. Классификация масел

Дата: 2025-04-30; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Классификация SAE (Society of Automotive Engineers) подразделяет масла на 10 вязкостных классов: шесть зимних и 4 летних сорта, табл. 2. Соответствие между Российской классификацией масел по вязкости и классификацией SAE показано в табл. 3

Классификация моторных масел по уровню эксплуатационных свойств, предложенная АРI (American Petroleum Institute), делит масла на две категории – для карбюраторных и дизельных двигателей.

S – карбюраторные.

SA – двигатели, работающие в легких условиях.

SB – двигатели, работающие при умеренных нагрузках.

SC – двигатели с повышенной нагрузкой выпуска до 1964 года.

SD – модели выпуска до 1968 года.

SE – выпуска до 1972 года.

SF – двигатели, работающие на неэтилированном бензине

Таблица 2

Характеристики масел по SAE

Температура застывания на 5 °С ниже температуры прокачивания.

Таблица 3

Соответствие вязкостных классов масел различных классификаций

Категория С – дизели.

CА – малые нагрузки, малосернистое топливо.

CB – без наддува, повышенные нагрузки, сернистое топливо.

CC – в тяжелых условиях, умеренный наддув.

CД – высокий наддув, тяжелые условия.

Дробная маркировка, например SE/CD, можно использовать и в карбюраторных двигателях и в дизельных.

Соответствие между Российской классификацией масел по уровню эксплуатационных свойств и классификацией API показано в табл. 4

Таблица 4

Соответствие масел различных классификаций

Вопрос 61. Уравнение теплового баланса ДВС

7.4. Тепловой баланс ДВС

Распределение энергии, подведенной с топливом, характеризуется внешним тепловым балансом (рис.43).

Рис. 43 Распределение теплоты в двигателе с наддувом

Внешний тепловой баланс позволяет судить о степени совершенства двигателя, является исходным при проектировании систем охлаждения и смазки и определяет пути наиболее рациональной утилизации тепловых потерь.

Уравнение внешнего теплового баланса (за 1 час работы)

Q_т = Q_е +Q_г + Q_в + Q_м + Q_н.п.,

где Q_т - теплота сгорания введенного в двигателя топлива; Q_е – теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя; Q_г – теплота, уносимая выпускными газами; Q_в – теплота, отводимая от двигателя водой; Q_м – теплота, отводимая маслом; Q_н.п. – неучтенные потери (невязка баланса).

Теплота сгорания введенного в двигателе топлива Q_т = В_ч · Q_н,

где В_ч – часовой расход топлива , Q_н - низшая теплота сгорания топлива.

Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя Q_е = 3600 N_e.

К неучтенным тепловым потерям Q_н.п. относят теплоту, отдаваемую от нагретых поверхностей двигателя в окружающую среду, химический недожог и унос топлива с отходящими газами, а также теплоту, соответствующую кинетической энергии выпускных газов. Определяют Q_н.п. как разность между теплотой сгорания введенного в двигателя топлива и известными составляющими теплового баланса.

На рис. 43 показаны также внутренние составляющие теплового баланса: Q_i - теплота, затраченная на индикаторную работу, Q_цпг – теплота, отведенная водой от деталей ЦПГ, Q_гр – теплота, подведенная к турбокомпрессору, Q_тк – теплота, обеспечивающая работу турбины, Q_тр – теплота трения в узлах двигателя, Q_мп – теплота, отведенная маслом от поршней, Q_тр.м – теплота, отведенная маслом от узлов трения двигателя, Q_тк.м- теплота, отведенная маслом от узлов трения турбокомпрессора, Q_к – теплота, отводимая водой от выпускного коллектора двигателя, Q_v – теплота, отводимая водой от корпуса турбокомпрессора, Q_тр.в. – часть работы трения, перешедшая в теплоту и уносимая водой, Q_онв – теплота, отводимая водой от наддувочного воздуха, Q_ком – теплота, полученная в компрессоре, Q_дв – теплота, возвращаемая в цикл с воздухом.

Для возможности сравнения тепловых балансов двигателей различных типов, распределение теплоты по составляющим выражают в относительных единицах (%), относя абсолютные их значения к теплоте Q_т.

Тогда q_т = q_е +q_г +q_в+q_м+q_н.п..

У современных ДВС внешние составляющие теплового баланса в относительных единицах имеют следующие значения: q_е = (38÷54) %; q_г = (25÷45) %; q_в= (12 ÷25)%; q_м = (1÷7)%; q_н.п= (1÷8)%.

