Лаврик А.Н. Топливо для ДВС

Подождите немного. Документ загружается.

*0 т /50 200 Ш 300

Те/чле/усгти/га , Т

JS0 400

Рно, 16, Фракционный состав тошшв: I - бензин А-76 газокон-

денсатный; 2 - бензин А-7Б летний; 3 - дизельное

зимнее газоконденсатное топливо широкого фракционно-

го. оостав'а (ВИЗ); 4 - дизельное зимнее топливо (ДЗ)

Температуры Фракционной перегонки характеризуют те или иные эксп-

луатационные свойотва тошшв. Температура начала кипения к темпера-

тура выкипания 105? бензина характеризуют наличие в топливе наиболее

легкоиспаряющихся фракций, которые могут испарятьоя дахз в условиях

непрогретого двигателя. Поэтому эти температуры оказывают наиболь-

шее влияние на пуск двигателя, оообенно при низких температурах эк-

сплуатации (рис. 17). Однако чрезмерное увеличение количества легких

фракций в топливе может привести к появлению паровых пробок в усло-

виях прогретого двигателя и к повышенным потерям.бензина при хра-

нении и применении.

Противоречивость требований к бензинам о точки зрения пусковых

качеств и бесперебойной подачи его в карбюратор и привело к тому,

что содержание нивкокипящих фракций в бензинах регулируются величи-

ной давления насыщенных паров и температурами перегонки 10$ ТОПЛИЕЭ

ж начала кипения. -

С учетом этих параметров технически оправданно производство все-

еевошшх северных, вееоваонных южных, а также летних и аимннх

бензинов (табл. 5).

№

<f о

V \

\/у

-А

/ш.

—у

—

, ,,

/ч \ / !

\\.<r ":i

-0

W 60 so sao

Геялерап/ра t/o, f

/7\

\ \

Рис.

17. ВЛЙЯНИГ- температуры

выкипания I® бензина на

пуск двигателя: I - паровые

пробки; П - нормальный пуск;

Н! - трудный пуок;ТУ - пуск

невозможен

т ш ш ?£&

Ге/кле/замра

ts», С

Рис.18. Влияние температуры

выкипания 50% бензина на

приемистость двигателя: I -

нормальная приемистость; П -

плохая приемистооть

Таблиц 5

Требования к фракционному составу бензинов

Сорт

бензина

Темпера-

тура на-

чала ки-

пения,^

Темпера-

тура пе^

регонки

10$ бен-

зина,. °С

Давление

насыщенных

паров,

мм рт.ст.

Температурные предела

работоспособности двзи

гателей, °С

Минимальн Жаяоимальн.

темпера- {температура

тура пус- воздуха,при

ка холод- кототэой не

ного дви- образуются

гателя патовые

пробки

Северный

Зимний

Летнай

1квнй

Не выше

Не ниже

Не выше

ниже

выше

Не

Не ниже

Не ваше

85"

Не менее 600,

не более 700

Не менее 500,

не более 600

Не менее 300

Не более 400

Не менее 250

Не более 350

-30

-25

-15

«10

+30

+3S

+50

+55

39-

Учятяввя трудности, возникающие при увеличении номенклатуры Я

бензина по фракционному составу, наша промышленность выпускает лет-Ц

те

эимние бензины. Зимние бензины можно использовать в качестве

всесезонного северного, а летние - в качестве всесезонного южного.

Температуры if о , I м , •/„ да оказывают влияние на вреда прог-

реве и приемистость двигателя, однако определяющее влияние оказы-

вает температура выяячаяия 5С$ топлива (^яе. 18).

Под временем прогрева понимают время от момента пуска двигателя

до момента достижения плавной, устойчивой* без рывков работы двига-

теля. Под приемистостью двигателя понимают его способность обеопечи

евстрый разгон автомобиля до нужной скорости после резкого открытия '

уросоелл.

Для обеспечения минимального времени прогрева и хорошей приемио-

тооти двигателя температура внюшания 50$ доляна быть для оээеряых

бензинов не втв 90, зимних - 100, летних - НО и южных не выше

120°С.

Большое эксплуатационное значение имеет температура конца кшгения;

iк.к бензина, которая характеризует наличие в нем тяжелых трудно-

исдаряющЕжея фракций. Увеличение температур» конца кипения увеличи-

вает долю топлива, поступающего в цилиндр в жидком виде. Жидкая

часть испаряется в цилиндре двигателя не полностью, а это влечет за

собой сдав масла с трздюсоя деталей, разжижение масла в картчре, уве

лнчеиве нвгарообразованкя, В результате убыстряется износ и онижа-

етея экономичность при работе двигателя на топливах с цовшенной те^

пературой конца кипения (рис. 19, 20).

Б довоенный период ввпускались бензины о температурой конца гаше-

ния ?35°С, о 1946 г. температура конца кипения была понижена до 206,

а с 1967 г. для зимних до 185 и летних сортов до 195°С.

Выбор оптимальней температура конца кипения имеет большое значе-

ние особенно в связи с широким внедрением процесса каталитического

ряформияга доя улучшения детонационной стойкости низкооктановых бен-

зинов прямой гонки. При каталитическом риформинге за счет ароматиза-

ции возрастает температура конца кипения, а наиболее стойкие к дето-

нации углеводороды находятся в выоококипящих фракциях. Поэтому смя-

тение, ijt.tt бензинов риформинга ведет к ухудшению их детонационной

стойкости.

Для бензинов с компонентами каталитического реформинга выбор оп-

тимальной температуры конца кипения требует дополнительных нооледо-

• .4

40'

ЩЯЮ

3 'M

m m

/во

м> яо

rewsrtpcr/nvpa t* r,

°C

Влияние тешературы кон-

ца кипения бензина на из-

нос двигателя

mo т :т 22а w

Темяррагцоа tu x , "С

Рио.19. Влияние температуры нон- Рис.20. Влияние температур» кон-

па кипения бензина на его

расход при эксплуатация

автомобиля

ваний. В ряде стран применяют бензины с температурой конца кипения

215...220°0.

Эта проблема возникает иногда и при получении бензинов m газовых

конденсатов методом прямой гонки, где значительную часть ароматиче-

ЙКЮС углеводородов содержат хвостовые фракции.

4.4, Свойства бензинов, влияющие на процесо сгорания

Закономерность выгорания топлива в двигателях внутреннего сгора-

ния может быть описана уравнензеи профессора Й.И.Вибе:

где X - доля выгоревшего топлива зэ врет, соответствующее углу по-

ворота коленчатого вала у? ; у?

- условная продолжительность процес-

са сгорания, выраженная в углах п.к.в,; (Т1 - показатель характера

сгорания.

Условная продолжительность процесса сгорания количественно харак-

теризует практическое окончание химической реакции взаимодействия

кислорода воздуха ш топлива и среднюю скорость сгорания.

Показатель характера сгорания однозначно характеризует максималь-

ную скорость сгорания я ее положение относительно момента воспламене-

ния. 3.реальная циклах показатель характера сгорания наибольшее вли-

яние оказывает на газовые нагрузки двигателя, а продолжительность

вгорэявя вместе с коэффициентом эффективности сгорания влияют на

экономические показатели рабочего цикла. 41

Вибе показал, что для карбюраторных и дизельных двигателей оп-

тимальное значение показателя характера - 1,5, а условной продол-

жительности сгорания - 50 град.п.к.в. При этих значениях обеспечи-

вается высокая экономичность при удовлетворительных газовых и теп-

ловых нагругках в двигателе. Это справедливо для условий бездетоне»

цаснного сгорания топл/ва в двигателе.

Способность топлива сгорать в двигателе с принудительным зажига»

кием без детонации называют детонационной стойкостью топлива. Это

главное требование, предъявляемое к бензинам.

Детонацией называют сгорание топливовоздушной омеси или части

смеси с недопустимо высокими скоростями. При сгорании топлив с низ*

кой детонационной стойкостью перед фронтом пламени в несгоревшей

части смеси образуются один или несколько очагов самовоспламенения,

что я приводит к вргакому сгоранию. На образование очага сомовосплач

метения влияют вое те фактора, которые способствуют образованию гвдч

роперекисей в несгоревшей части смзси. Это, главным образом, хими-

ческий состав тсшгава, давление, температура и состав смеси. "Пидро*

перекиси являются теркячески неустойчивыми, и о их образованием но

существу начинается цепной механизм протекания процесса огорания

теплив.

Детонацию можно обнаружить по внешним признакам. Она сопровожда-

ется характерным металлическим стуком, дымным выпуском отработавших

газов и перегревом двигателя. Вне зние признаки появляются, когда де-

тонируется около 5?? смеси. При детонации средней интенсивности де-

тонирует 10...12$ рабочей смеси, и детонация становится очень силь-

ной. если детонирует 16...20$ смеси.

Длительная работа двигателя с детонацией недопустима. При нали-

чия ударных волн резко возрастает теплоотдача таза в стенки. Проис-

ходит обгорение кромок поршней, клапанов, прокладок и свечей. Виб-

рационный характер газовых нагрузок при детонации механически "сди-

рает" масляную пленку о поверхности ГЕЛЬЗЙ, что приводит к звеличе-

ннв износа гильзы и поршневых колец. Ударные нагрузки могут привес-

ти к разрушения антифрикционного слоя в шатунных подшипниках.

' Углеводороды различных групп имеет неодинаковую детонационную

стойкость. Но она неодинакова также и у углеводородов одного и того

же класса и зависят еще от строения молекулы. Это объясняется тем.

что для разрыва различных атомных связей в молекуле требуется не-

одинаковое количество теплоты. Например, для разрыва связи Н - И

№

необходимо затратить 431 кДя/кг, а на разрыв связи 0 = С и С = С -

соответственно 502 и S63 кЛя/кг. Чем меньше энергия связей, тем

меньше термическая стабильность, а следовательно и детонационная

стойкость углеводорода.

Наименьшую детонационную стойкость имеют нормальные метановые

углеводороды (алканы), их детонационная стойкость убывает с ростом

молекулы углеводорода. Метановые углеводороды изомерного строения о

разветвленными цепями (иэоалканы) обладают высокой детонационной

стойкостью.

Нафтеновые углеводороды (циклана) обладают большей детонашонной

стойкостью, чем алканы с тем же числом углеродных связей, и занима-

вт промежуточное положение мезду алкэнаш и ароматическими углево-

дородами.

Наибольшей детонационной отойкостью обладают ароматические угле-

водороды. Замещение водорода в ароматическом ядра алкильными радика-

лами сникает детонационную стойкость молекулы. Содержание ароматиче-- '

ских углеводородов в бензине повышает его детонационную стойкость.

Количества ароматических углеводородов в бензинах прямой гонки сос-

тавляет il)... 15$. При каталитическом реформинге образуется до 70$

ароматических углеводородов.

Детонационную стойкость бензинов можно оценивать температурой оа-

мовоспламенения. Но так как температура самовоспламенения - величина

не постоянная и зависит от множества факторов, то детонационную стой-

кооть бензинов оценивают косвенным показателем, называемым октано-

вым числом 04.

Октановым числом называют величину, численно равную процентному

содержанию (по объему) смеси труднодетонирухиего иэооктана и легко-

детонирующего, и -гептана, которая по детонационной отойвости равно-

Ценна исследуемому топливу в уоловиях иопытания t& стандартном дви-

гателе.

йзооктан и н -гептан называют эталонными топливами. Детонацион-

ную стойкость иэооктана принимают за 100 единиц, а н -гептана за

О единиц.

Если исследуемое тошшво по детонационной стойкости эквивалентно

смеси эталонных тошшв, содержащих, например, 76$ иэооктана, то его

октановое число будет равно 7в.

Детонационная стойкость бензинов зависит от способа их получения

(рио. 21). Наиболее высокооктановые компоненты У бензинов прямой гон-

№

ки и термического крекинга находятся в низкокипящих фракциях, а у

бензинов каталитического реформинга - в высококипящих фракциях и

равномерно распределены у бензинов каталитического крекинга. Это

обстоятельство позволяет объяснить возникновение детонации на пе-

реходных режимах работы двигателя на бензинах каталитического рн-

форминга.

/00

tiil

/00

Ш 200

Рис. 21. Детонационная стойкость бензиновых фрак-

ций: I - каталитического риформинга; 2 -

каталитического крекинга; 3 - термическо-

го крекинга; 4 - прямой перегонки

На малых оборотах работы двигателя скорость воздуха в диффузоре

карбюратора низкая,и бензин распыливается плохо. Крупные капли осе-

дают на стенках впускного трубопровода. В начале разгона автомобиля

при открытии дросселя в течение какого-то отрезка времени в цилинда

двигателя попадает смесь, обогащенная лишь нязкокипящими углеводоро-

дами, которые у бензинов каталитического риформинга имеют невысо-

кую детонационную стойкость.

Требуемая величина октанового числа 04,

зависит от кояотруктив-

.бенноотей двигателя, среди которых наибольшее значение имеет

. сжатия g я диаметр цилиндра Ь , Величину 0

можно опредв-'

...I но следующей эмпирической формула:

ОЧг +0,181 J)-

Замечено, что антидетонациончые требования двигателя снижаются

при оносятельно небольшом уменьшении угла опережения зааигання.

Однако установка позднего угла опережения зажиганья, вызывающего

падение мощности более чем на 5%, приводит к перегреву и снижении

устойчивости работы двигателя.

4,5. Метода оценки и пути улучшения

детонационной стойкости бензинов

Как отмечалось выше, детонационную'стойкость испытуемого топлива

оценивают сравнением ее с детонационной стойкость® эталоннчх тошшв.

Октановые числа топлива с более высокой детонационной стойкостью но

сравнению с изооктаном определяют по таблицам путем сравнения с де-

тонационной стойкостью изооктана, содержащего различное количество

тетраэтилсвикца (ТЭС). Если детонационная стойкость испытуемого

топлива ниже, чем у нормального гептана, то его октановое число от-

рицательное. В этом случае определяют, какое количество изооктана

необходимо добавить в топливу, чтобы детонационная стойкость смеои

стала такой же, как и нормального гептана. Процентное содержание

изооктана и принимают условно за отрицательное значение октзнового

числа испытуемого топлива.

При определении октановых чисел из экономических соображений час-

то пользуются не изооктаном к нормальным гептаном - первичными эта-

лонами, а так называемыми вторичными эталонами и переходной шкалой.

Октановые числа определяют на специальных одноцилиндровых уста-

новках УИТ-65м о воспламенением топливовоздушяой смеси от искры.

Установка оборудована устройством для замера интенсивности детона-

ции. Конструкция установки позволяет вручную изменять на работающем

двигателе степень сжатия изменением объема камеры сгорания.

Октановые числа автотракторных бензинов определяют двумя метода-

ми - моторным (основным) и исследовательским. Метода отличаются

лишь режимом работы установки. При определении 04 моторным методом

температура тошшво-воздушой смеой боле*, выоокая, поэтому получают-

ся более низкие значения октановых чисел по сравнению с исследова-

тельским методом. Разницу в октановых числах, определениях двумя ме-

тодами, называют чувствительностью бензина, Считают, что моторный

метод в большей степени отражает детонационную атойкость топлива nju

эксплуатации автомобиля sa городской чертой, когда сравнительно вн-

сока тешгавая напряженность двигателя, а исследовательский - в ус-

ловиях городской черты при сравнительно низкой тепловой напряженно-

сти.

При определении октановых чисел изменением степени сжатия при ра-

боте двигателя на иоследуемом топливе вызывают стандартную интенсив-

ность детонации. Затем подбирают смесь эталонных тошиш, которая

при выбранной степени сжатия обеспечивает ту же самую интенсивность

детонащи. По процентному содержанию изооктана в смеси о нормальным

гептаном оценивают октановые чиола.

Для определения октановых чиоел авиационных тошгав применяют

температурный метод. Интенсивность детонации при этом методе опре-

деляют по термопаре,

установленной в камере сгорания. В остальном он

ничем не отличается от моторного метода.

По нашему мнению, существующие методы определения октановых чи-

сел являются весьма условными, дорогостоящими и не отражают в дос-

таточной степени детонационную стойкость бензинов, фактически це-

лесообразна разработка нового метода определения детонационной стой-

кости тошщв, основанного на определении температуры самовоспла-

менения при строго определенных уоловиях.

Детонационную отойкооть бензинов улучшают путем добавления высо-

кооктановых компонентов и специальных присадок, называемых антиде-

тонаторами (табл. 6),

Наиболее экономически выгодным опособом повышения детонационной

стойкости бензинов являютоя добавление к ним антидетонаторов. Анти-

детонаторами называют такие металлоорганические соединения, добавле-

ние которых к бензинам в относительно небольших количествах резко

йовышает их детонационную отойкооть.

Наиболее распространенной присадкой является тетраэтилсвинец

(ТЭС)

, химическая формула которого Pe(Citis)ij • Это бесцветная,

Прозрачная, сильно токсичная тяжелая жидкость ( = 1,6524), ко-

торая не растворима в воде,но хорошо растворима в бензина, спирте,

ацетоне. Кипит щш 200°0 о разложением. Образующийся в результате

разложения свинец быстро окисляется о образованием двуокиси овинца,

который вступает в реакцию о перекисями'. В результате перекиси

уничтожаются, переходя в малоактивные продукты, а двуокись свинца

Восстанавливается в окиоь, освобождая молекулу кислорода. Окись

свинца опять ври взаимодействии о киолородом воздуха переходит в

№

Таблица §

Антидетонационнне овойотва высокооктановых компонентов

автомобильных бензинов

Компонент

Октановое

чиоло по

исследова-

тельскому

методу

Октановое

число по

мотор-

ной

методт

Чувстви-

тельность

Бутановая фракция

. 94,0

89,0 5,0

Изобутановая фракция

101,0

97,0

4,0

Изопентановая фракция

93,0 90,0 3,0

Пентаамиленовая фракция

90,0

87,0

3,0 ,

Газовый бензин (33-103%

89,0 85,8 3,2

Диизобутилен (t октален)

100,0 88,0 , 12,0

Полимербензин

100,0 85,0

. 15,0 '

Алкилат

92,0 90,0 2,0

Алнилбензин (широкая фракция

90,0- 88,0- 2,0- .

алкалата)

-94,0 -92;о

-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

Cg-Cg (изомеризат)

81,0- '

-87,0

79,0-

-85,0

2,0-

-4,0

двуокись, регенерируя таким образом действующее начало антидетона-

тора. Этим объясняется тот факт, что при добавке более 2 г ТЭС на

I кг бензина уже почти не улучшзются его детонационные свойства,

т.е. антидетонатор эффективен лишь при небольших концентрациях. Сле-

довательно, сущность действия антидетонаторов состоит в том, что

они, реагируя о перекисями, обрывают цепь реакций,и они прекраща-

ются. В процессе сгорания бензинов о ТЭС окислы свинца откладыва-

ются на клапанах, свечах и поверхности камеры сгорания. Поэтому ДОШ

их удаления из камеры сгорания к антидетонатору добавляют специаль-

ные выносители. В качестве вынооителей применяют бромистые и хлори-

стые соединения, которые образуют бромиды и хлорида свинца с низкой

температурой плавления и, следовательно, Легко выносятся с отрабо-

тавшими газами. Антидетонатор о выносителем и красителем образует

так называемую этиловую жидкость. '

№