осуществляют после массового сбора отработанной жидкости при переводе техники с осенне-зимней на весенне-летнюю эксплуатацию.
Восстановление отработанных жидкостей в зависимости от качества, технической возможности и целесообразности можно осуществить по двум схемам:
• отстой - фильтрование - исправление состава;
» восстановление перегонкой.
По первой схеме качество восстанавливают по содержанию вредных примесей, удаляемых отстаиванием и фильтрованием, а состав - смешением недостающих компонентов и доведением их до нормы (рис. 12.2). Жидкость собирают в емкость, где она освобождается от большей части механических примесей, осаждаемых на дне отстойника, и нефтепродуктов, поднимающихся на поверхность жидкости. Время отстоя без подогрева 10-15 суток и 3-5 суток при подогреве жидкости до 80-90 °C в течение 3-4 час. Нефтепродукты с верхнего слоя отработанной жидкости удаляют при помощи воронки вытеснением. При этом необходимо, чтобы носок воронки не погружался в отработанную жидкость в емкости, а только касался ее поверхности.
Для окончательной очистки жидкости применяют фильтры из фильтровального картона, полотна - бельдинг, фетра, шелка и др.
После фильтрования определяют концентрацию этиленгликоля в жидкости при помощи гидрометра и доводят ее состав до требуемой нормы добавлением концентрированного этиленгликоля или воды. Недостающее количество присадок добавляют
460
Глава 12. Состав, свойства и требования к качеству охлаждающих жидкостей
Рис. 12.2. Схема установки для восстановления отработанной охлаждающей жидкости по схеме “отстой - фильтрование — исправление состава”.
1 - отстойник; 2 - паровой змеевик; 3 - пробоотборник: 4 - насос; 5 - фильтр;
6 - труба для перемешивания перекачиванием: 7 - смеситель; 8 - насос;
9 - емкость для этиленгликоля.
путем приготовления концентрата и растворения его в жидкости при подогреве до 70-80 °C перемешиванием.
Вторая схема восстановления наиболее эффективна (рис. 12.3).
Рис. 12.3. Схема установки для восстановления отработанных охлаждающих жидкостей перегонкой.
1 - отстойник; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - перегонный куб: 5 - промежуточный сборник; 6 - змеевик; 7 - холодильник; 8 - сборник; 9 - люк для удаления осадка.
В процессе перегонки из отработанной жидкости отгоняются вода и этиленгликоль. Соли, механические примеси, присадки, хлориды остаются в кубе, образуя осадок, который периодически удаляют через люк. Конденсат в сборнике представляет собой чистый, почти бесцветный прозрачный раствор этиленгликоля. Перегонку начинают при температуре 100-110 °C. В процессе перегонки концентрация этиленгликоля в охлаждающей жидкости, находящейся в кубе, постепенно повышается, а температура поднимается до 180-200 °C. В перегонный куб периодически подкачивают подогретую охлаждающую жидкость из промежуточного сборника. В перегнанный раствор этиленгликоля, после оценки качества, добавляют недостающие компоненты и антикоррозионные присадки.
13.1. Комплекс методов квалификационной оценки жидкостей охлаждающих низкозамерзающих
ГЛАВА 13.
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ОХЛАЖДАЮЩИХ НИЗКОЗАМЕРЗАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
13.1.	Комплекс методов квалификационной оценки жидкостей охлаждающих низкозамерзающих и жидкостей на водной основе
Применяют в дополнение к методам, предусмотренным нормативной (технической) документацией в следующих случаях:
1.	При лабораторно-стендовых испытаниях опытных образцов вновь разрабатываемых жидкостей.
2.	При квалификационных испытаниях опытных образцов модернизированных товарных жидкостей, изготовленных с вовлечением нового сырья, изменением компонентного состава или принятой технологии производства, и при передаче производства другому заводу.
3.	При перерыве в производстве товарных жидкостей сроком более 2-х лет.
4.	При периодической проверке свойств товарных жидкостей в случае появления такой необходимости.
Характеристика комплекса метода квалификационной оценки показана в табл.
13.1	, описание методов испытаний - в разделе 13.2.
Таблица 13./
Характеристика комплекса методов (введен в ноябре 2001 г.)
Наименование метода и оценочных показателей	Нормативная (техническая) документация, реглам ентиру ющая метод оценки	Расход продукта на одно определение, ДМ3	Примечание
1	2	3	4
1. Определение плотности жидкости ареометром. Плотность, г/см5	ГОСТ Р 51069-97, ASTM D1298	0,2	
2. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия. Метод определения температуры начала кристаллизации. Температура начала кристаллизации, °C	ГОСТ 28084	0,05	
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
462 -
Продолжение табл. 13.1
I	2	3	4
3, То же. Метод определения фракционных данных. Температура начала перегонки, °C. Массовая доля жидкости, перегоняемой до достижения температуры 150 °C, %	ГОСТ 28084	0,15	Для жидкостей на водной основе не определяется
4. Нефтепродукты. Метол определения кинематической и расчет динамической вязкости. Вязкость кинематическая (при температурах 0 °C и 20 °C), мм2/с	ГОСТ 33	0,3	То же
5. То же. Общие технические условия. Метод определения коррозионного воздействия на металлы. Коррозионные потери, г/м2 • сутки	ГОСТ 28084	1,0	Для ОЖ-К определяется с разбавлением солевым раствором в объемном соотношении 1:1
6. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Метод определения вспениваемости. Объем пены, см3 Устойчивость пены, с	То же	0,6	Для ОЖ-К определяется с разбавлением раствором хлористого цинка в объемном соотношении 1:1
7. ЕСЗКС. Резины. Методы испытаний на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред. Изменение объема образца резины, %	ГОСТ 9.030	0,05 на каждый грамм испытываемой резины	Для ОЖ-К определяется с разбавлением дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1
8. Средст ва моющие синтетические. Метод определения концентрации водородных ионов. Водородный показатель (pH)	ГОСТ 22567.5	0,1	То же
9. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия. Метод определения щелочности. Щелочность, см3	ГОСТ 28084	0,1	
10. То же. Метод определения устойчивости в жесткой воде. Внешний вид (наличие расслоения или осадка)	То же	0,2	Определяется только для ОЖ-К
11. Метод оценки эксплуатационных свойств охлаждающих жидкостей на безмоторной лабораторной установке. Стабильность физико-химических показателей жидкости при работе в установке, водородный показатель (pH). Состояние деталей установки,	Решение ГМК от 20.II.86 г. №23/1-187 или ASTM D2570	40	Для ОЖ-К определяется только при приемочных испытаниях с разбавлением дистиллированной водой в объемном соотношении 56:44
13.2. Методы испытаний
---------------- 463
Продолжение табл. 13.I
1	2	3	4
контактирующих с жидкостью. Изменение массы образцов металлов, г/м2. Потеря жидкости за время испытаний, дм3. Наличие подтеканий жидкости из системы (визуально)			
Примечание:
I. Марки металлов и резин для испытаний, временные и температурные параметры испытаний устанавливаются нормативной (технической) документацией на продукты.
2 Требуемое количество (включая арбитражную пробу) испытуемого образца жидкости на квалификационные испытания-45 дм3.
13.2.	Методы испытаний
13.2.1.	Определение плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром по
ГОСТ Р 51069-97 (ASTM D1298)
Метод полностью соответствует национальному стандарту США ASTM D1298, который распространяется на сырую нефть, нефтепродукты и жидкие ненефтяные продукты с давлением насыщенных паров по Рейду (ГОСТ 1756) 179 кПа или менее.
Суирюсть метода. Пробу доводят до заданной температуры, переносят в цилиндр и погружают соответствующий ареометр. После достижения температурного равновесия отмечают показания ареометра и температуру испытуемой пробы. При необходимости цилиндр с испытуемым продуктом помещают в баню с заданной постоянной температурой во избежание значительной погрешности во время испытания. Отмечают показания ареометра при температуре испытания. Затем плотность приводят к температуре 15 °C, а относительную плотность (удельный вес) и плотность в градусах API приводят к температуре 60 °F с помощью международных стандартных таблиц. С помощью этих таблиц значения, определенные в одной из трех систем измерения, можно перевести в эквивалентные значения другой. Это позволяет проводить измерения в принятых национальных единицах.
Показания шкалы ареометра считывают с точностью до 0,0001 при измерении относительной плотности или плотности до 0,05° API для плотности в градусах API по точке на шкале ареометра согласно рис. 13.1 и 13.2 для прозрачных и непрозрачных жидкостей.
Условия и температуры испытания зависят от свойств образца (табл. 13.2).
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
464
Рис. 13.1. Показание шкалы ареометра для прозрачных жидкостей:
1 - жидкость;
2 - точка съема показаний;
3 - горизонтальная поверхность жидкости;
4 - основание мениска
Рис. 13.2. Показание шкалы ареометра для непрозрачных жидкостей: 1 - жидкость:
2 - точка съема показаний;
3 - горизонтальная поверхность жидкости; 4 - основание мениска
Таблица 13.2
Условия и температуры испытания
Тип образца	Температура начала кипения	Другие лимитируемые параметры	Температура испытания
Высоколетучий	-	Давление паров по рейлу ниже 179 кПа	Не выше 2 °C (35 °F) в исходном закрытом контейнере
Умеренно летучий	Не выше 120 °C (250 °F)	-	Не выше 18 °C (65 °F) в исходном закрытом контейнере
Умеренно летучий и вязкий	Не выше 120 °C (250 °F)	Вязкость слишком высокая при температуре 18 °C (65 °F)	Минимальная температура, при которой образец становится достаточно текучим
Нелетучий	Свыше 120 °C (250 °F)	-	От -18 до +90 °C (от 0 до 195 °F) или как удобно
Смеси с ненефтяными продуктами	-	-	(15 ±0.2) °С/(60±0.5) °F
13.2. Методы испытаний
465
Точность метода, полученная статистическим исследованием межлабораторных результатов испытания, приведена в табл. 13.3.
Таблица 13.3
Продукт	Температурный диапазон	Показатель	Сходимость	Воспроизведение
Прозрачный невязкий	От -2 °C до + 24,5 °C	Плотность	0,0005	0,0012
Непрозрачный	От 29 до 76 °F	Относительная плотность (удельный вес)	0,0005	0,0012
	От 42 до 78 °F	Плотность в градусах API	0,1	0,3
	От -2 °C до +24,5 °C	Плотность	0.0006	0,0015
	От 29 до 76 °F	Относительная плотность (удельный вес)	0,0006	0,0015
	От 42 до 78 °F	Плотность в градусах API	0,2	0,5
Сходимость
Расхождение между двумя результатами определения, полученными одним оператором, на одной аппаратуре, при одинаковых условиях, на идентичном исследуемом материале, при обычном и правильном выполнении метода испытания может превышать значения только в одном случае из двадцати.
Воспроизводимость
Расхождение между двумя единичными и независимыми результатами испытания, полученными разными операторами, работающими в разных лабораториях, на идентичном исследуемом материале, при обычном и правильном исполнении метода испытания может превышать указанные в табл. 13.3 значения только в одном случае из двадцати.
13.2.2.	Определение температуры начала кристаллизации по ГОСТ 28084
За температуру начала кристаллизации принимают температуру, при которой невооруженным глазом можно заметить помутнение при охлаждении. Перед испытанием концентрат типа “ОЖ-К”, “Тосол-AM” разбавляют дистиллированной
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
466
водой в объемном соотношении 1:1. Рабочие охлаждающие жидкости типа ОЖ-65 и ОЖ-40 испытывают без разбавления.
Для испытания используют прибор по ГОСТ 18995.5, разд. 1 (прибор Баумана-Фрома) или прибор, состоящий из двух пробирок (рис. 13.3).
Рис. 13.3. Прибор для определения температуры начала кристаллизации:
1 - внутренняя пробирка: 2 - наружная пробирка: 3 - термометр: 4 - пробка; 5 - мешалка: 6 - ацетон; 7 - испытуемая жидкость.
Во внутреннюю пробирку прибора наливают 20 см3 испытуемой жидкости и закрывают ее пробкой с термометром и мешалкой. Термометр устанавливают так. чтобы его ртутный резервуар находился на расстоянии 10-15 мм от дна и на равном расстоянии от стенок пробирки. Мешалка не должна касаться стенок пробирки.
В наружную пробирку наливают ацетон в таком количестве, чтобы его уровень был на 10 мм выше уровня испытуемой жидкости во внутренней пробирке.
Прибор помешают в сосуд Дьюара, заполненный охлаждающей смесью температурой на (12 ± 5) °C ниже ожидаемой температуры начала кристаллизации испытуемой жидкости.
Температуру охлаждающей смеси поддерживают на заданном уровне в течение всего испытания.
Испытуемую жидкость во время охлаждения осторожно перемешивают со скоростью 20-30 движений в минуту (одно движение - опускание ко дну пробирки и поднятие мешалки без извлечения ее из жидкости).
При приближении температуры испытуемой жидкости к ожидаемой температуре начала кристаллизации (за 5-10 °C) прибор из охлаждающей смеси периодически (через каждые 3-5 мин) вынимают и наблюдают в проходящем свете состояние испытуемой жидкости.
Продолжительность наблюдения за помутнением испытуемой жидкости от начала извлечения прибора из охлаждающей смеси до погружения его обратно в смесь должна быть не более 12 с.
Температура, при которой появляется помутнение в виде легкого облачка, образующегося около мешалки, фиксируется как температура начала кристаллизации.
За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, расхождение между которыми не должно превышать 2 °C. Абсолютная суммарная погрешность результата испытания ±1,2 °C при доверительной вероятности Р = 0,95.
13.2. Методы испытаний
467
13.2.3.	Определение фракционных данных
Температуру начала перегонки и массовую долю жидкости, перегоняемой до достижения температуры 150 °C, определяют на приборе для перегонки по ГОСТ 18995.7, разд. 2 или другом приборе, не уступающем по метрологическим характеристикам.
Проведение испытания. В предварительно взвешенную чистую и сухую колбу для перегонки вносят навеску испытуемой жидкости массой около 50 г и вторично взвешивают. Результаты всех взвешиваний в граммах записывают до второго десятичного знака. Собирают прибор (рис. 13.4) и нагревают колбу так, чтобы от начала нагревания до начала перегонки прошло не менее 10-15 мин.
Рис. 13.4 . Прибор для разгонки нефтепродуктов.
1 - колба; 2 - термометр; 3 - верхний кожух нагревателя; 4 - прокладка;
5	- нижний кожух нагревателя;
6	- холодильник; 7 - мерный цилиндр
Температуру начала перегонки фиксируют в момент отрыва первой капли конденсата от конца трубки холодильника и записывают в градусах Цельсия, округляя до целых единиц.
Перегонку ведут с такой скоростью, чтобы образование одной капли конденсата происходило в течение не менее 5 с.
Конденсат собирают в предварительно взвешенный чистый стакан. Результат взвешивания в граммах записывают до второго десятичного знака.
Перегонку ведут до достижения температуры 150 °C, после чего нагревание прекращают и в течение 5 мин дают стечь остатку конденсата.
Стакан с конденсатом взвешиваю! и результат взвешивания в граммах записывают до второго десятичного знака.
За температуру начала перегонки принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных испытаний, расхождение между наиболее отличающимися значениями которых не должно превышать 1 °C.
Абсолютная суммарная погрешность результата испытания ±0,9 °C при доверительной вероятности Р = 0,95.
Массовую долю жидкости (X) в процентах, перегнанной до достижения температуры 150 °C вычисляют по формуле:
/я.,
-100,
где т[ - масса стакана, г; т2 - масса стакана с конденсатом, г; тк - масса навески испытуемой жидкости, г.
Глава 13, Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
468
За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных определений, абсолютное расхождение между наиболее отличающимися значениями которых не должно превышать 0,5 %.
Абсолютная суммарная погрешность результата ±0,5 % при доверительной вероятности Р = 0,95.
13.2.4.	Определение кинематической и динамической вязкости по
ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94)
Метод по ГОСТ 33-2000 полностью соответствует международному стандарту ИСО 3104-94.
Сущность .метода заключается в измерении калиброванным стеклянным вискозиметром времени истечения, в секундах, определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести при постоянной температуре.
При движении жидкости под действием силы тяжести при данном гидростатическом давлении давление жидкости пропорционально ее плотности р.
Плотность р — масса вещества в единице объема при данной температуре.
Кинематическая вязкость V— сопротивление жидкости течению под действием гравитации. Время истечения определенного объема жидкости прямо пропорционально ее кинематической вязкости.
Кинематическую вязкость V, мм2/с, рассчитывают по формуле
у=С/,
где С — калибровочная постоянная вискозиметра, мм2/с; / — среднее арифметическое значение времени истечения определенного объема жидкости вискозиметра, с.
Динамическая вязкость Тр отношение применяемого напряжения сдвига к скорости сдвига жидкости. Динамическая вязкость является мерой сопротивления истечению или деформации жидкости.
Динамическую вязкость Г), МПа  С, рассчитывают на основании кинематической вязкости по формуле
7/ = V- р  103, где р — плотность при той же температуре определения кинематической вязкости, кг/м3; V— кинематическая вязкость, мм2/с.
Выбор вискозиметров
Для каждого диапазона кинематической вязкости требуется ряда вискозиметр с ограничениями по времени истечения (табл. 13.4).
13.2. Методы испытаний
469
Таблица 13.4
Типы вискозиметров
Тип вискозиметра	Наименование вискозиметра	Пределы кинематической вязкости1’, мм2/с
А А В ” Время истечс 2’ Время истечс	Для прозрачных жидкостей Вискозиметры Оствальда Каннон-Фенске обычный 21 Цайтфукс BS с V-образной трубкой21 BS/V/M-миниатюрный SIL2’ Каннон-Маннинг, полумикро Пинке вич2) ВПЖ-4, ВПЖТ-42’ (ГОСТ 10028) ВПЖ-2, ВПЖТ-22’ (ГОСТ 10028) Вискозиметры с висячим уровнем BS/IP/SL2’ BS/IP/SL(S)2) BS/IP/MSL Убеллоде2’ Фитцсиманс Атлантик21 Каннон-Убеллоде (А), Каннон-Убеллоде с разбавлением2’ (В) Каннон-Убеллоде, полумикро ДИН Убеллоде ВПЖ-1 (ВЛЖТ-1. (ГОСТ 10028) Для прозрачных и непрозрачных жидкое Вискозиметры с обратным истечением для прозрачных и непрозрачных жидкостей Каннон-Фенске — непрозрачный Цайтфукс с перекрещивающимися трубками BS/IP/PF с V-образной трубкой с обратным истечением Ланц- Цайтфукс с обратным истечением ВНЖ, ВНЖТ(ГОСТ 10028) :ния более 200 с. ния до 200 с.	0,5-20000 0,6-3000 0,9-10000 0,2-100 0,6-10000 0,4-20000 0,6-17000 0,6-10000 0,6—30000 3,5-100000 1,05—10000 0,6-3000 0,3- 100000 0,6-1200 0,75-5000 0,5-100000 0,4—20000 0,35-50000 0,6—30000 шей 0,4-20000 0,6—100000 0,6-300000 60—100000 0,6-30000
Порядок измерения на вискозиметре типа Пинкевича (ВПЖ-4, ВПЖТ-4 и ВПЖ-.2, ВПЖТ-2), рис. 13.4 и 13.5.
На отводную трубку 3 надевают резиновую трубку. Далее, зажав пальцем колено 2 и перевернув вискозиметр, опускают колено 1 в сосуд с жидкостью и засасывают его до метки М,, следя за тем, чтобы в жидкости не образовались пузырьки воздуха. В момент, когда уровень жидкости достигает метки М9, вискозиметр вынимают из сос\ да
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
470
и быстро перевертывают в нормальное положение. Снимают с внешней стороны конца колена 1 избыток жидкости и надевают на него резиновую трубку. Вискозиметр устанавливают в термостат так, чтобы расширение 4 было ниже уровня жидкости. После выдержки в термостате не менее 15 мин засасывают жидкость в колено 1 примерно до 1/3 высоты расширения 4. Соединяют колено 1 с атмосферой и определяют время перемещения мениска жидкости от метки М до М,.
Рис. 13.5. Вискозиметр типов ВПЖТ-2, ВПЖ-2.
Рис. 13.4. Вискозиметр тина Пинкевича (ВГ1ЖТ-4, ВПЖ-4).
Поверка и калибровка
Рабочие стандартные вискозиметры поверяют по образцовым вискозиметрам, имеющим сертификат поверки по национальному нормативному документу'. Вискозиметры, используемые для испытания, поверяют по рабочим стандартным или образцовым вискозиметрам. Постоянные вискозиметра определяют с точностью до 0.1 % их значений с помощью эталонных масел для определения вязкости.
Если несоответствие между значениями измеренной кинематической вязкости исследуемого образца и вязкости эталонного масла превышает+0,35 %, для выявления причины ошибок необходимо проверить каждый этап проведения испытания, включая градуировку термометра и вискозиметра.
13.2.5.	Определение коррозионного воздействия на металлы
Коррозионное воздействие ОЖ на металлы определяют по изменению массы образцов металла.
Марки металлов, временные и температурные параметры испытаний устанавливаются нормативной (технической) документацией на продукты.
Установка для определения коррозионного воздействия на металлы (рис. 13.11) представляет собой сосуд вместимостью 300-500 см3 диаметром 55-60 мм, изго
13.2. Методы испытаний
471
товленный из термостойкого стекла. Сосуд закрывается пришлифованной крышкой, имеющей три горловины: для обратного холодильника, аэротора (стеклянная трубка с шариком с отверстиями диаметром 0,5-1,0 мм) и термометра.
Рис. 13.6. Установка для определения коррозионного воздействия на металлы:
I аэратор; 2 - держатель образцов металлов; 3 - сосуд;
4 обратный холодильник; 5 пришлифованная крышка;
6 - термометр.
Держатель образцов металлов (рис. 13.7) состоит из крепежного винта длиной (50,0 ± 0,5) мм, диаметром 4,5-5,0 мм, изготовленного из изоляцион-ного материала (текстолит, тефлон, эбонит, фторо-пласт), с резьбой и гайкой на конце из того же мате-риала, двух латунных подставок размером (60,0 ± 0,5) х (25,0 ± 0,5) х (1,5 ± 0,5) мм каждая с отверстием диаметром 5-6 мм на одном конце и набора прокладок толщиной 3-5 мм, внутренним диаметром 5-6 мм и наружным -10-11 мм.
Образцы металлов должны иметь форму прямоугольных пластин размером (50,0 ± 0,5) х (25,0 ± 0,5) мм. Образцы из меди, припоя и латуни должны быть толщиной (1,5 ± 0,5) мм, из чугуна и алюминия -(3,0 ± 0,5) мм.
На одном конце пластины делают отверстие диаметром 5-6 мм.
Центры отверстий на подставках и образцах металлов должны располагаться на расстоянии 10-11 мм от их верхнего края и на равном расстоянии от боковых сторон.
Подготовки к испытанию. Пластины перед испытанием зачищают и шлифуют наждачной бумагой. Для каждого образца используют новую наждачную бумагу. Пластины промывают водой, спиртом или ацетоном, высушивают до постоянной массы (разница между результатами двух последних взвешиваний не должна превышать 0,00075 г) и хранят в эксикаторе при комнатной температуре. Результат взвешивания
в граммах записывают до четвертого десятичного знака.
Подставки и пластины образцов металлов насаживают на крепежный винт держателя в определенной последовательности, отделяют одну от другой прокладками и стягиваю! гайкой. Между образцами из меди, припоя и латуни помещают прокладки из латуни, а между образцами из чугуна и алюминия - прокладки из стали.
Образцы первой группы металлов (медь, припой, латунь) и второй группы (чугун, алюминий) отделяют один от другого прокладкой из изоляционного материала.
Охлаждающую жидкость - концентрат типа “ОЖ-К”, “Тосол-AM” разбавляют в объемном соотношении 1:1 раствором, содержащим 148 мг/дм3 натрия сернокислого безводного, 165 мг/дм3 натрия хлористого и 138 мг/дм3 натрия двууглекислого.
472
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
Рис. 13.7. Держатель образцов металлов с набором пластин: 1 - латунные подставки; 2 -- крепежный винт; 3 - гайка.
Проведение испытания. Набор образцов металлов, каждый из которых обмеряют, взвешивают, записывая результат до четвертого десятичного знака, закрепляют в держателе и помещают в чистый сухой сосуд установки для испытания.
Объем испытуемой охлаждающей жидкости200-300 см3. Уровень жидкости должен быть выше держателя с набором образцов металлов на 10-15 мм.
Температура охлаждающей жидкости установливается ТУ (обычно 88 ± 2 °C) и время испытаний 336 ч.
В процессе испытания жидкость перемешивают с помощью воздуха, который подается через аэратор с расходом (100 ± 5) мм3/мин.
Уровень жидкости в сосуде поддерживают постоянным, добавляя при необходимости дистиллированную воду.
По истечении 336 ч образцы вынимают, чистят мягкой старательной резинкой или щеткой из мягкой щетины, промывают дистиллированной водой, а затем спиртом или ацетоном, высушивают и взвешивают.
Для каждой пробы охлаждающей жидкости проводят три параллельных испы
тания.
13.2. Методы испытаний
473
Если в процессе испытания на образцах металлов появляются стойкие продукты коррозии и пленки, то эти образцы металлов подвергают следующей дополнительной очистке:
медь и латунь помещают на 15 с в разбавленную водой (в объемном соотношении 1:1) концентрированную соляную кислоту, после чего промывают водой для удаления кислоты и чистят мягкой стиральной резинкой или мягкой щеткой;
алюминий погружают на 5 мин в водный раствор, содержащий 2 % хромового ангидрида и 5 % ортофосфорной кислоты, при температуре (80 ± 2) °C, после чего образцы промывают водой для удаления кислоты. Если продукты коррозии не очищаются, то образец погружают на 1 мин в концентрированную азотную кислоту, затем промывают водой;
припой погружают на 5 мин в кипящий раствор уксусной кислоты с массовой долей 1 %, после чего образец промывают водой и осторожно чистят мягкой стиральной резинкой или мягкой щеткой;
чугун, сталь погружают на 10-15 мин в 5 %-ный водный раствор едкого натра при температуре (80 ± 2) °C с гранулированным цинком или стружкой цинка или 10 %-ный раствор лимоннокислого аммония в аммиачной воде и промывают водой.
После каждой из указанных операций образцы металлов промывают водой, спиртом или ацетоном, сушат и взвешивают (в граммах до четвертого десятичного знака).
Обработки результатов. Коррозионные потери Y, г(м2  сут), вычисляют для каждого образца по формуле
24 106(ш1 —/??2) ~ 336-2(ba+lb+ab)’
где От] - масса образца металла до испытания, г; т, - масса образца металла после испытания, г; / - длина образца металла, мм; а - ширина образца металла, мм; b -толщина образца металла, м; 106 - коэффициент пересчета площади поверхности образца в квадратные метры.
За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных определений, относительное допустимое расхождение между наиболее отличающимися значениями которых не должно превышать 50 % их среднего значения.
Относительная суммарная погрешность результатов испытаний для меди, латуни, алюминия, чугуна и стали ±28 %, для припоя ±50 % при доверительной вероятности Р = 0,95.
13.2.6.	Определение вспениваемости
Вспениваемость оценивают по объему образовавшейся пены V и времени Т, в течение которого она сохраняется (устойчивость пены) в стандартных условиях испытаний.
Установка, состоящая из мерного цилиндра, газопромывателя, термометра, водяной бани с термостатом, реометра, трубки с хлористым кальцием (рис. 13.8).
30 Заказ № 2029
474
Гпава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
Рис. 13.8. Установка для определения вспениваемости:
1 - водяная баня с термостатом; 2 - термометр; 3 мерный цилиндр;
4 - газопромыватель; 5 - трубка с хлористым кальцием; 6 - ротаметр или реометр.
Для проведения испытания охлаждающую жидкость - концентрат типа “ОЖ-К”, “Тосол-AM” разбавляют в объемном отношении 1:1 раствором хлористого цинка, приготовленного следующим образом: к 100 г водного раствора хлористого цинка с массовой долей 35,5 % добавляют при перемешивании 2,5 см3 соляной кислоты и 1,38 г полученной смеси разводят в 5 дм3 дистиллированной воды. Рабочие охлаждающие жидкости “ОЖ-65”, “ОЖ-40”, “Тосол-А40М”, “Тосол-А65М” и др. испытывают без разбавления.
Проведение испытаний. В цилиндр с 145 см3 испытуемой жидкости И устанавливают в термостатированную водяную баню с температурой (88 ±2) °C и пропускают воздух с объемным расходом (1000 ± 25) см3/мин.
По истечении 5 мин подачу воздуха прекращают, измеряют объем вспененной жидкости (К ж) по верхнему уровню образовавшейся пены и определяют устойчивость пены (т) до исчезновения пузырьков на поверхности жидкости.
Объем образовавшейся пены (Г), см3, рассчитывают по формуле
V= V. - V , а.ге. ЗУ
где К ж - объем вспененной жидкости, см3; Кж - объем жидкости до пропускания воздуха, см3.
Устойчивость пены (г) рассчитывают по формуле
т=т2-г,, где г, и Г] - показания секундомера соответственно при появлении и исчезновении пузырьков воздуха на поверхности жидкости.
За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных определений объема образовавшейся пены и ее устойчивости, относительное допускаемое расхождение между наиболее отличающимися значениями которых не должно превышать 50 % их среднего значения.
Абсолютная суммарная погрешность результата определения объема образовавшейся пены ±5 см3, определения ее устойчивости ±1,1 с при доверительной вероятности Р = 0,95.
13.2. Методы испытаний
475
13.2.7.	Определение набухания резины
Набухание резины определяют по ГОСТ 9.030, Раздел 1 (метод А) объемным гидростатическим методом - по изменению объема образца резины после выдержки его в испытываемой жидкости при температуре (100 ± 2) °C в течение 72 часов.
Марку резины выбирают по требованию потребителей. Поверхность образцов резины перед испытанием очищают ацетоном по ГОСТ 2768 и промывают дистиллированной водой. Массу образцов резины до и после проведения испытания определяют путем взвешивания на воздухе и в дистиллированной воде (ГОСТ 9.030).
Концентраты охлаждающей жидкости типа “ОЖ-К”, “Тосол-AM” разбавляют дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1. Рабочие охлаждающие жидкости испытывают без разбавления.
Обработка результатов испытания - по ГОСТ 9.030.
13.2.8.	Определение концентрации водородных ионов (pH)
Водородный показатель (pH) определяют потенциометрическим методом по ГОСТ 22.567.5 с использованием стеклянного и хлорсеребряного электродов, рН-метра лабораторного типа pH-121 или иономера типа ЭВ-74 по ТУ 25-05-2147, настроенных по стандартным буферным растворам.
Проведение испытания. В стеклянный стакан вместимостью 100 см3 вносят цилиндром 50-60 см3 испытуемой жидкости (концентраты “ОЖ-К”, “Тосол-АМ”, разбавленные дистиллированной водой в соотношении 1:1, рабочие жидкости “ОЖ-40”, “ОЖ-65”, “Тосол-А40М” и “Тосол А65М”-без разбавления). Содержимое стакана доводят до температуры (20 ± 1) °C, опускают сухие электроды и измеряют pH при непрерывном перемешивании с помощью магнитной мешалки в течение не более 10 минут.
По окончании измерения электроды погружают в стакан с водно-спиртовой смесью и промывают их путем перемешивания в течение 10-15 минут с последующим ополаскиванием дистиллированной водой.
Электроды хранят в емкости с дистиллированной водой. Перед применением электроды ополаскивают свежей дистиллированной водой и просушивают с помощью фильтровальной бумаги.
За результат испытаний принимают среднее арифметическое из двух параллельных наблюдений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,15 ед. pH.
Абсолютная суммарная погрешность результата испытания ±0,09 при доверительной вероятности Р = 0,95.
Результат измерений округляют до второго знака после запятой.
13.2.9.	Определение щелочности
Щелочность оценивают количеством титрованного раствора соляной кислоты: концентрации 0,1 моль/дм3, израсходованного на потенциометрическое титрование
476
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
10 см3 охлаждающей жидкости - концентрата типа “ОЖ-К”, “Тосол-AM” и др. до pH = 5,5.
Для испытания применяют иономер универсальный типа ЭВ-74 или другой рН-метр с погрешностью измерений не более ±0,05рН, настроенный по стандартным буферным растворам со стеклянным и хлорсеребряным электродами.
Проведение испытания. В стакан вносят пипеткой 10 см3 ОЖ - концентрата “ОЖ-К”, “Тосола-AM” и прибавляют 90 см3 дистиллированной воды. При испытании рабочих охлаждающих жидкостей “ОЖ-65” и “ОЖ-40” в стакан вносят по 20 см3 этих жидкостей и прибавляют к ним по 80 см3 дистиллированной воды.
Стакан с испытуемым раствором помещают в рабочее положение для титрования, включают мешалку и раствор перемешивают в течение (90 ± 10) с. Затем не выключая мешалку, в раствор погружают электроды pH-метра и термометр, измеряют температурную компенсацию прибора.
Потенциометрически титруют при перемешивании водным раствором соляной кислоты концентрации 0,1 моль/дм3 до pH = 5,5 (точно) в соответствии с инструкцией, прилагаемой к рН-метру.
Измеряют объем (Г) раствора соляной кислоты, пошедший на титрование.
Щелочность (И ), см3 вычисляют по формуле:
V	.
в/юо и’
где И] - объем раствора соляной кислоты концентрации 0,1 моль/дм3, израсходованный на титрование испытуемого раствора, см3; 10-объем концентрата, см3; В/100 -объемная доля титруемой охлаждающей жидкости (для концентрата В = 100; для “ОЖ-40” 5 = 56; для “ОЖ-65” В = 65); V- объем жидкости, внесенный в стакан для последующего разбавления (до 100 см3) дистиллированной водой и титрования (для концентрата И= 10 см3, для “ОЖ-40” и “ОЖ-65” И= 20 см3), см3.
За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных определений, допускаемое расхождение между наиболее отличающимися значениями которых не превышает 0,5 см3.
Абсолютная суммарная погрешность результата испытания ±0,4 см3 при доверительной вероятности Р = 0,95.
13.2.10.	Определение устойчивости в жесткой воде
Устойчивость в жесткой воде определяют визуально путем наблюдения за состоянием раствора концентрата типа ОЖ-К, Тосол-AM в жесткой воде и визуальном установлении возможного расслоения или образования осадка в этом растворе в течение определенного времени при заданной температуре.
Для испытания готовят жесткую воду, содержащую: кальция хлористого - 275 мг/дм3; натрия сернокислого - 148 мг/дм3; натрия хлористого - 165 мг/дм3; натрия двууглекислого - 138 мг/дм3.
Испытуемый раствор готовят смешением 100 см3 охлаждающей жидкости “ОЖ-
13.2. Методы испытаний
477
К” со 100 см3 приготовленной жесткой воды. Полученный раствор перемешивают и разливают поровну в два стакана. Содержимое одного стакана нагревают до температуры (88 ± 2) °C, накрывают чистым стеклом и выдерживают в темноте вместе со вторым стаканом при комнатной температуре в течение 24 ч.
По истечении указанного времени наблюдают за состоянием растворов в стаканах, устанавливая наличие или отсутствие расслоения или образования осадка.
13.2.11.	Оценка эксплуатационных свойств охлаждающих жидкостей на безмоторной лабораторной установке
Для квалификационной оценки используют два метода:
25 Гос НИИ МО РФ и “НИИАТ”;
ASTM D2579-96.
Метод 25 Гос НИИ и НИИАТ. Предназначен для оценки коррозионно-эрозионного воздействия охлаждающей жидкости (ОЖ) на конструкционные материалы системы жидкостного охлаждения (СЖО) и стабильности ОЖ на безмоторной лабораторной установке, имитирующей работу СЖО автомобильного двигателя. В качестве эталонной может быть принята любая другая ОЖ, хорошо зарекомендовавшая себя в эксплуатации.
Сущность метода заключается в прокачке испытуемой (эталонной) ОЖ по замкнутому контуру, включавшему стандартные узлы и детали СЖО автомобильного двигателя (радиатор, насос, соединительные шланги, расширительный бачок), бак с трубчатым электронагревателем, имитирующий блок цилиндров двигателя, и бачок с тремя комплектами пластин образцов металлов, контактирующих с ОЖ в СЖО реального двигателя, при заданном тепловом и скоростном режимах, с последующим определением потери массы образцов металлов и изменения физико-химических показателей качества жидкости.
Качество испытуемой жидкости сравнивают с эталонной по величине изменения показателей стабильности, изменению массы пластин образцов металлов, изменению внешнего вида и деталей СЖО, в процессе испытаний.
Схема безмоторной лабораторной установки показана на рис. 13.9.
Образцы металлов готовят в форме прямоугольных пластин длиной (50 ± 0,5) мм, шириной (25 ± 0,5) мм и толщиной (1,5 -г- 4) мм, с центральным отверстием диаметром 5,5 мм и собирают в блоки (рис. 3.10).
Для каждого испытания используют новые детали и комплекты пластин, контактирующие с ОЖ. Допускается повторное использование узлов и деталей, не имеющих следов износа, коррозионных раковин и других повреждений или загрязнений.
Пластины образцов металлов зачищают шлифовальной шкуркой, а из припоя-ластиком, промывают изооктаном и сушат в эксикаторе над хлористым кальцием не менее 30 минут, после чего определяют массу каждой пластины.
Испытуемую (эталонную) жидкость прокачивают в установке “на кольцо” и циркулируют в течение 30 минут.
478
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
Рис. 13.9. Схема безмоторной лабораторной установки:
I	- автомобильный радиатор;
2	- водяной насос с электроприводом:
3	- бак; 4 - трубчатый электронагреватель (ТЭН): 5 -- термопара ХК 0-300 °C: б - бачок для размещения пластин образцов металлов: 7- расширительный бачок:
8 - потенциометр КСП-4.
Рис.13.10. Комплект пластин образцов металлов:
I - кронштейн (латунь или алюминий); 2 - медь Ml; 3 - припой ПОС-ЗО;
4, 8, 9, Ю, 12, 13, 18 - латунь Л63; 5, 15, 16 - сталь 20; 6 - чугун СЧ-18-36;
7 - алюминиевый сплав АЛ4;
11, 14, 17 - текстолит;
19 - фторопласт.
Примечание. Шайбы 11 — 18 имеют наружный диаметр 10 мм, внутренний - 5.5 мм и толщину - 3 мм.
Уровень жидкости в расширительном бачке до 2/3 его высоты и температура жидкости в системе - 90 ± 2 °C.
Испытания проводят двадцатичетырехчасовыми циклами. В течение первых 15 часов, включая время прогрева жидкости, установка непрерывно работает при постоянном скоростном и тепловом режиме: частота вращения вала водяного насоса 2000 ±50 мин-1 и температура жидкости 90 ± 2 °C. После наработки 15 часов установку отключают от электросети и в течение 9 часов выдерживают при комнатной температуре.
13.2. Методы испытаний
479
Общая продолжительность испытаний 500 ± 5 часов (15 24-часовых циклов и 3 48-часовых перерыва, без циркуляции и нагрева жидкости). Пробы жидкости по 1000 см3 отбирают через 15 минут после начала испытаний и за 15 минут до их окончания, не останавливая установки, и исследуют в объеме комплекса методов квалификационной оценки ОЖ для автомобильных двигателей или по показателям, оговоренным программой испытаний.
После наработки 500 часов осмотривают все детали СЖО, контактировавшие с жидкостью в ходе испытаний, а пластины промывают, сушат, выдерживают не менее 30 минут в эксикаторе и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г.
При увеличении массы образцов металлов, обнаружении на их поверхности продуктов коррозии или несмываемого осадка, пластины подвергнуть дополнительной обработке по ГОСТ 17332-71, приложение 4.
Результаты оценки изменения массы и внешнего вида пластин образцов металлов за время испытаний эталонной и опытной жидкости заносят в таблицу по следующей форме:
№ пластины	Марка металла	Размеры пластин, мм	Масса пластины, г		Изменение массы пластины, г	Коррозия металла, г/м2	Внешний вид пластины после испытания
			до испытания	после испытания			
Результаты анализа проб эталонной и испытуемой жидкостей по комплексу методов квалификационной оценки ОЖ заносят в таблицу по следующей форме:
Наименование показателя	Эталонная жидкость			Испытуемая жидкость		
	Норма по ГОСТ(ТУ)	До испытаний	После испытаний	Норма по ГОСТ (ТУ)	До испытаний	После испытаний
Оценочные показатели:
•	стабильность физико-химических показателей жидкости при работе в установке, водородный показатель pH;
•	состояние деталей установки, контактирующих с жидкостью;
•	изменение массы образцов металлов, г/м2;
®	потеря жидкости за время испытаний, дм3;
•	наличие подтеканий жидкости из системы (визуально).
За результат испытания принимают среднее арифметическое значение по трем пластинам, расхождение между которыми не превышает допустимых пределов (рис. 13.11 (щб).
480
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
Среднее арифметическое результатов испытаний, г/мг
Рис. I3.l I. Зависимость допустимого расхождения потери массы пластин образцов металлов от среднего арифметического результатов испытаний.
Метод ASTM D2570-96
Метод предназначен для оценки коррозионно-эрозионного воздействия охлаждающей жидкости на конструкционные материалы системы жидкостного охлаждения автомобильного двигателя на безмоторной лабораторной установке, имитирующей работу автомобильного двигателя.
Сущность метода заключается в прокачке модельной охлаждающей жидкост и по замкнутому контуру, включающему стандартные узлы и детали системы охлаждения автомобильного двигателя (радиатор, насос, соединительные шланги, расширительный бачок и др.) с последующим определением потери массы металла от коррозии и изменения показателей качества жидкостей.
Модельную охлаждающую жидкость готовят на основе базовой охлаждающей испытуемой жидкости (ОЖК) путем смешения с коррозионной водой. Подготовленная для испытания ОЖ должна содержать 44 % об. базового этиленгликоля и иметь точку замерзания минус 29 + 1 °C. Коррозионная вода должна содержать по 100 ppm (промилей) сульфата, хлорида и бикарбоната, внесенные как натриевые соли. Смесь образца должна быть сделана в соответствии с Разделом 6 методики проверки D 1176 коррозионной воды, употребляемой для раствора.
Узлы и детали системы охлаждения должны быть с 4,6 или 8 цилиндровых двигателей автомобилей, производимых США. Точка застывания раствора должна быть определена методом D 1177.
Принципиальная схема безмоторной установки и ее детали показаны на рис. 13.12 {а, б) и 13.13.
13.2. Методы испытаний
481
Рис. 13.12. Общий вид безмоторной лабораторной установки для оценки эксплуатационных свойств ОЖ:
1	- радиатор;
2	- расширительный бачок ОЖ;
3	- насос; 4 мотор;
5	- стальная опорная пластина;
6	- измеритель скорости потока;
7	- бак с ОЖ и комплектом образцов металла; 8 - измеритель давления;
9	- воздушный клапан;
10	- стеклянная смотровая камера;
11	- выходной патрубок;
12	- входной патрубок.
«) вид сверху
б) вид сбоку
Режим испытаний
•	температура ОЖ
•	скорость потока ОЖ
•	продолжительность испытаний
88 ± 3 °C (190 ± 5 F);
1,3-1,6 л/с (23 ± I gal/min);
1064 ч (152 ч/неделю,
7 недель с 8-ми часовыми перерывами
в неделю);
•	испытуемые образцы металлов (медь, припой, латунь, сталь, чугун, алюминий) в форме прямоугольных пластинок длиной 50 ± 0,5 мм, шириной 25 ± 0,5 мм и толщиной 1,5-*-4 мм с центральным отверстием диаметром 5,5 мм.
Отчет по результатам испытаний должен содержать следующую информацию:
•	потери массы металлов от коррозии по каждому образцу в комплекте с учетом потерь при подготовке с точностью до I мг;
•	средняя величина потерь массы пластин для трех образцов каждого испытуемого металла;
•	изменения состояния (вида) очищенных металлических образцов после испытаний. Наличие раковин, эрозии, изменение цвета;
•	изменения внутренней поверхности резервуара, наличие подтеканий ОЖ, состояние насоса, радиатора, шлангов и пр.;
•	изменение показателей физико-хиических свойств ОЖ (pH, щелочность, концентрация) в начальных и конечных пробах ОЖ;
•	детальное описание условий испытания, отличающихся от установленных данным методом;
•	характеристики деталей (материал, тип, порядковый номер и др.).
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
482
Бак с ОЖ и комплектом образцов металла.
Кронштейн с 3-мя комплектами пластин металла.
Комплект пластин в сборе.
Рис. 13.13. Детали установки для оценки коррозионных свойств:
1 - выходной патрубок для ОЖ; 2 - входной патрубок для ОЖ; 3 - крепления термометра;
4 крышка для крепления кронштейна с пластинами; 5 - крепежные болты; 6 - прокладка;
7 - крышка бака; 8 - кронштейн; 9 - гайка латунь; 10 - прокладки; 11 - металлические пластины.
13.2. Методы испытаний
483
13.2.12. Определение массовой доли воды в антифризе -концентрате типа “Тосол-AM” (ASTM D 1123)
Метод основан на хроматографическом разделении воды и этиленгликоля и фиксировании их детектором по теплопроводности.
Для испытаний применяют: газовый хроматограф с детектором по теплопроводности с порогом чувствительности в объемных долях 1 - 10'3 % по пропану при использовании гелия в качестве газа-носителя; колонки из стали 10Х14Р4Т длиной 3-6 м с внутренним диаметром 3 мм; микрошприц МШ-10, МШ-10М с погрешностью измерения 3,3 % и пределом измерения 0,01 мкл; гелий газообразный очищенный марки Б по ТУ 51 -940.
Подготовка к испытанию. Колонку последовательно промывают дистиллированной водой, ацетоном и сушат в струе воздуха, после чего колонку заполняют сорбентом с помощью вакуумного насоса и устанавливают в термостат. Не присоединяя колонку к детектору, устанавливают расход гелия 60 мл/мин и продувают в течение 12 ч при 180 °C. Скорость нагрева термостата от комнатной температуры до 180 °C составляет 5 град/мин. По окончании продувки термостат охлаждают до комнатной температуры и соединяют колонку с детектором.
Режим работы хроматографа
Температура колонки, °C	150
Температура детектора, °C	200
Температура испарителя, °C	220
Расход газа-носителя, смУмин	45
Ток моста детектора, мА	160
Объем вводимой пробы, мкл	0,6
Скорость движения диаграммной ленты, мм/ч 240
Наладку и выход хроматографа на рабочий режим производят в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору.
Градуировка хроматографа и проведение испытаний. Массовую долю воды в концентрате определяют методом “стандартной добавки” с предварительной градуировкой прибора по искусственным смесям известного состава. Градуировку производят не менее, чем по пяти искусственным смесям, приготовленным в пенициллиновых флаконах, в которые вносят по 0,0500; 0,1000; 0,2000; 0,3500; 0,5000 г дистиллированной воды и добавляют по 10,0000 г этиленгликоля. Снимают хроматограммы этиленгликоля в каждой искусственной смеси не менее 3-х раз.
Градуировочный коэффициент для каждой смеси (/<) вычисляют по формуле
hu-h
где х- массовая доля воды (“стандартной добавки”) в каждой искусственной смеси, %; h, h - высота пиков воды и этиленгликоля на хроматограмме, мм.
Градуировочный коэффициент воды (К) рассчитывают как среднее арифметическое всех 5 определений по формуле
484
Глава 13. Методы испытаний охлаждающих низкозамерзающих жидкостей
5
Градуировочные коэффициент (К) проверяют один раз в квартал (К) и ежемесячно по одной из искусственных смесей.
Каждую пробу ОЖ-К хроматографируют 3 раза. Типовая хроматограмма приведена на рис. 13.14.
Рис. 13.14. Типовая хроматограмма ОЖ-К;
1 - пик воды; 2 - пик этиленгликоля; h - высота пика.
Обработка результатов
Измеряют высоту' пика воды (Л) на хроматограммах в мм, как среднее арифметическое трех определений.
Массовую долю воды (А) в % вычисляют по формуле
А5= К  h,
где К - градуировочный коэффициент воды; h - высота пика воды, мм.
За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных определений, относительное расхождение между наиболее отличающимися значениями которых не должно превышать 15 % допускаемого значения, при доверительной вероятности Р = 0,95.
13.2. Методы испытаний	,о<-
..,ГГ„—"  —...  -	.. 1     Г,—..—  ... . .. <	...— 
Относительная суммарная погрешность анализа не превышает ±15,5 % - для диапазона массовой доли воды от 0,5 до 1,0 % и ±9,5 % - для диапазона от 1 до 5 %.
13.2.13. Определение внешнего вида
Внешний вид охлаждающей жидкости определяют визуально в проходящем свете в пробирке П2-19-150ХС или П1-16- 150ХС по ГОСТ 25336 из бесцветного стекла.
Охлаждающая жидкость должна быть прозрачной, однородной и не содержать видимых механических примесей.
Цвет охлаждающей жидкости и метод его определения устанавливают в HTD на конкретный вид жидкости.
Литература
486
Литература
1.	Волгин С. Н., Лашхп В. Л.. Гришин Н. Н. Основная задача химмотологии Труды 2 У ГосНИИ МО РФ. вып. 53. М„ 2006. - 632 с.
2.	Данилов А. М. Введение в химмотологию-'-' М.: Техника. 2003. - 464 с.
3.	Спиркин В. Г. Химмотология топлив'/ М.: Нефть и газ. 2002. - 252 с.
4.	Гуреев Л. А.. Камфер Г. М. Испаряемость топлив для поршневых двигателей- М.: Химия. 19В2. - 264 с.
5.	Бурячко В. Р., Гук А. В. Автомобильные двигатели. Рабочие циклы. Показатели и характеристики. Методы повышения эффективности энергообразования-' НПИКЦ. СПб. 2005. - 292 с.
6.	Белов II. II.. Бхрячко В. Р.. Константинов Н. К.. Коровин В. А. Двигартелн армейских машин. Ч II// М. О. СССР. М., 1972.
7.	Автомобильные двигатели'' Под ред. Ховаха М. С,- М.: Машиностроение. 1977. - 591 с.
8.	Карасик Л. И. Методы трибологических испытаний в национальных стандартах мира- Под рел. В. Кершснбаума-'.' М.: Центр “Наука и техника’’. 1993.	321 с
9.	Материалы совещания “Совершенствование технологии производства базовых масел и улучшения качества товарных масел/.' Волгоград. 1997.
10.	Сафонов А. С., Ушаков А. И., Золотов В. А.. Братчиков К. Д. Моторные масла для автотракторных двигателей// НПИКЦ, СПб. 2004. - 200 с
11.	Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы Пол ред. Н. X. Дьяченко// JL: Машиностроение, 1974. - 552 с.
12.	Белов II. М.. Бурячко В. Р. Акатов Е. Н. Двигатели армейских машин Ч. I. Теория/' Военное издательство МО СССР. М.'. 1971. - 512 с.
13.	Синельников А. Ф.. Балабанов В. Н. Автомобильные топлива, масла и эксплуатационные жидкости. Краткий сравочникЛ' Изд. За рулем. 2003. - 176 с.
14.	Папок К. К. Химмотология топлив и смазочных материалов-'/ М.: Воениздат. 1980. - 192 с.
15.	Гуреев А. А., Азев В. С. Автомобильные бензины, свойства и применение-'-' М.: Нефть и газ. 1996. -442 с.
16.	Гуреев А. А.. Аэев В. С.. Кампфер Г. М. Топливо для дизелей. Свойства н применение/- М: Химин, 1993. -336 с.
17.	Пискунов В. А, Зрелов В. Н. Влияние топлив на надежность реактивных двигателей и самолетов/' М: Машиностроение, 1978. - 267 с.
18.	Большаков Г. Ф. Физико-химические основы применения топлив и масел. Теоретические аспекты химмотологии// Новосибирск: Наука. 1987. - 207 с.
19.	Чулков И. В.. Чулков Н. 11. Топлива и смазочные материалы: ассортимент, качество, применение, экономия, экология// М: Политехника. 1996. - 302 с.
20.	Справочник. Топлива. Смазочные материалы. Технические жидкости. Ассортимент и применение' Под ред. В. М. Школьникова// М.: Техинформ. 1999. - 596 с.
21.	Применение горючего на военной технике. Учебник' Под ред. А. М. Снренко" М.: Воениздат. 1989. -432 с.
22.	Чулков 11. В. Моторные топлива: ресурсы, качество, заменители/'' М.: Политехника, 1998. - 415 с.
23.	Гришин Н. Н, Гутенев Б. С.. Лашки В. Л., Прокопьев Н. А Порядок допуска к производству п применению в РФ теплив, масел, смазок и специальных жидкостей-'/ М: Изд. Госстандарт. 1997.
24.	ГОСТ Р 51 176-98. Нефтепродукты. Оформление технического заключения (допуска) к производству и применению.
25.	Химия нефти и газа' Нод редакцией В. А. Проскурякова, А. К. Драбкина'-' СПб: Химия, 1995. -445 с.
26.	Нефтепродукты доя сельскохозяйственной техники/ Под редакцией И.А. Захарьянпа// М: Химия. 1988. -288 с.
27.	Терентьев Г. А., Тюков В. М., Смаль Ф. В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресур-сов// М: Химия, 1989. - 272 с.
28.	Яновский Л. С, Дубовкпн Н. Ф., Галимов Ф. М., Иванов В. Ф. Экология легких моторных топлив/' Казань, 1997. - 204 с.
29.	Данилов А. М. Применение присадок в топливах для автомобилей. Справочник// М.: Химия, 2000. -232 с.
30.	Гуреев А. А., Серегин Е. ГТ. Азев В. С. Квалификационные методы испытаний нефтяных теплив// М: Химия, 1984. - 200 с.
3	1. Теоретические основы химмотологии/ Под ред. А. А. Браткова// М.: Химия, 1985. - 320 с.
32.	Воннов А. Н. Процессы сюрання в быстроходных поршневых двигателях// М: Машиностроение, 1965. -212 с.
33.	Соколик А. С. Сгорание и смесеобразование в дизелях// М: Изд-во АН СССР, 1960. - 222 с.
34.	Льюис Б., Эльбе. Горение, пламя и взрывы в газах/ Перевод с англ.// М.: Мир, 1968. - 292 с.
35.	Чертков Я. Б. Моторные топлива// Новосибирск: Наука, 1987. - 208 с.
36.	Гуреев А. А, Фукс Н. Г., Лашхп В. Л. Химмотология// М.: Химия, 1986.
Литература
487
37	.Забряиский Е. И., Зарубин А. П. Детонационная стойкость и воспламеняемость моторных топлив// М.: Химия, 1973. - 215 с.
38.	Энглин А. А. и др. Применение жидких топлив при низких температурах// М.: Химия, 1980. - 208 с.
39.	И1ехтер Ю. Н. Крейн С. Э.. Тетерина Л. Н. Маслорастворимые поверхностно-активные вещества/' М.: Химия, 1978. - 304 с.
40.	Давлельяров Ф. А, Зоря Е. Н., Цагарелп Д. В. Нефтепродуктообеспечение// М: Н.Д. Математика, 1998. 662 с.
41.	Данилов А. М. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив// М: Химия, 1996. - 232 с.
42.	ГОСТ Р 51313-99. Бензины автомобильные. Обшне технические требования. НПК. Изд. стандартов, 2000.
43.	Европейский стандарт EN 228:1999 Е Топлива для двигателей внутреннего сгорания.-Неэтилированный бензин. Требования и методы испытаний.
44.	Правила проведения сертификации нефтепродуктов. Госстандарт России// М: 1998. -- 19с.
45.	Правила организации проведения приемочных испытаний топлив, масел, смазок и специальных жидкостей для различных видов техники. Госстандарт России// М„ 2001.
46.	Разработка, производство, применение горюче-смазочных материалов и технических средств нефтепродуктообеспечения. Тез. Докл. науч.-технич. конф.// ,М. ИЦ Новый век, 1988. -- 272 с.
47.	Системные исследования. Методологические проблемы/ Под ред. Д. М. Гвишиани// М..ИЦ. Эдитонал УРСС, 1996. - 397 с.
48.	Митгаг X, Риние X. Статистические методы обеспечения качества/ Пер. с нем.// М: Машиностроение, 1995. - 616 с.
49.	Симонова И. Ф. Проблемы совершенствования регулирования нефтяного комплекса России в условиях рынка// М.: ЦНИИТЭ Нефтехим, 1995.
50.	Горупай 11. И., Усин В. В., Середа В. В., Чечкепев И. В. Теоретические основы экологической безопасности применения горючего на автомобильной технике. Тез. докл. научи, практ. конф. Безопасность больших городов// М., 1997.
51.	Папок К. К.. Рагозин Н. А Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам к специальным жидкостям// М.: Химия, 1975. - 392 с.
52.	ГОСТ 4.24-83. Система показателей качества продукции. Нефтепродукты. Топлива жидкие. Номенклатура показателей.
53.	ГОСТ 511. Нефтепродукты светлые. Определение октановых чисел по моторному методу.
54.	ГОСТ 8226. Нефтепродукты светлые. Определение октановых чисел по исследовательскому метод)’.
55.	Семенов Н. Н. Цепные реакции// М.: Наука, 1968.
56.	Чечкепев И. В. Разработка новых методов химмотологических исследований. Груды 25 ГосПИИ МО РФ, вып. 51. М., 1998.
57.	Оптимизация перечня показателей, характеризующих качество горючего и разработка рекомендаций по совершенствованию методов и средств контроля качества горючего в войсках. Шифр Мастер-2. Отчет 25 ГосНИИ МО РФ, 1997. - 109 с. Отчет 25 ГосНИИ МО РФ, 1998. -245 с.
58.	Квалификационные испытания топлив, масел, смазок и специальных жидкостей. Сопровождение их внедрения на военной технике. Техническая справка 25 ГосНИИ МО РФ, 1999. - 43 с.
59.	ГОСТ 15467. Управление качеством продукции. Основные понятия, термины и определения.
60.	1оренков А. Ф. ХГТМ, 1981, № 11, 10-11 с.
61.	Ермаков С. М, Жиглявский А. А. Математическая теория оптимального эксперимента. Уч. пособие// М.: Наука. 1987. - 430 с.
62.	Чечкепев И. В., Усин В. В.. Казякин А. В. Экспериментальные исследования взаимосвязей между физикохимическими свойствами и показателями качества автомобильных бензинов и дизельных топлив. Тез. докл. иаучн.-тех. семинара Актуальные проблемы применения нефтепродуктов. Псков (Пушкинские Горы), 29 июня-4 июля 1998.
63.	Кассандрова О. Л, Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений// М: Наука, 1976. - 104 с.
64.	ГОСТ 26098-84. Нефтепродукт. Термины и определения.
65.	Моисеев Н. Н. Элементы теории оптимальных систем// М: Наука, 1975. - 526 с.
66.	Цирлин А. М. Методы усредненной оптимизации и их приложения// М.: Наука, 1997. - 302 с.
67.	Поляков С. Ю., Чечкепев И. В. Методика оптимизации перечня показателей качества горюче-смазочных материалов’/ Автоматизация и современная технология. 2000. №3.
68.	ГОСТ РВ 51560-2000. Топлива жидкие. Экспресс-метод идентификации и контроля качества.
59. Адлер 1О. 11 Введение в планирование эксперимента// М.: Металлургия, 1964. - 159 с.
70.	Пименов IO. М. Методы моделирования химмотологических процессов. Учебное пособие. ВАТТ// СПб, 2000. - 178 с.
71.	Пименов 1О. М. Основы системного анализа я моделирования в химмотологии. ВАТТ// СПб, 1998. -267 с.
72.	Сафонов А. С, Ушаков А. И.. Чечкепев И. В. Автомобильные топлива. Химмотология. Эксплуатационные свойства. Ассортимент,’/ СПб: НПИКЦ. 2002. - 264 с.
Литература
488
73	Вахлаков В. К. Автомобили. Основы конструкции// М.: Транспорт. 2004.
74	Крачельский И. В. Трение и износ в машинах// М.: Машиностроение. 1968, - 480 с.
75	Коровчинский С. В. Теоретические основы работы подшипников скольжения// М.: Машгиз, 1959. - 320 с.
76	Справочные данные по моторным маслам// Шелл Аддитивз. 1998.
77.	Архангельский В. М.. Вихерт М. М., Воинов А. Н., Степанов Ю. А., Трусов В. И., Ховах М. С. Автомобильные двигатели// М.: Машиностроение, 1977.	591 с.
78.	Химия и технология топлив и масел// М.. Изд-во “Нефть и газ", № 5(525). 2004.
79.	Химическая энциклопедия, т. 1-4// Советская энциклопедия 1988-1995.
80.	Семенов Н. Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности// М.: Изд-во АН СССР. 1958. - 686 с.
81.	Франк-Камеиецкнй Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике// М.: Наука. 1967. 491 с.
82.	Федоров М. И„ Золотов В. А. Классификация и применение моторных масел// М.: Диалог Ml У, 1999. -147 с.
83.	Топлива и смазочные материалы. Рынок продукции. Каталог// М.: Машиностроение, 1994. -126 с.
84.	ТТМ ВАЗ 1.97.715-97. Моторные масла. Технические требования.
85.	Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания/ Под ред. Н. X. Дьяченко// Л.: Машиностроение, 1979. - 392 с.
86.	Соколов В. В.. Туровский Ф. В. В кн.: Новое в применении топлив в автомобильном транспорте// М.: ЦИИАТ, 2003. с. 118-127.
87.	Рошаль Л. Я.. Туровский Ф. В„ Бакапейиик. М.: ЦИИАТ, 2003, с. 4-20.
88.	Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление// Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.
89.	Физический энциклопедический словарь/ Под ред. А. М. Прохоров// М.: “Советская энциклопедия", 1984.
90.	Моторные топлива, масла и жидкости. Том II: Масла и жидкости/ Под ред. Папок К К. и Е. 1. Семенило// М., JL: Гостоптехиздат, 1953. - 346 с.
91.	Чулков 11. В., Чулков И. 11. Смазки и специальные жидкости для транспортной техники. Справочник// М.: Воениздат, 2001. - 432 с.
92.	Кламанн Д. Смазки и родственные продукты/ Под ред. Ю. С. Заславского// М,: Химия, 1988. -488 с.
93.	ГОСТ 28084-89. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические требования.
94.	ГОСТ 19710-83. Этиленгликоль. Технические условия.
95.	Боровая М. С., Нехамкина Л. Г. Лаборант нефтяной и газовой лаборатории. Справочное пособие// М.: Недра, 1990. - 300 с.
96.	British Standard BS 6580: 1992. Corrosion inhibiting, engine coolant concentrate (“antifreeze”).
97.	Standard Specification for Ethylene Glycol Base Engine Coolant for Automobile and Light Duty Scvicc. Designation. D 3306-94
98.	Standard Test Method for Simulated Service Corrosion Testing of Engine Coolants. Designation: D 2570-96.
99.	ГОСТ P 51069-97. Нефть и нефтепродукты. Метод определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром.