Практическое занятие № 2 Топлива для карбюраторных двигателей, построение кривой разгонки бензина

Цель занятия: ознакомление с основными характеристиками топлив для карбюраторных двигателей, построение кривой разгонки бензина.

Пояснения

К этим топливам относятся авиационные и автомобильные бен­зины, а также тракторные керосины. Их важной характеристикой является давление насыщенных паров, кПа (мм рт. ст.): 29,3—47,9 (220—360) для авиационных бензинов, 66,5—93,1 (500—700) для автомобильных [летний сорт — не более 66,5 (500)].

Фракционный состав также имеет большое значение. Так, температура выкипания 10% бензина характеризует его пусковые свойства, надежность запуска двигателя в различных условиях, в частности при низкой температуре окружающего воздуха. Темпе­ратура выкипания 50% бензина характеризует скорость прогрева двигателя при запуске, плавность перехода с одного режима на другой, а также устойчивость его работы. Температуры выкипания 90 и 97,5% авиационного бензина, так же как температура конца кипения автомобильного бензина, определяют однородность рабо­чей смеси (полноту сгорания топлива в двигателе); это очень важ­но, так как при неполном сгорании топлива в картер попадают жидкие вещества, смазочное масло разжижается, и двигатель из­нашивается быстрее. Кроме того, при неполном сгорании топлива дополнительно загрязняется окружающая среда.

Очень важным показателем топлив, определяющим их нормаль­ное сгорание в карбюраторных двигателях, является детонацион­ная стойкость. При детонационном сгорании скорость распростра­нения фронта пламени нарастает очень быстро и происходит взрыв — детонация, сопровождаемая стуком и встряской двигате­ля. В результате двигатель быстро выходит из строя. Детонация (франц. detoner - взрываться, от латин. detono - гремлю) - процесс самопроизвольного воспламенения топливовоздушной смеси не от искры свечи, а от теплоты сжимаемой поршнем части рабочей смеси, горение которой приобретает взрывной характер, сопровождается характерным металлическим стуком, повышением токсичности отработавших газов и температуры в цилиндрах двигателя. При этом скорость распространения пламени в камере сгорания увеличивается с 15-20 м/с до 1500-2500 м/с. Мгновенное повышение температуры и возникновение ударных волн о стенки цилиндров может привести к перегреву и оплавлению днища поршней, прогару прокладки головки блока цилиндров, разрушение поршневых колец, ускоренному износу вкладышей коленвала.

Стойкость топлива к детонации оценивают октановым числом (ОЧ).

Авиационные бензины (ГОСТ 1012—72). Они являются топли­вом самолетов и вертолетов, оборудованных карбюраторными (поршневыми) двигателями. Их выпускают следующих марок: Б-70, Б-100/130, Б-95/130 и Б-91/115. Маркировка состоит из бук­вы Б (бензин) и цифры, указывающей октановое число бензина, ли­бо дроби, в числителе которой октановое число, а в знаменателе — сортность. Авиационные бензины готовят смешением (компаунди­рованием) базового бензина (бензинов каталитического крекинга или каталитического риформинга), высокооктановых компонентов (изооктана, алкилбензина, изопентана, ароматических углеводоро­дов и др.), тетраэтилсвинца (ТЭС) или других добавок, повышаю­щих октановое число, а также ингибиторов — веществ, предупреж­дающих окисление топлива (для авиационных бензинов применяют оксидифениламин). Соотношение этих компонентов зависит от их качества и марки приготовляемого бензина.

Температура выкипания 90% бензинов должна быть не выше 145°С, 50% — 105°С и 10% —от 75 до 88°С для бензинов разных марок.

Автомобильные бензины. Эти бензины служат для автомобиль­ных карбюраторных двигателей. Одним из важнейших показате­лей качества автомобильных бензинов является детонационная стойкость, выражаемая октановым числом.

Октановое число есть показатель детонационной стойкости топ­лива, численно равный содержанию изооктана (в % об.) в такой его смеси с н-гептаном, которая по интенсивности детонации в од­ноцилиндровом двигателе в стандартных условиях испытания эк­вивалентна испытуемому топливу. Октановое число изооктана ус­ловно принято равным 100, а н-гептана — нулю. Для определения октанового числа пользуются смесями указанных углеводородов, а для текущего контроля — искусственно приготовленными смеся­ми, так называемыми вторичными эталонными топливами с разны­ми значениями октанового числа.

Октановое число определяется подбором смеси эталонных углеводородов – изооктана, у которого октановое число равно 100 и н-гептана (нормальный гептан), у которого октановое число равно 0. При одинаковых условиях испытания детонационная стойкость равна детонационной стойкости испытываемого бензина. Процентное содержание изооктана в полученной смеси как раз и является октановым числом бензина. Определяют октановое число двумя методами - моторным и исследовательским на специальной моторной установке. При моторном методе имитируются более жесткие условия работы двигателя, при которых топливная смесь после карбюрации нагревается до 150°С, а частота вращения выдерживается постоянной - 900 об/мин. При исследовательскому методе частота вращения снижается до 600 об/мин, а смесь не подогревается.

Технология определения октанового числа такова. Испытательный стенд - это одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с карбюратором. Запускают его на исследуемом бензине, а уровень детонации фиксируют спецдатчики. После подбирается смесь эталонного топлива - изооктана и н-гептана, на котором двигатель работает так, как и на исследуемом топливе. Полученное процентное содержание изооктана в подобранной эталонной смеси и является характеристикой детонационной стойкости бензина. То есть если в смеси 95% изооктана, то и октановое число будет 95.

При моторном методе испытания режимы и параметры моторной установки позволяют выявить взрывчатые свойства бензина при эксплуатации автомобиля в городских условиях (движение с переменною скоростью). Исследовательский метод имеет менее жесткий режим испытания, что позволяет исследовать процесс сгорания бензина при эксплуатации авто при постоянных режимах работы мотора. Таким образом, октановое число по исследовательскому методу на 5-10 единиц выше, чем по моторному.

Октановое число определяют не одним методом, потому что двигатели бывают разными, и условия их работы тоже разные. Одно – сгорания топлива в двигателе тяжелого грузовика, другое – детонация в двигателе форсированного легкового автомобиля, у которого стрелка тахометра не выходит из красной зоны.

В советские времена, октановое число автомобильных бензинов А-72 и А-76 измерялось по моторному методу, а бензины АИ-93, АИ-95, АИ-98 испытывались по исследовательскому, потому добавлена буква «И» в обозначении марки бензина. Сейчас выпускаются пять типов бензина – А-76, А-80, А-92, А-95, А-98. За исключением А-76, все определяются по исследовательскому методу.

Так как двигатели стали технологично совершеннее и имеют высокую степень сжатия, то нужен высокооктановый бензин. Чтобы получить такое топливо переработкой нефти, затраты будут больше и в продаже оно будет значительно дороже, поэтому используются различные присадки, повышающие октановое число.

Самым эффективным был тетраэтилсвинец. Он не только ядовит сам по себе, но и быстро выводит из строя каталитические нейтрализаторы. Также применялись присадки на основе марганца, но сейчас они запрещены. Еще для повышения октанового числа иногда используют присадку - ферроцен. Плохо что она имеет в своем составе железо и создает трудноудалимый токопроводящий налет на свечах (красного оттенка цвет), который уменьшает срок их службы.

Безвредной для двигателя антидетонационной присадкой является метилтретбутиловый эфир. В наше время он наиболее широко применяется в Украине, России и Европе.

Октановое число бензина повышается при добавлении в него ароматических углеводородов и парафиновых углеводородов изостроения, а также при умень­шении температуры конца кипения. Для повышения октанового числа топлив используются высокооктановые компоненты и антидетонационные присадки. Многие из них (например, МТБЭ) испаряются легче, чем бензин, что приводит к интересному эффекту у машин с негерметичным бензобаком — по мере расходования топлива и испарения присадки октановое число бензина, оставшегося в баке, уменьшается на несколько единиц. Это приводит к лёгкому звону при полной мощности мотора (необорудованного датчиком детонации). Подавляющее большинство современных инжекторных двигателей имеют датчики детонации, позволяющие использовать любой бензин с октановым числом 91—98, в двигатели с высокой степенью сжатия можно заливать бензин с октановым числом не ниже 95 или даже 98.

Для об­легчения эксплуатации автомобильные бензины делят на летние и зимние сорта. Бензины зимних сортов, как указывалось выше, име­ют более высокое давление насыщенных паров. Кроме того, они (за исключением бензина АИ-98) имеют различные температуры выкипания промежуточных фракций и конца кипения. Ниже при­веден фракционный состав автомобильных бензинов (в числите­ле— для летнего сорта, в знаменателе — для зимнего), ^СС:

Новые, более экономичные модели двигателей имеют высокую степень сжатия, поэтому их можно эксплуатировать только на бензинах с повышенным октановым числом. Автомобильные бензины готовят смешением (компаундированием) различных компонентов: высокооктановых бензинов каталитического крекинга, каталитиче­ского риформинга, алкилатов и изомеризатов легких фракций пер­вичной перегонки нефти. Для приготовления бензинов с более низ­ким октановым числом применяют также бензи­ны термического крекинга и коксования, бензины прямой перегон­ки нефти с большей температурой конца кипения и деароматизированные продукты (рафинаты), получаемые в производстве арома­тических углеводородов при каталитическом риформинге бензино­вых фракций.