汽车运行材料课件 模块三 车用柴油

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模块三活塞连杆组故障诊断与修复

车用柴油一、与汽油一样，柴油也是从石油中提炼出来的烃类混合物。柴油分为轻柴油和重柴油，两者的沸点范围分别为180~370℃和350~410℃，轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。汽车用柴油机属高速柴油机，所用柴油为轻柴油，以下简称柴油。柴油与汽油相比，具有馏分重、自燃点低、相对密度大、蒸发性差、储存和运输过程中损耗小、使用安全等特点。而且柴油发动机与汽油发动机相比较，具有耗油量低、能量利用率高、废气排放量小、工作可靠性好、功率适用范围宽等优点。所以，随着柴油发动机技术的不断提高，柴油车的应用将会越来越广泛。目前，在中、重型汽车动力领域，柴油机保持了其领先地位；在轻型车动力领域，柴油机的应用范围也在不断扩大。随着柴油车保有量的增多，柴油作为汽车燃料的需求量也已越来越大。柴油的使用性能一、（一）低温流动性柴油的低温流动性是指在低温条件下柴油具有一定流动状态的性能。柴油的密度和黏度都比汽油大，且随着温度的降低，柴油的黏度会变得更大。由此，在低温条件下，能否在发动机燃油供给系统中顺利地泵送柴油便成为问题。如果柴油的低温流动性不好，在低温下失去流动性，就会妨碍柴油在油管和滤清器中顺利通过，使供油量减少甚至中断，导致发动机不能正常工作甚至熄火。为了能使柴油发动机可靠地供给燃油，要求柴油应具有良好的低温流动性。在组成柴油的烃类中有一部分为石蜡，常温下石蜡在柴油中呈溶解状态存在，但随着温度逐渐下降，石蜡开始形成网状结晶并从柴油中析出，温度越低，结晶现象就越严重。这些网状结晶使柴油的流动阻力增加，流动性变差，特别容易堵塞柴油滤清器，最终使柴油彻底失去流动性。柴油的使用性能一、（一）低温流动性柴油的低温流动性，除了对柴油机燃料供给系统在低温下能否正常供油有影响外，还影响其在低温下的储存、运输、罐装等作业的正常进行。为了改善柴油的低温流动性，通常以脱蜡或加降凝剂的方法来降低其凝点。脱蜡程度深则凝点也低，若脱蜡深度不能满足需要，可加适量的降凝剂。降凝剂有抑制柴油中石蜡结晶生长的作用，可改善柴油的低温流动性能。柴油低温流动性的评价指标为凝点、浊点和冷滤点。根据各国气候特点及使用习惯，对柴油低温流动性的评价指标也不尽相同，美国采用浊点，欧盟采用冷滤点，日本采用凝点，我国采用凝点和冷滤点。柴油的使用性能一、（一）低温流动性1.凝点在一定的试验条件下，将柴油冷却到液面不流动时的最高温度，称为柴油的凝固点，简称凝点。凝点的简单测试方法是，把装有柴油的瓶子从原来竖直放置转到水平位置，经过5s后液体不流动的最高温度就是凝点。我国柴油的牌号就是依据凝点划分的。柴油的凝固较之纯化合物的凝固有很大的不同，柴油并没有明确的凝固温度，所谓“凝固”只是从整体看液面失去了流动性。凝点是柴油低温流动性的主要评价指标，其高低与柴油的化学组成有关，饱和烃的凝点比不饱和烃的凝点高；饱和烃中，正构烷烃的凝点比异构烷烃的凝点高；正构烷烃中，碳链长度越长的其凝点就越高。柴油的使用性能一、（一）低温流动性2.浊点在一定的试验条件下，将柴油冷却到开始出现浑浊的最高温度称为浊点。可以看出，同一种柴油其浊点比凝点高，也就是说柴油达到浊点后，虽然有石蜡晶体析出，使柴油在燃油供给系统中的流动阻力增大，但是还不是很严重，不会堵塞柴油滤清器，还能保证正常的供油，不影响柴油机的正常工作，可见浊点并不是柴油使用的最低温度。所以，用浊点作为柴油低温流动性评价指标过于苛刻，除美国等少数国家现在还采用浊点外，其他国家现在基本上都不用浊点这个指标了。柴油的使用性能一、（一）低温流动性3.冷滤点冷滤点是指在规定的条件下，被测柴油不能以20mL/min的流量通过过滤器时的最高温度。由于冷滤点与柴油的实际使用温度有良好的对应关系，能够反映柴油低温实际使用性能，最接近柴油的实际最低使用温度，所以与浊点和凝点相比，它更具有实用性，正因如此大多数国家普遍采用冷滤点作为柴油低温流动性的评价指标。在选用柴油牌号时，应同时兼顾当地气温和柴油牌号对应的冷滤点两个因素。5号轻柴油的冷滤点为8℃，0号轻柴油的冷滤点为4℃，-10号轻柴油的冷滤点为-5℃，-20号轻柴油的冷滤点为-14℃。柴油的使用性能一、（二）燃烧性柴油的燃烧性是指柴油的自燃着火能力，因此又称柴油的发火性。与汽油机的电火花点火燃烧方式不同，柴油机的燃烧方式是压缩后自燃着火，这就要求柴油必须有良好的自燃着火能力。柴油机的燃烧过程分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期四个阶段。燃烧性好的柴油，具有较低的自燃点，在发火延迟期内，燃烧室便形成高密度的过氧化物，成为发火中心，易于自燃着火，因此发火延迟期较短，不会形成大量燃油同时爆发燃烧现象，整个燃烧过程较均匀，汽缸压力上升平缓，最高压力也较低，对活塞的推力在时间上分布合理，发动机工作柔和，不会出现柴油机特有的工作粗暴现象，动力性和经济性都比较好。柴油的使用性能一、（二）燃烧性若柴油的燃烧性能较差，其着火延迟期会变长，此期内喷入汽缸的柴油积存量过多，一旦自燃着火，便有过量的柴油同时燃烧，使汽缸压力急剧升高，造成发动机运转不平稳，并产生强烈的震击声，这种不正常燃烧现象，就是柴油机工作粗暴。柴油机工作粗暴会使曲柄连杆机构承受过大的冲击力，产生强烈的金属敲击声，加速零件的磨损和损坏，并使发动机功率下降，油耗增加。但是，柴油的燃烧性也不能过好。燃烧性过好的柴油，其自燃点太低，着火延迟期过短，易使混合气来不及混合均匀就燃烧，造成燃料燃烧不完全，缸内最高爆发压力下降，导致柴油机的输出功率下降。此外，由于燃料燃烧不完全，还会出现排气冒黑烟、燃料消耗增大的情况。同时，燃烧性过好的柴油，一般凝点也过高，馏分也较重，使用不便且污染加重。柴油的使用性能一、（二）燃烧性柴油燃烧性的评价指标是十六烷值。十六烷值是指与柴油自燃性相当的标准燃料中所含正十六烷的体积百分数。它是在规定条件下的标准发动机试验中，通过和标准燃料进行比较来测定的。所谓“标准燃料”，是用正十六烷（C16H34）和α-甲基萘（C11H10）按不同体积百分数配制成的混合物，其中正十六烷的燃烧性能良好，规定其十六烷值为100；α-甲基萘的燃烧性能差，规定其十六烷值为0。按不同体积比例将二者混合即得到多种标准燃料。标准燃料中正十六烷的体积百分数就是标准燃料的十六烷值，该值范围为0~100。在发动机上进行反复试验，若待测柴油的发火性能与某种标准燃料的发火性能相同，则该标准燃料的十六烷值就是待测柴油的十六烷值。柴油的使用性能一、（二）燃烧性柴油机的额定转速越高，为确保在短时间内燃烧完全，就要求柴油的发火性能越好，因此要求柴油的十六烷值就越高。通常要求柴油的十六烷值在40~60之间比较合适，当柴油的十六烷值高于50以后再往上提高，对着火延迟期缩短作用已不大，且这种柴油高温下易裂解成不易燃烧的炭粒使排气冒黑烟。一般情况下:（1）额定转速在1000r/min以下的柴油机，可使用十六烷值为35~40的柴油。（2）额定转速在1000~1500r/min的柴油机，可使用十六烷值为40~45的柴油。（3）额定转速在1500r/min以上的柴油机，可使用十六烷值为45~60的柴油。柴油的使用性能一、（三）蒸发性柴油的雾化和蒸发性简称蒸发性，是指柴油经喷油器喷入汽缸后分散成液体颗粒及进一步汽化的能力。在既定燃烧室和喷油设备前提下，柴油的雾化和蒸发性就决定了可燃混合气形成的品质和速度。为了保证动力性和经济性，柴油机的可燃混合气必须在活塞位于压缩行程上止点附近时快速形成，相应的喷油持续时间只有15°~30°曲轴转角，可燃混合气形成时间短到只有汽油机的1/30~1/20，况且柴油馏分比汽油重，蒸发性比汽油差。因此，为使可燃混合气均匀，柴油机在接近压缩行程终了时，借助喷油泵、喷油器的高压，在喷入汽缸瞬间先将柴油分散成细小雾粒，再使这些细小的雾粒与汽缸中组织起一定气流运动的高温高压空气相混合，完成快速蒸发，最后自燃着火。在如此短的时间内，要完成喷油、蒸发、混合、燃烧等过程，就要求柴油本身必须具有良好的雾化和蒸发性能。柴油的使用性能一、（三）蒸发性使用蒸发性能差的柴油，在活塞位于压缩行程的上止点附近时，柴油就会来不及完成蒸发和混合，燃烧将拖延到膨胀行程继续进行，结果使排气温度升高，增加了柴油机的热损失；来不及蒸发的柴油在高温下会发生热分解，形成难于燃烧的炭粒，使排气冒黑烟，导致排放污染增加，油耗增大；未燃烧或未完全燃烧的柴油，还有可能窜入油底壳，使发动机润滑油变质，导致磨损加剧。但是，柴油的蒸发性也不能过强，否则会使柴油在储存和运输过程中蒸发损失过大，且安全性也差。柴油的使用性能一、（三）蒸发性柴油蒸发性的主要评价指标有馏程、黏度、密度和闪点。1.馏程柴油馏程的测定方法与汽油相同，评定柴油蒸发性采用的是50％蒸发温度、90％蒸发温度和95％蒸发温度。50％蒸发温度，表示柴油中轻质馏分的含量。50％蒸发温度低，说明柴油中轻质馏分多，蒸发性就好，易形成均匀的混合气，柴油机易起动。但该温度也不宜过低，过低会因轻质馏分太多而使发动机产生工作粗暴现象。国家标准规定轻柴油50％蒸发温度不高于300℃。50％蒸发温度对发动机起动性能的影响见表3-1。柴油的使用性能一、（三）蒸发性1.馏程90％蒸发温度和95％蒸发温度，表示柴油中重质馏分的含量。90％蒸发温度和95％蒸发温度高，说明柴油中重质馏分多，蒸发性差，形成的混合气质量差，燃烧不完全，易造成发动机排气冒黑烟，功率下降，油耗增多，零件磨损增大等。国家标准规定轻柴油90％蒸发温度不高于355℃，95％蒸发温度不高于365℃。柴油的使用性能一、（三）蒸发性2.黏度黏度是指液体在外力作用下发生移动时，液体分子间所呈现的内部摩擦力，是表示油品流动性能好坏的一项指标。黏度小的油品流动性能好，黏度大的油品流动性能差。温度升高黏度变小，温度降低黏度变大，因此，表示某一油品的黏度时必须标明温度，否则没有意义。黏度有多种表示方法，评价柴油的蒸发性采用的是运动黏度指标。运动黏度是液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，其常用单位为m2/s。轻柴油规格中规定测定20℃的运动黏度。柴油的黏度越小，其流动性、蒸发性和雾化质量就越好。但黏度也不宜过小，否则喷油器的喷雾锥角大，喷油射程短，混合气形成不均，燃烧不完全，功率下降；黏度过小还会引起柴油机精密偶件润滑不良，导致磨损加剧。因此，每种柴油都有规定的黏度范围值。柴油的使用性能一、（三）蒸发性3.密度柴油的密度过大，将使其雾化质量变差，混合气形成不均匀，燃烧条件恶化，排气冒黑烟，发动机经济性下降。柴油密度大说明其中芳香烃含量多，易导致柴油机运转时发生工作粗暴现象。4.闪点闪点是在规定的试验条件下加热，油品所产生的蒸气与周围空气形成的混合气接触火焰发生瞬间闪火时的最低温度。根据测定仪器的不同，闪点有开口闪点和闭合闪点两种。用开口杯闪点测定器测得的闪点为开口闪点，用闭口杯闪点测定器测得的闪点为闭口闪点。轻柴油采用闭口闪点。柴油的使用性能一、（四）其他使用性能1.安定性柴油的安定性又称氧化安定性，就是指柴油的化学稳定性，即在储存、运输和使用过程中抗氧化性能的大小。柴油中的不饱和烃（特别是二烯烃），发生氧化反应后颜色变深，气味难闻，同时产生一种胶状物质及不溶性沉渣，严重时会造成柴油机滤油器堵塞和喷油嘴结焦等故障。安定性好的柴油在运输、储存和使用过程中外观颜色变化不大，基本上不产生不可溶的胶质和沉渣。安定性差的柴油随时间推移其颜色逐渐变深，实际胶质逐渐增多，易导致滤清器堵塞、喷油器孔黏结或堵死、活塞组零件表面上形成漆膜或积炭，严重时导致供油中断。柴油的使用性能一、（四）其他使用性能1.安定性柴油的安定性主要取决于其化学成分，外部环境对柴油安定性也有一定的影响。柴油的化学成分包括烃类组成和非烃类组成。其中烃类中的烯烃、二烯烃、环烷芳香烃和非烃类中的硫化物、氮化物等导致柴油的安定性变差。外部环境对柴油安定性的影响主要包括储存容器、空气中的氧气含量以及光线和温度等因素。金属的储存容器会对柴油的氧化有一定的催化作用，空气中氧气含量大会使柴油与氧接触的机会增多，光线强、温度高会加速柴油变质的速度，这些外部环境因素都会使柴油的安定性变差。柴油的安定性用总不溶物（mg/100mL）来表示，其值越大，说明柴油的安定性越差。国家标准《车用柴油》（GB19147—2016）中规定柴油的总不溶物不大于2.5mg/100mL。柴油的使用性能一、（四）其他使用性能2.腐蚀性柴油的腐蚀性是指它对与其接触的金属、塑料、橡胶等制品所具有的溶胀及侵蚀作用，柴油的腐蚀性主要由其中的硫化物和有机酸等成分产生的，还有少量无机酸和碱性物质。柴油腐蚀性的评价指标是硫含量、酸度和铜片腐蚀试验。柴油的使用性能一、（四）其他使用性能2.腐蚀性1）硫含量含硫柴油燃烧后，其燃烧产物中的二氧化硫和三氧化硫等酸性氧化物，在汽缸中与水蒸气作用生成亚硫酸和硫酸，会对缸壁、活塞等机件产生强烈的腐蚀，且在随其他燃烧废气排出时，会对排气系统造成腐蚀。含硫柴油燃烧产生的酸性硫化物窜入曲轴箱后会污染柴油机润滑油，使润滑油的某些成分变成磺酸或胶质，同时也会与柴油机润滑油中呈碱性的清净分散剂起中和反应，使润滑油失去清净分散作用而变质。使用含硫量过大的柴油还会使燃烧室、活塞顶、排气门等部位的积炭增多。含硫燃料燃烧产物中的二氧化硫和三氧化硫气体排入大气还会造成空气污染，危害人类健康。国家标准GB19147—2016中规定柴油的硫含量不大于10mg/kg。柴油的使用性能一、（四）其他使用性能2.腐蚀性2）酸度柴油中的有机酸，不但对机件有腐蚀，还会使喷油器头部和燃烧室积炭增多，喷油泵柱塞副磨损加剧，进而导致汽缸活塞组件磨损加剧，柴油机喷油恶化，功率降低。柴油中有机酸的含量用酸度来衡量，单位为mg/100mL。国家标准GB19147—2016中规定柴油的酸度不能超过7mg/100mL（以KOH计）。3）铜片腐蚀试验铜片腐蚀试验是将铜片放入密闭柴油容器内，并加热到50℃浸泡3h，然后通过与色板对比，确定铜片腐蚀等级。国家标准GB19147—2016规定铜片腐蚀等级不能超过1级。柴油的使用性能一、（四）其他使用性能3.清洁性柴油的清洁性是指柴油中不含有机械杂质和水分，且燃烧后不产生灰分。柴油中的机械杂质和水分一般是在运输、储存和使用过程中受外界污染而混入的。机械杂质会增大柴油机燃油供给系统中精密零件的磨损，水分会加大有机酸对金属的腐蚀，所以，应严格限制它们在柴油中的含量，国家标准GB19147—2016中规定轻柴油不允许有机械杂质，水分含量不大于0.03％（体积分数），即不大于痕迹。灰分是指柴油燃烧后留下的无机物。灰分沉积在燃烧室中会加快汽缸壁与活塞环的磨损，所以，也应严格限制它在柴