Установка смешения бензинов, оборудование смешения бензинов

Степень сжатия, октановое число бензина, детонационная стойкость

Некоторые водители заливают бензин, который им приглянулся по стоимости или «посоветовал» друг. А ведь давно известно, что маркировка топливу дается неспроста, и каждый из них обладает своими характеристиками. Основные из них — октановое число и степень сжатия. Использование того или иного типа бензина регламентируется производителем под каждый двигатель индивидуально.

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия (СЖ) — соотношение общего объема цилиндра и рабочего объема камеры сгорания при нахождении поршня в ВМТ (верхней мертвой точке). Само значение имеет безразмерную величину. Бензиновые приводы имеют показатель в 8-12 единиц, дизели — 12-18. СЖ имеет прямое влияние на компрессию, оттого их часто путают или принимают одно за другое. Первая вычисляется простым соотношением объемов. Значение же второй может изменяться в зависимости от дополнительных факторов: состава рабочей смеси, температуры мотора, присутствие в клапанных приводах зазоров и т.д.

Само соотношение отражается в количестве работы, воспроизводимой двигателем автомобиля. Чем выше СЖ, тем выше показатели выделяемой энергии и, как следствие, мощности. Увеличение количества лошадиных сил под капотом без большего расхода топлива достигается путем увеличения этого показателя.

Но есть и недостатки — высокий показатель увеличивает вероятность самовоспламенения рабочей смеси под высоким давлением. Отсюда и требование к топливу с высокой СЖ — он должен иметь повышенную детонационную стойкость, называемую октановым числом (ОЧ).

Детонационная стойкость

ОЧ имеет показатель равный содержанию в топливе n-гептана и изооктана. Экспериментируя с изменением их долей в составе, можно добиться нужных характеристик бензина и не ухудшить его качество. Чем оно выше, тем сильнее может быть сжата смесь без риска преждевременного воспламенения. Чтобы данное число повысить в бензин добавляют различные присадки — эфир, спирт, антидетонационные компоненты. Без подобных добавок максимальное ОЧ достигает 100 единиц.

Октановые числа весьма разнообразны и определяются двумя методами:

  • моторный (ОЧМ);
  • исследовательский (ОЧИ).

Их отличие отображает восприимчивость горючего. Чтобы выявить настоящее значение нужно знать фактическое ОЧ. Вычислить его можно на работающем движке с помощью специального стенда или прибора для измерения — октанометра. Наиболее близко к этому значению «дорожный» коэффициент ОЧ. Выявить такой возможно только на самом автомобиле. Составляющий изооктан отличается низким уровнем воспламенения, его величина ОЧ обозначена постоянной и равна 100 единицам.

Процесс сожжения n-гептана при низком сжатии характеризуется постукиванием в моторе. Значение числа октанов приближенно к нулю. Горючее с ОЧ больше 100 наделяется специальной шкалой. В такие виды часто добавляются антидетонаторы и изооктан. Главный симптом несоответствующего числа октанов — металлический звон из силовой установки, порожденный волнами давления, отраженными от стенок цилиндра.

Оценка у дизельного топлива не имеет ОЧ поскольку существенно отличается по химической стороне процесса. Для этого используется цетановое число. Оно характеризует временной период, который длится от момента поступления топлива в камеру до воспламенения. Чем выше этот показатель, тем быстрее рабочая смесь будет поджигаться. Чем ниже — тем больше времени потребуется для ее воспламенения.

Добавки и вещества для увеличения ОЧ

Для увеличения числа октанов используются разные способы. Добавление жидкости — антидетонатора является самым действенным. Еще достаточно популярен метод технологического вмешательства. Среди антидетонаторов более распространены тетраэтилсвинец и спиртовые добавки.

Не самым безопасным, но достаточно эффективным является добавление первого антидетонатора в топливо. Будучи достаточно термостойким (температура закипания 2 тыс. градусов) он обладает высокой вязкостью. Его использование позволяет превысить 100 единиц ОЧ на 17. Однако, выброс свинца вместе с выхлопными газами сильно вредит окружающей среде. Более того, высока вероятность отравления такими газами. На заправках данный вид топлива маркируют как «этилосодержащий», «экобензин» или «этилированный». Стоит он порядком дешевле других, но и приятных последствий после его использования ждать не стоит.

