Автомобильные топлива

Нормальное  и детонационное  сгорание. При нормальном сгорании процесс протекает плавно с почти полным окислением топлива и скоростью распространения пламени 10-40 м³/с. Когда скорость распространения пламени возрастает, возникает детонационное сгорание, характеризующееся неравномерным протеканием процесса, скачкообразным изменением скорости движения пламени и возникновением ударной волны. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков - результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн.

   В топлива, детонационная стойкость которых не соответствуют требованиям, добавляют высокооктановые компоненты (бензол, этиловый спирт) или антидетонаторы.

     Антидетонаторы. Несколько десятилетий применяют тетраэтилсвинец (ТЭС) в сочетании с веществами, обеспечивающими отсутствие отложений окислов свинца в камере сгорания, так называемыми выносителями. Например, в 1 кг бензина А-76 содержится 0,24 г ТЭС.

   В чистом виде ТЭС не применяют, а используют этиловую жидкость (ЭЖ), состоящую из ТЭС, выносителей и красителей. ТЭС ядовит, поэтому искусственное окрашивание бензина, предупреждает об опасности. Добавлением ЭЖ увеличивают ОЧ на 8-12 единиц. Главный недостаток ТЭС - ядовитость.

   Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются по детонационной стойкости. Наименее стойки к детонации нормальные парафиновые углеводороды, наиболее - ароматические. Остальные углеводороды, входящие в состав бензинов, по детонационной стойкости занимают промежуточное положение.  

Варьируя  углеводородным составом, получают бензины  с различной детонационной стойкостью, которая характеризуется октановым числом (ОЧ).

   ОЧ - это условный показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию (по объему) изооктана в смеси с нормальным гептаном, равноценной по детонационной стойкости испытуемому топливу.

   Для любого бензина октановое число определяют путем подбора смеси из двух эталонных углеводородов (нормального гептана с ОЧ=0 и изооктана с ОЧ=100), которая по детонационным свойствам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за ОЧ бензина.

Определение ОЧ производится на специальных моторных установках. Существуют два метода определения ОЧ - исследовательский (ОЧИ - октановое число по исследовательскому методу) и моторный (ОЧМ - октановое число по моторному методу).

Маркировка  бензинов включает одну или две буквы и цифру: буква «А» - бензин автомобильный, «И» - исследовательский метод определения ОЧ (если нет «И» - то моторный), цифра указывает на октановое число.

   Бензины, за исключением марки АИ-98, подразделяются на виды:

летний - для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всего года;

зимний - для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах; в остальных районах - с 1 октября до 1 апреля. 

 

2.2 Дизельные топлива

   Дизельные двигатели в силу особенностей рабочего процесса на           25-30% экономичнее бензиновых двигателей, что и предопределило их широкое применение. В настоящее время они устанавливается на большинство грузовых автомобилей и автобусов, а также на часть легковых.

   Эксплуатационные требования к дизельным топливам (ДТ):

     •бесперебойная  подача топлива в систему питания  двигателя;

     •обеспечение  хорошего смесеобразования;

     •отсутствие коррозии и коррозионных износов;

     •минимальное  образование отложений в выпускном  тракте, камере сгорания, на игле и распылителе  форсунки;

     •сохранение качества при хранении и транспортировке. Наиболее важными эксплуатационными свойствами дизельного топлива являются его испаряемость, воспламеняемость и низкотемпературные свойства.

     Испаряемость топлива определяется составом. При облегчении топлива ухудшается пуск дизелей, так как легкие фракции имеют худшую по сравнению с тяжелыми фракциями самовоспламеняемость. Поэтому пусковые свойства дизельных топлив для автомобилей в некоторой степени определяет температура выкипания 50% топлива. Температура выкипания 96% топлива регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов.

     Воспламеняемость ДТ характеризует его способность к самовоспламенению в камере сгорания. Это свойство в значительной мере определяет подготовительную фазу процесса сгорания - период задержки воспламенения, который в свою очередь складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешение паров топлива с воздухом (физическая составляющая), а также времени, необходимого для завершения предпламенных реакций и формирование очагов самовоспламенения (химическая составляющая). 
 

   Склонность ДТ к самовоспламенению оценивают по цетановому числу (ЦЧ).

   ЦЧ - это условный, показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный объемному проценту цетана в эталонной смеси с альфаметилнафталином, которая равноценна, по воспламеняемости испытуемому топливу.

   Для определения ЦЧ составляют эталонные смеси. В их состав входят цетан и а-метилнафталин. Склонность цетана к самовоспламенению принимают за 100 единиц, а альфаметилнафталина -за 0 единиц. Цетановое число смеси, составленной из них, численно равно процентному содержанию (по объему) цетана.

   Самовоспламеняемость ДТ влияет на их склонность к образованию отложений, легкость пуска и работу двигателя. Для современных быстроходных дизелей применяются топлива с ЦЧ=45-50.

     ЦЧ  влияет на пусковые качества ДТ. При  высоких ЦЧ время пуска снижается, особенно при низких температурах.

     ЦЧ  может быть повышено двумя способами: регулированием углеводородного состава и введением специальных присадок.

   1-й способ. В порядке убывания ЦЧ углеводороды располагаются следующим образом: нормальные парафины - изопарафины - нафтены -ароматические. ЦЧ можно существенно повысить, увеличивая концентрацию нормальных парафинов и снижая содержание ароматических.

    2-й способ более эффективен. Вводят специальные кислородосодержащие присадки - органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты и др. Эти присадки являются сильными окислителями и способствуют зарождению и развитию процесса горения.

         
 
 
 
 
 
 

   Низкотемпературные свойства. При низких температурах высокоплавкие углеводороды, прежде всего нормальные парафины, кристаллизуются. По мере понижения температуры дизельное топливо проходит через три стадии; вначале мутнеет, затем достигает так называемого предела фильтруемости и, наконец, застывает. Связано это с тем, что сначала в топливе появляются разрозненные кристаллы, которые оседают на фильтрах и ухудшают подачу топлива. Показатели, характеризующие начало кристаллизации углеводородов в топливе и потерю их подвижности стандартизованы.

   Температурой помутнения называют температуру, при которой топливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов углеводородов и льда.                                                                                                                                                                                        

   Температурой застывания называют температуру, при которой ДТ теряет подвижность, что определяют в стандартном приборе, наклоненном

под углом 45°С к горизонтали, в течение 1 мин.

Ассортимент ДТ:

     •ДЛ - дизельное летнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже 0 °С;

     •ДЗ - дизельное зимнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -30 °С;

          •ДА - дизельное арктическое - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -50 °С.

 

2.3 Газообразные  топлива

   По физическому состоянию горючие газы делятся на две группы: сжатые и сжиженные.

     Требования  к газообразным топливам:

     •обеспечение  хорошего смесеобразования;

          •отсутствие коррозии и коррозионных износов;

     •минимальное  образование отложений во впускном и выпускном трактах;

     •сохранение качества при хранении и транспортировании;

     •низкая стоимость производства и транспортирования.

 Сжиженные газы. Основные компоненты - пропан С3Н8, бутан С4Н10. Получают из попутных нефтяных газов, из газообразных фракций при переработке нефтепродуктов и каменных углей. Поэтому они получили название сжиженных нефтяных газов. Для их обозначения часто используют аббревиатуру «СНГ».

 СНГ хранят под давлением 1,6 МПа. Повышение температуры на 1°С влечет за собой рост давления в газовом баллоне на 0,6-0,7 МПа, что может привести к его разрушению. Поэтому в баллонах предусматривается паровая подушка объемом не менее 10% полезной емкости.

 Промышленность  выпускает СНГ для автомобилей  двух марок:

 •СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая  зимняя;

 •СПБТЛ - смесь пропана и бутана техническая летняя.

 В состав СНГ добавляют специальные вещества (одоранты), имеющие сильный запах, т.к. СНГ не имеет ни цвета не запаха, и обнаружить их утечку сложно. Для этой цели используют этилмеркаптан C2H4SH, имеющий резкий неприятный запах.

 Эксплуатационные  свойства автомобилей с газовыми двигателями, работающими на СНГ, в сравнении с автомобилями, работающими на бензине, оцениваются следующим образом:

     •пусковые качества до -5 "С равноценны; при  более низких температурах запуск холодного  двигателя затруднен;

     •повышается мощность и улучшается топливная экономичность двигателей;

     •снижается  токсичность отработавших газов

     •периодичность  смены масла увеличивается в 2,0-2,5 раза;

     •межремонтный ресурс двигателя увеличивается  в 1,4-2,0 раза;

      •трудоемкость ТО и ТР возрастает на 3-5%.

 Сейчас выпускаются газобаллонные автомобили 2-х типов: с двигателями предназначенными для работы на СНГ и имеющими систему питания для кратковременной работы на бензине; с универсальными двигателями, работающими как на СНГ, так и на бензине (мощность снижается примерно на 10%).

   Сжатые газы. Основные компоненты - метан СН4, окись углерода СО2 и водород Н2. Получают из горючих газов -природных, попутных нефтяных, коксовых и др. Их называют сжатыми природными газами или СПГ. Содержание метана в СПГ составляет 40- 82%.

 Газобаллонные установки для СПГ рассчитаны на работу при давлении 19,6 МПА. Баллоны  для СПГ изготавливаются толстостенными и имеют большую массу. Так, батарея  из 8 50-литровых баллонов весит более 0,5 т. Следовательно, существенно снижается  грузоподъемность автомобиля. Кроме того пробег автомобиля на одной заправке при работе на СПГ в 2 раза меньше, чем на бензине.

     Преимущества СПГ перед бензинами:

 •повышается срок службы моторного масла в 2,0-3,0 раза;

 •увеличивается  ресурс двигателя на 35-40% вследствие отсутствия нагара на деталях цилиндро-поршневой группы;

 •увеличивается  на 40% срок службы свечей зажигания;

 •на 90% снижается выброс вредных веществ, особенно СО2.

     Недостатки СПГ:

 •цена автомобиля возрастает примерно на 27%;

 •трудоемкость ТО и ТР возрастает на 7-8;

 •мощность двигателя снижается на 18-20%, время разгона увеличивается на 24-30%, максимальная скорость уменьшается на 5-6%, максимальные углы преодолеваемых подъемов уменьшаются на 30-40%,