Например, двигатель 6ДКРН 60/190, g_е = 0,174 кг/(кВт·час), имеет следующие составляющие теплового баланса q_е = 0,485, q_г =0,260, q_в = 0,074, q_{охл.н.в.}=0,173, q_м = 0,008.

Здесь q_{охл.н.в.}- доля теплоты, отводимая в охладителе наддувочного воздуха.

Таким образом, в судовых ДВС в эффективную работу преобразуется только 38-54 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. Остальное составляют тепловые потери. Из них часть теплоты уносится отработавшими газами, часть непосредственно через элементы двигателя (детали ЦПГ, клапаны, патрубки, охлаждаемые детали турбокомпрессора и др.) передается в систему охлаждения (воду и масло), некоторая доля теплоты путем сложных преобразований (например, преобразование части теплоты в механическую работу трения в узлах двигателя с последующим переходом ее вновь в тепловую) также поступает в систему охлаждения. Часть теплоты возвращается в цикл с воздухом, подаваемым от турбокомпрессора.

Вопрос 62.Термодинамические циклы.

Термодинамические циклы поршневых ДВС

Циклом теплового двигателя называют круговой термодинамический процесс, в котором теплота превращается в работу. Все термодинамические процессы действительного цикла, осуществляемого в реальном двигателе, в той или иной степени необратимы. Необратимость процессов, например, связана с наличием трения в потоке газа, на преодоление которого затрачивается работа. На практике широко распространен анализ обратимых термодинамических циклов, вследствие их наглядности, простоты анализа и расчетов. Обратимый цикл является как бы эталонным циклом, обладающим максимальным термическим к.п.д. h_т при тех же параметрах. При их исследовании принимают следующие допущения:

1. Рабочее тело – идеальный газ.

2. Масса рабочего тела неизменная и одинаковая во всех процессах;

3. Изменением теплоемкости рабочего тела пренебрегают или учитывают изменение теплоемкости в зависимости от температуры и состава смеси газов.

4. Подвод теплоты к рабочему телу осуществляется ее отдачей от горячего источника.

5. Процессы газообмена заменяют обратимым процессом с отводом теплоты от рабочего тела холодному источнику.

6. Процессы сжатия и расширения принимают адиабатными.

ДВС – тепловая машина, в которой подвод тепла к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя. Рабочим телом в таких двигателях является на первом этапе воздух или смесь воздуха с легко воспламеняющимся топливом, а на втором − продукты сгорания этого жидкого или газообразного топлива.

В ДВС давления рабочего тела не слишком высоки и температуры его намного превышают критические, что позволяет с хорошим приближением рассматривать рабочее вещество как идеальный газ; что существенно упрощает термодинамический анализ цикла.

ДВС обладают двумя существенными преимуществами по сравнению с другими типами тепловых двигателей. Во - первых, нет необходимости в больших теплообменных поверхностях, через которые осуществляется подвод тепла от горячего источника к рабочему телу. Во-вторых, в ДВС предельное значение непрерывно меняющейся температуры рабочего тела, получающего тепло не через стенки двигателя, а за счет тепловыделения в объеме самого рабочего тела может существенно превосходить предел допустимости для конструкционных материалов. К тому же стенки цилиндра и головки двигателя удобно охлаждать, что позволяет расширить температурные границы цикла и тем самым увеличить его термический к.п.д.

Различают три основных вида циклов поршневых ДВС: цикл Отто (сгорание при V = const), цикл Дизеля (сгорание при Р = const) , цикл Тринклера (сгорание при V = const, и затем при Р = const).

Цикл Отто, (рис. 3) названный по имени немецкого конструктора Н. А. Отто, осуществившего этот цикл в 1876 году. В процессе а - 1 поршень движется вниз и в цилиндре создается разрежение, происходит впуск воздуха с парами топлива (карбюраторный двигатель). В т.1 всасывающий клапан закрывается и в процессе 1- 2 происходит сжатие горючей смеси. В точке 2 смесь зажигается свечой. Сгорание мгновенное, поршень не успевает переместиться, давление растет до точки 3.

Под действием давления поршень перемещается вниз, совершая работу расширения, отдаваемую потребителю. В точке 4 открывается выхлопной клапан, давление снижается до Р₅. Затем поршень идет вверх, выталкивая оставшийся газ.

а

б)

Рис. 3 Цикл Отто: а)индикаторная диаграмма; б)идеализированный цикл

Термодинамический анализ цикла Отто удобно производить, рассматривая идеализированный цикл. Реальный цикл ДВС − разомкнутый цикл.

Поскольку в горючей смеси, подаваемой в цилиндр, топлива немного по сравнению с воздухом, то можно считать, что цикл ДВС является замкнутым, рабочим телом является воздух, количество которого в двигателе остается неизменным, а подвод тепла к рабочему телу осуществляется от внешнего горячего источника через стенку цилиндра в изохорном процессе 2 - 3 и отвод тепла в изохорном процессе 4 - 1. С точки зрения термодинамического анализа такой замкнутый цикл не отличается от разомкнутого цикла Отто.

Процессы сжатия 1 - 2 и расширения 3 - 4 происходят за весьма короткие промежутки времени, в течение которых не успевает произойти заметного теплообмена с окружающей средой и с хорошим приближением эти процессы можно считать адиабатными.

Термический к.п.д. цикла Отто:

. (3)

Для идеального газа в адиабатном процессе:

где степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Для адиабат 1 - 2 и 3 - 4:

.

. (4)

Разделив почленно и учитывая, что и , получим:

и . (5)

Термический к.п.д. цикла Отто зависит только от степени сжатия рабочего тела в адиабатном процессе 1 - 2, причем, чем выше степень сжатия e, тем выше к.п.д. двигателя. Практически осуществить сжатие до слишком высоких значений e, сопровождающееся значительным повышением температуры и давления, не удается, так как происходит самовоспламенение горючей смеси, детонация и разрушение элементов двигателя. Обычно e = 7¸12. Величина степени сжатия зависит от качества топлива, повышаясь с улучшением антидетонационных свойств, характеризуемых октановым числом;

e − можно повысить, если сжимать не горючую смесь, а чистый воздух, а затем, после окончания процесса сжатия, вводить в цилиндр горючее. На этом принципе построен цикл Дизеля (рис. 4), по имени немецкого инженера Рудольфа Дизеля, построившего в 1896 году двигатель, работающий по этому принципу (патент № 67207 с 1892г.).

б)

Рис. 4. Цикл Дизеля: а)индикаторная диаграмма; б)идеализированный цикл

Введем понятие «степень предварительного расширения».

− отношение объема цилиндра в конце изобарного процесса подвода теплоты к объему камеры сгорания.

Из общего выражения для термического к.п.д. цикла

. (6)

В изобарном процессе идеального газа:

. (7)

Из уравнений адиабаты для процессов 1 - 2, 3 - 4 следует:

; , (8)

с учетом того, что и почленно деля, получаем:

. (9)

Заменяя Р1 и Р4 на изохоре v₄ = v₁ по уравнению Клайперона-Менделеева

(10)

и, подставляя отношение температур, получим

. (11)

К.п.д. цикла Дизеля тем выше, чем больше степень сжатия (как и в цикле Отто) и чем меньше величина .

Двигатель Дизеля не нуждается в карбюрировании топлива, может работать на более низкосортном топливе. Недостаток – относительная тихоходность из-за медленного сгорания топлива.

Цикл со смешанным сгоранием, или цикл Тринклера (рис 5) (по имени Российского инженера Г.В. Тринклера, впервые предложившего этот цикл в 1904г.)

Рис. 5. Цикл Тринклера

. (12)

Для изохоры 4-1 из уравнения Клайперона-Менделеева

,

где l = Р₅ /Р₂ − степень повышения давления в изохорном процессе сгорания (отношение максимального давления цикла к давлению в конце сжатия в цилиндре), - степень предварительного расширения в изобарном процессе сгорания.

С учетом этого соотношения получаем:

; ; ; .

. (13)

При ρ = 1 (отсутствие изобарного процесса) уравнение превращается в уравнение для цикла Отто, а при l = 1 (отсутствие изохорного процесса) уравнение превращается в уравнение для цикла Дизеля.

Сравнение термического к.п.д. цикла Тринклера с термическими к.п.д. циклов Отто и Дизеля показывает, что при одинаковых степенях сжатия e (рис. 6, а)

,

а при одинаковых максимальных температурах цикла Т₃ (рис. 6, б):

.

Указанные соотношения наглядно объясняются Т - s диаграммой

(рис. 6).

а) б)

Рис. 6. Сравнение циклов: а)при одинаковой степени сжатия;	б) при одинаковой максимальной температуре цикла

Так для всех трех циклов теплота q₂ равна и в координатах Т-s соответствует площади а-1-4-б-а. Работа цикла, которая соответствует площади, ограниченной линиями процессов цикла, у всех циклов разная. При одинаковой степени сжатия она максимальная у цикла Отто, а при одинаковой наибольшей температуре цикла она максимальна у цикла Дизеля.

Вопрос 63. Индикаторная диаграмма Коэффициент полноты индикаторной диаграммы.