В настоящее время для уменьшения негативных последствий его использования в бензин добавляют специальные добавки. Самые популярные — дипроэтан, этил бромистый и дибромпропан. Они предназначены для вывода продукта его сгорания — оксида свинца. Данное вещество образует обильные отложения на всех частях двигателя.

Наличие 1/10 спирта в 92-ом бензине повышает детонационную стойкость до 95. Приятным бонусом идет уменьшение токсинов в выхлопных газах. Применяются и метиловый, и этиловый спирты. Но вместе с увеличением ОЧ происходит пропорциональное увеличение парового давления. И условия эксплуатации, хранения и транспортировки такой рабочей смеси существенно усложняются. Так, при попадании влаги в топливо вероятность капитального ремонта двигателя составляет практически 95%.

Детонация

Основные понятия разобраны, можно приступить к разбору самого явления детонации (Д). Она происходит в том случае, когда бензобак был заправлен топливом с ОЧ ниже, чем предусмотрено производителем. Заключается Д в преждевременном самовоспламенении рабочей смеси в процессе ее сжатия. Последствия — пламенный фронт, распространяющийся со скоростью взрыва и наносящий ощутимый урон стенкам цилиндров и поршням. В итоге износ этих деталей сильно увеличивается.

Читайте также:  Как оформить временное водительское удостоверение в 2020 году

Сопровождается данное явление характерным стуков в моторе, похожим на металлический звон. Мощность двигателя ощутимо падает, а разрушающая сила взрывных волн способна привести к его поломке. Современные модели оснащены специальным датчиком, фиксирующим Д и передающим информацию бортовому компьютеру. Последний, получив подобный сигнал, изменяет насыщение топливно-воздушной смеси, момент поджигания для предотвращения детонации.

СЖ и ОЧ бензина

Степень сжатия в современных силовых установках колеблется от 8 до 14 единиц. Чтобы повысить данное значение, требуется использование бензина с большим октановым числом (в случае с бензиновыми агрегатами). Такой метод предполагает не только увеличение мощности мотора, но и его КПД. Это означает уменьшение расхода рабочей смеси.

Маркировка бензина не является случайностью. Каждой соответствует своя степень сжатия и рекомендуемая СЖ. Причем данные значения обозначены, как стандарты и определены ГОСТом. Таблица отображает соответствие каждой марки бензина конкретным характеристикам мотора.

Цетановое и октановое число

Цетановое и октановое число

Одним из параметров классификации дизельного топлива является цетановое число, которое показывает степень его воспламеняемости. Качественный показатель для бензинов – октановое число – определяет стойкость бензина к детонации. Поэтому можно говорить, что цетановое и октановое число в дизельном топливе и бензине обратны друг другу.

Цетановое число (ЦЧ)

В дизельных двигателях топливо зажигается не от искры, как в бензиновых, а самостоятельно воспламеняется в результате высокого давления. Цетановое число характеризует воспламеняемость и качество сгорания дизельного топлива в двигателе. Топливная смесь с более высоким ЦЧ имеет меньший период задержки, сгорает спокойнее и полнее, чем с низким. Кроме того, такое ДТ легче и производит меньше дыма.

Оптимальное цетановое число дизельного топлива для стандартных моторов составляет от 40 до 55 по ГОСТу. Если ЦЧ выше 55, топливо не успевает полностью сгорать в цилиндрах. Цетановое число зимнего топлива выше, чем летнего, из-за необходимости работать при низких температурах. Также эти два вида топлива отличаются химическим составом.

Определение цетанового числа происходит путем расчета объемной доли цетана в специальной топливной смеси, у которой такой же период задержки воспламеняемости, как у тестируемого образца. Для этого цетан (по-другому гексадекан) смешивают с альфаметилнафталином и высчитывают объем цетана, принимая его индекс за 100.

Повышение цетанового числа

Размер цетанового числа зависит от наличия в составе дизеля парафинов, олефинов, нафтенов, ароматических углеводородов. Производство топлива с высоким ЦЧ не всегда возможно и требует больше затрат. Поэтому для повышения цетанового числа используют специальные присадки.

Присадка для увеличения цетанового числа улучшает воспламеняемость топлива, увеличивает полноту сгорания, облегчает запуск мотора и снижает количество выбросов в атмосферу. В основе присадок лежат алкилнитриты, которые в будущем могут быть вытеснены алкилпероксидами.

Октановое число (ОЧ)

Октановое число бензина показывает его устойчивость к детонации – воспламенению при сжатии в цилиндрах. Требования к детонационной стойкости топлива зависят от параметров двигателя, поэтому октановое число – показатель не столько качества бензина, сколько его соответствия характеристикам мотора.

Методы определения ОЧ

Определение октанового числа сходно с определением цетанового. Но здесь в качестве эталона используют смесь изооктана (у которого ОЧ -100) с н-гептаном (ОЧ-0) с такими же характеристиками, как у опытного образца бензина. А затем определяется объем изооктана, который и соответствует искомому октановому числу.

Эту процедуру называют исследовательским методом измерения октанового числа, отсюда буква И в маркировке АИ. Также может применяться моторный метод, при котором испытания проводятся в условиях реальной езды.

Для каждой величины октанового числа устанавливается своя степень сжатия для обоих методов измерения, эти стандартные параметры приведены в таблице октановых чисел.

Как повысить октановое число

Топливо с низким октановым числом воспламеняется раньше, чем с высоким, и при несоответствии требованиям двигателя может привести к детонации, то есть взрыву. Для повышения ОЧ часто используют антидетонационные присадки, наиболее безопасной из которых является метил-трет-бутиловый эфир. Это нетоксичное вещество имеет октановое число выше 100, обеспечивает полное сгорание топлива и снижает выбросы углекислого газа.

Сегодня появились специальные приборы для проверки октанового числа, которые позволяют за короткое время проверить бензин прямо на АЗС.

Детонационная стойкость бензина — что это? Отвечаем на вопрос.

Показателем, показывающим соотношение различных составных частей в рассматриваемом товаре является детонационная стойкость бензина. Об этом рассказано в данной статье.

Понятие о детонации

Последняя возникает при самовоспламенении бензовоздушной смеси в той части, которая в наибольшей степени удалена от свечи зажигания. Ее горение носит взрывоопасный характер.

Читайте также:  Электроусилитель руля на ВАЗ 2107; Лада мастер

Оптимальные условия для ее протекания складываются в части камеры сгорания, в которой наблюдаются повышенная температура и большая экспозиция нахождения смеси.

Детонацию можно определить по характерным металлическим стукам, которые образуются из-за отражения ударных волн от стенок камеры сгорания и обусловленной этим вибрации цилиндров.

Детонационное сгорание бензина может наступить с большей вероятностью в случае наличия в камере сгорания нагара, а также при ухудшении состояния двигателя. Данное явление приводит к уменьшению его мощности, снижению экономических показателей, а также токсикологических показателей отработавших газов.

Свойства бензинов, обуславливающие возникновение детонации

К таковым относятся: фракционный состав, содержание серы, стабильность с физической и химической точек зрения, строение углеводородов и др.

Наибольшая детонационная стойкость характерна для ароматических углеводородов, а наименьшая — для нормальных парафиновых. Другие из них, входящие в состав бензина, занимают промежуточное положение.

Производят оценку детонационной стойкости бензина октановым числом.

Способы предотвращения детонации

Она должна предотвращаться в момент эксплуатации двигателя, тогда когда осуществляется движение автомобиля, в связи с чем возникает необходимость принятия срочных мер с целью предотвращения повреждения двигателя в наибольшей степени. Помимо этого, усилия конструкторов должны быть направлены на разработку последнего с комплексным противодействием рассматриваемому явлению.

Одним из основных способов предотвращения потенциальной детонации является выпуск бензина с детонационной стойкостью достаточно высокой.

Определение октанового числа

Выше мы определились с тем, какое число определяет детонационную стойкость бензина. Октановое число (ОЧ) определяют при помощи одноцилиндрового оборудования с динамичной степенью сжатия, применяя исследовательский или моторный методы. При его определении производится сжигание исследуемого бензина и эталонного топлива с известной искомой величиной. В состав последнего входят гептан с ОЧ=0 и изооктан с ОЧ=100.

При испытании в данное оборудование заливается бензин. При осуществлении исследований постепенно наращивается степень сжатия до тех пор, пока не появится детонация, после чего двигатель заправляется эталонным топливом с предварительным измерением детонации и фиксации степени сжатия, приведшей к ней. По объемному содержанию изооктана в смеси определяют ОЧ.

В наименовании марки бензина может присутствовать буква «И». Это свидетельствует о том, что ОЧ определялось исследовательским методом. В случае ее отсутствия использовался моторный метод. ОЧ, полученные по разным методам, несколько различаются по значениям. Поэтому октановое число для детонационной стойкости бензина должно обязательно сопровождаться указанием метода, по которому была определена его величина.

Последняя величина определяется при моторном методе при номинальных нагрузках, а при исследовательском — при неустановившихся режимах.

Помимо этих двух методов для определения ОЧ может использоваться дорожный метод. В разогретый двигатель подают смеси, в состав которых входят нормальный гептан и изооктан. Автомобиль разгоняют до максимально возможной скорости при прямой передаче и регулируют угол опережения зажигания до тех пор, пока не исчезнет детонация. После чего по этому же методу определяют установку зажигания, при которой стартует детонация. Строят базовую кривую в зависимости от градуса угла поворота коленвала, по которой и определяют ОЧ.

С целью повышения ОЧ прямогонных бензинов они подвергаются каталитическому риформингу. Насколько они возрастут, определяется жесткостью данных режимов.

Бензины термических процессов по детонационной стойкости превосходят прямогонные.

Понятие о повышении детонационной стойкости

Описанное выше свидетельствует о том, что последнюю необходимо повышать с целью продления срока службы двигателя.

Для повышения детонационной стойкости бензина используют специальные антидетонационные добавки. Октановое число увеличивается при повышении молярной массы углеводородов и степени разветвленности углеродной цепи, а также при превращении алканов в алкены, нафтены и ароматические углеводороды, имеющие одно и то же число углеродных атомов.

Способы повышения рассматриваемого показателя. Характеристика этиловых бензинов

Существуют следующие способы повышения детонационной стойкости бензинов:

  • ввод высокооктановых компонентов;
  • подбор сырья и технологии переработки;
  • введение антидетонаторов.

До недавнего времени основным из последних был тетраэтилсвинец (ТЭС), представляющий собой яд в виде жидкости, нерастворимый в воде, но легко растворимый в нефтепродуктах.

Однако свинец как продукт сгорания накапливается в камере сгорания, что увеличивает сжатие двигателя. Поэтому вместе с ТЭС в бензин добавляют выносители данного элемента, которые образуют летучие вещества при сгорании, удаляемые с отработавшими газами.

В качестве последних веществ могут использоваться таковые с содержанием таких галогенов как бром или хлор. Смесь выносителя с ТЭС носит название этиловой жидкости. Бензины, в которых она используется, называются этилированными. Они очень ядовиты, их использование должно сопровождаться использованием повышенных мер безопасности.

Со временем стали вводиться новые требования к экологичности двигателей, что обусловило переход на неэтилированные бензины.

Характеристика более безопасных антидетонационных добавок

Неэтилированные бензины потребовали изменить технологию производства данного товара и применть антидетонационные добавки, которые отличались бы пониженной токсичностью.

Читайте также:  Кто должен формлять путевой лист

Детонационная стойкость бензина оценивается, в том числе, и по использованию в последнем нетоксиных антидетонаторов. Эффективность на уровне ТЭС показывают марганцевые вещества, которые представляют собой неядовитые жидкости. Однако они нашли ограниченное применение, поскольку снижают долговечность двигателя.

Перспективной считается добавка метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) с физико-химическими свойствами, близкими к бензину. При его добавлении в количестве 10% к топливу октановое число возрастает на 5-6 единиц.

Для высокооктановых бензинов используют органическое вещество под названием кумол.

Помимо этого, используются высокооктановые добавки на базе одноатомных спиртов и изобутилена.

Наибольшее распространение в производстве чистого бензина нашли эфиры.

Также применяются железосодержащие органические соединения, присадки на основе марганцевой органики, на базе N-метил-анилина, депарафинизированный рафинат

Помимо этого, в бензинах вместо ТЭС может использоваться тетраметилсвинец (ТМС), который лучше испаряется и более равномерно распределяется по цилиндрам.

Из практики использования ТЭС

Автомобилисты, имеющие значительный стаж вождения, знакомы с «красными свечами». Окраска свечей в данный цвет происходила тогда, когда в низкооктановый бензин подливали вместо ТЭС с выносителями чистый антидетонатор. Это приводило к освинцовыванию данных устройств. После этого отремонтировать и восстановить свечи уже невозможно. Таким образом, детонационная стойкость бензина характеризуется не бездумным, а правильным применением специально предназначенных для этого антидетонаторов.

Этилированные бензины способствуют меньшему износу кулачков на распредвалах, по сравнению с использованием бензинов без ТЭС. Предполагают, что продукты, образующиеся в результате сгорания, попадали через масло на поверхность, что защищало ее от износа. Последний уменьшался и по отношению к другим деталям двигателя при использовании этилированных бензинов.

Другие присадки для топлива

Для торможения окислительных реакций в бензины вводят антиокислительные присадки, которые могут быть древесносмольными, представляющими собой смесь фенолов с маслами, параоксифениламин и ФЧ-16, представляющий собой смесь фенолов.

Для предотвращения обледенения карбюратора применяют антиобледенительные присадки. В качестве них используют соединения, растворяющие воду и образующие низкозамерзающие смеси с ней, а также образующие оболочку на ледяных частицах, препятствующие росту и оседанию их на карбюраторных стенках.

Для удаления отложений могут использоваться различные моющие присадки.

Факторы, влияющие на рассматриваемый показатель

Детонационная стойкость бензина оценивается не только по октановому числу. На нее оказывают влияние различные факторы.

Детонация усиливается при повышении степени сжатия двигателя, увеличении диаметра цилиндра, использовании поршней и головок из чугуна. Эти факторы относятся к конструктивным.

К эксплуатационным свойствам, усиливающим детонацию, относятся увеличение нагрузки двигателя при константной частоте вращения коленвала, либо уменьшение частоты вращения при константной нагрузке при увеличении угла опережения зажигания, уменьшении влажности воздуха, увеличении слоя нагара в камере сгорания и температуры сгорания охлаждающей жидкости.

Помимо этого, детонация обусловлена влиянием физических и химических факторов. Последние обусловлены тем, что топливо способно образовывать перекисные соединения, которые, при достижении определенной концентрации, способствуют образованию данного явления. Распад данных соединений протекает достаточно быстро, при этом выделяется теплота и образуется «холодное» пламя, которое, при распространении, насыщает смесь продуктами распадами перекисных веществ. В них содержатся активные центры, благодаря которым возникает фронт горячего пламени.

Основным физическим фактором является степень сжатия двигателя. От него прямо пропорционально зависит давление и температура в камере сгорания. При достижении критических значений порция рабочей смеси воспламеняется и сгорает со скоростью взрыва.

Детонационная стойкость различных типов двигателей

Высокая детонационная стойкость автомобильного бензина характерна для легкотопливных двигателей. Она обеспечивает нормальное сгорание данных видов топлива в различных режимах эксплуатации двигателя. Процесс возникновения детонации в данном случае был рассмотрен выше.

Для обеспечения нормального рабочего цикла в дизельных двигателях, которые работают за счет самовоспламенения от сжатия рабочей смеси, детонационная стойкость топлива должна быть низкой. Для данных двигателей используется такая характеристика, как «цетановое число», которая показывает период времени от попадания топлива в цилиндр до начала осуществления его горения. Чем оно выше, тем меньше задержка, тем более спокойно осуществляется горение топливной смеси.

Сортность бензинов

Помимо детонационной стойкости бензина для авиационных видов данного топлива применяется понятие сортности. Она демонстрирует, насколько изменяется мощность при работе одноцилиндрового двигателя на обогащенной смеси на исследуемом топливе, по сравнению с мощностью, развиваемой этим же двигателем на изооктане, мощность которого принята за 100 единиц сортности или 100%.

В заключение

Детонационная стойкость бензина — это параметр, с помощью которого происходит характеристика способности данного вида топлива противостоять при сжатии самовоспламенению. Он относится к важнейшим характеристикам любого топлива, в том числе, и для рассматриваемого вида. Для легкотопливных двигателей ее определяют через октановое число. С целью повышения данного показателя применяют высокооктановые присадки, вводят антидетонаторы, подбирают сырье и разрабатывают технологии его переработки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector