Обозначение и марки автомобильных бензинов
Основа обозначения бензинов – указание на метод определения октанового числа и как важнейший показатель качества само октановое число. При моторном методе – бензин обозначают буквой «А» – автомобильный бензин и через дефис указывают величину октанового числа: А-72; А-76. При исследовательском методе добавляют букву «И»: АИ-93; АИ-95; АИ-98.
У бензинов «ЭК»: АИ-95ЭК.
Марки бензинов
В настоящее время многочисленными стандартами и техническими условиями предусмотрен выпуск более полутора десятков марок бензинов. Это топлива, применяемые внутри страны и на экспорт. Основное внимание уделяется снижению содержания чрезвычайно ядовитой присадки – тетраэтилсвинца. Расширяется выпуск бензинов прямой перегонки и применение бензинов с высокооктановыми нетоксичными добавками. Например, бензин АИ-95 «Экстра» (ТУ 38.1011279-89) вообще не содержит ТЭС. Постоянно разрабатываются и запускаются в производство новые экологичные марки.
Наиболее массово выпускаются автомобильные бензины по ГОСТ 2084-77, введённому в действие 01.01.79 г. В соответствии с временем требования к бензинам, определяемым этим стандартом постоянно ужесточаются. Пять изменений – март 1981 г., апрель 1983 г., октябрь 1985 г., июнь 1990 г., февраль 1997 г. (ИУС 6-81, 7-83, 1-85, 10-90, 5-97) – повысили качество, экологичность и безопасность в обращении с бензинами.
По ГОСТ 2084-77 предусмотрен выпуск следующих марок бензинов в зависимости от октанового числа:
|
|
|
А-72 – с октановым числом по моторному методу не менее 72;
А-76 – с октановым числом по моторному методу не менее 76;
АИ-91 – с октановым числом по исследовательскому методу не менее 91;
АИ-93 – с октановым числом по исследовательскому методу не менее 93;
АИ-95 – с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95.
Автомобильные бензины подразделяют 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 всех сезонов;
зимний – для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах и остальных районах с 1 октября до 1 апреля.
В автомобильный бензин, содержащий продукты термического и каталитического кренинга, коксования и пиролиза, для обеспечения нормы по показателю «индукционный период» при изготовлении допускается добавлять антиокислитель в следующем процентном отношении к указанным выше продуктам вторичных процессов: не более 0,10% антиокислителя ФИ-16 или ионола, или не более 0,15% антиокислителя Агидол-12.
По физико-химическим и эксплуатационным показателям автомобильные бензины должны соответствовать нормам и требованиям, указанным в табл. 2.5.
|
|
|
Таблица 2.5
Показатели качества к бензинам по ГОСТ 2084-77
| Наименование показателя | Значение для марки | Метод испытания | ||||
| А-72 | А-76 | АИ-91 | АИ-93 | АИ-95 | ||
| ОКП 02 5112 0401 | ОКП 02 5112 0501 | ОКП 02 51120900 | ОКП 02 51120601 | ОКП 02 51120300 | ||
| 1.Детонационная стойкость: октановое число, не менее; по моторному методу; по исследовательскому методу | 72 | 76 |
82,5
91 |
85
93 |
85
95 |
По ГОСТ 511
По ГОСТ 8226 |
| Не нормируется | ||||||
| 2. Массовая концентрация свинца, г, 1 дм3 бензина не более | 0,013 | 0,013 | 0,013 | 0,013 | 0,013 | По ГОСТ 28828 с дополнением по п. 4.5 настоящего стандарта |
| 3. Фракционный состав: температура начала перегонки бензина, оС, не ниже: летнего зимнего
| 35 | 35 | 35 | 35 | 30 |
По ГОСТ 2177 |
| Не нормируется | ||||||
Продолжение табл. 2.5
| Наименование показателя | Значение для марки | Метод испытания | ||||||
| А-72 | А-76 | АИ-91 | АИ-93 | АИ-95 | ||||
| ОКП 02 5112 0401 | ОКП 02 5112 0501 | ОКП 02 51120900 | ОКП 02 51120601 | ОКП 02 51120300 | ||||
| 10 % бензина перегоняется при температуре, оС, не выше летнего | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 |
По ГОСТ 2177 | ||
| зимнего | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | |||
| 50 % бензина перегоняется при температуре, оС, не выше: летнего | 115 | 115 | 115 | 115 | 115 | |||
| зимнего | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |||
| 90 % бензина перегоняется при температуре, оС, не выше: летнего | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | |||
| зимнего | 160 | 160 | 160 | 160 | 160 | |||
| конец кипения бензина, оС, не выше: летнего | 195 | 195 | 205 | 205 | 205 | |||
| зимнего | 185 | 185 | 195 | 195 | 195 | |||
Продолжение табл. 2.5
| Наименование показателя | Значение для марки | Метод испытания | ||||
| А-72 | А-76 | АИ-91 | АИ-93 | АИ-95 | ||
| ОКП 02 5112 0401 | ОКП 02 5112 0501 | ОКП 02 51120900 | ОКП 02 51120601 | ОКП 02 51120300 | ||
| остаток в колбе, %, не более | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | |
| остаток и потери, %, не более | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | |
| 4. Давление насыщенных паров бензина, кПа (мм рт. ст.) не более: летнего | 66,7 (500) | 66,7 (500) | 66,7 (500) | 66,7 (500) | 66,7 (500) |
По ГОСТ 1756 (арбитражный метод) или ГОСТ 28781 |
| зимнего | 66,7–93,3 (500–700) | 66,7–93,3 (500–700) | 66,7–93,3 (500–700) | 66,7–93,3 (500–700) | 66,7–93,3 (500–700) | |
| 5. Кислотность, мг КОН на 100 см3 бензина не более | 3,0 | 1,0 | 3,0 | 0,8 | 2,0 | По ГОСТ 5985 с дополнением по п. 4.3 настоящего стандарта или по ГОСТ 11362 |
| 6. Концентрация фактических смол в мг на 100 см3 бензина, не более: | По ГОСТ 1567 или ГОСТ 8489 | |||||
|
|
|
Окончание табл. 2.5
| Наименование показателя | Значение для марки | Метод испытания | |||||||
| А-72 | А-76 | АИ-91 | АИ-93 | АИ-95 | |||||
| ОКП 02 5112 0401 | ОКП 02 5112 0501 | ОКП 02 51120900 | ОКП 02 51120601 | ОКП 02 51120300 | |||||
| на месте производства | 5,0 |
| |||||||
| на месте потребления | 10,0 | ||||||||
| 7. Индукционный период бензина на месте производства, мин, не менее | 600 | 1200 | 900 | 1200 | 900 | По ГОСТ 4039 | |||
| 8. Массовая доля серы, %, не более | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | По ГОСТ 19121 | |||
| 9. Испытание на медной пластине | Выдерживает | По ГОСТ 6321 | |||||||
| 10. Водо-растворимые кислоты и щелочи | Отсутствие | По ГОСТ 6307 | |||||||
| 11. Механические примеси и вода |
| По п. 44 настоящего стандарта | |||||||
| 12. Цвет | – | – | – | – | – | Визуально | |||
| 13. Плотность при 20 °С, кг/м3 | Не нормируется. Определение обязательно | По ГОСТ 3900 | |||||||
Примечания:
1. Для городов и районов, а также предприятий, где Главным санитарным врачом запрещено применение этилированных бензинов, предназначаются только неэтилированные бензины.
2. Допускается вырабатывать бензин, предназначенный для применения в южных районах, со следующими показателями по фракционному составу:
10% перегоняется при температуре не выше 75 оС.
50%перегоняется при температуре не выше 120 оС.
3. Для бензинов, изготовленных с применением компонентов каталитического риформинга, допускается температура конца кипения бензина летнего вида – не выше 205 оС; бензина зимнего вида – не выше 195 оС.
4. По согласованию с конкретными потребителями допускается выработка отдельных партий бензина с индукционным периодом не менее 450 мин.
5. Для длительного хранения в Госрезерве предназначен бензин только летнего вида марки с А-76 во все времена года с обязательным определением в нём заводом-изготовителем индукционного периода.
Государственный стандарт ГОСТ Р 51313-99 разделяет бензины на 4 типа, с 1 по 4. Эти бензины соответствуют жёстким современным требованиям в отношении экологичности нефтепродуктов: снижение содержания тетраэтил-свинца; запрещение использования железосодержащих антидетонаторов; снижение содержания марганца. Требования, вводимые ГОСТ Р 51313-99 отражены в табл. 2.6
Таблица 2.6
Показатели качества бензинов, вводимые ГОСТ Р 51313-99
|
Наименование показателя | Значение показателя для бензинов типа |
Метод испытания | |||
| I | II | III | IV | ||
| 1. Детонационная стойкость: октановое число по исследовательскому методу, не менее или октановое число по моторному методу, не менее | 80 76 | 91 82,5 | 95 85 | 98 88 | По ГОСТ 8226 По ГОСТ 511 |
| 2. Концентрация свинца, г/дм3, не более | 0,013 | 0,013 | 0,013 | 0,013 | По ГОСТ 28828 |
| 3. Давление насыщенных паров, кПа | 35–100 | 35–100 | 35–100 | 35–100 | По ГОСТ 1756 |
| 4. Фракционный состав: 90% бензина перегоняется при температуре, °С, не выше конец кипения бензина, °С, не выше остаток в колбе, %, не более | 190 215 1,5 | 190 215 1,5 | 190 215 1,5 | 190 215 1,5 | По ГОСТ 2177 |
| 5. Массовая доля серы, %, не более | 0,1 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | По ГОСТ 19121 или ГОСТ Р 50442 |
| 6. Объёмная доля бензола, %, не более | 5 | 5 | 5 | 5 | По ГОСТ 29040 |
Примечание:
Минимальное и максимальное значения показателя «Давления насыщенных паров» устанавливаются в документации на автомобильные бензины конкретных марок в зависимости от климатического района применения по ГОСТ 16350 и сезона эксплуатации.
Для использования в городах разработаны марки бензинов, отвечающих самым высоким экологическим требованиям.
Техническими условиями ТУ 38.401-58-171-96 устанавливаются следую-щие марки автомобильных бензинов с улучшенными экологическими свойствами (городские):
1. АИ-80 ЭК;
АИ-92 ЭК;
АИ-95 ЭК;
АИ-98 ЭК.
Октановые числа перечисленных марок бензинов, определённые по исследовательскому методу должны быть не менее указанных в обозначении чисел.
2. АИ-80 ЭК п;
АИ-92 ЭК п;
АИ-95 ЭК п;
АИ-98 ЭК п.
Эти марки бензинов в своём составе имеют моющие присадки. При этом в паспорте должно быть указано наименование и содержание присадки.
Пример обозначения продукции при заказе и в технической документации: «Бензин автомобильный с улучшенными экологическими свойствами (городской) АИ-80 ЭК ТУ 38.401-58-171-96».
Автомобильные бензины должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 2.7.
В настоящее время промышленность выпускает автомобильные бензины из газовых конденсатов, сопутствующих добываемым природному газу и нефти. Газовый конденсат является ценным сырьём для производства светлых нефтепродуктов (автомобильные бензины, дизельные и реактивные топлива). Выход продукта составляет до 95% взятого для переработки сырья.
Транспортировка топлив в отдалённые районы добычи нефти и газа представляет значительную трудность, поэтому из газовых конденсатов добывают дешёвые, технологичные и достаточного качества автомобильные бензины, обеспечивающие потребности в этом горючем техники для разведки и добычи нефти и газа.
Таблица 2.7
Показатели качества бензинов, определяемые ТУ 38.401-58-171-96
| Наименование показателя | Значение для марки |
Метод испытания | |||
| АИ-80ЭК | АИ-92ЭК | АИ-95ЭК | АИ-98ЭК | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1. Детонационная стойкость октановое число, не менее: по моторному методу по исследова-тельскому методу | 76,0 80,0 | 83,0 92,0 | 85,0 95,0 | 88,0 98,0 | по ГОСТ 511 или ISO 5163 или А5ТМД 2700 по ГОСТ 8226 или ISO 5164 или АSТМД 2699 |
| 2. Массовая концентрация свинца, г на 1 куб. дм бензина, не более | 0,010 | 0,010 | 0,010 | 0,010 | по ГОСТ 28828 или ЕN 237 или АSТМД 3237 |
| 3. Фракционный состав: объём испарившегося бензина при температуре 70 °С, %, мин. макс. Объём испарившегося бензина при температуре 100 °С, % мин. макс Объём испарившегося бензина при температуре 180°С, % мин. Конец кипения бензина, °С, не выше Остаток в колбе, % об., не более | 10 50 35 70 85 215 2,0 | 15 50 40 70 85 215 2,0 | 15 50 40 70 85 215 2,0 | 15 50 40 70 85 215 2,0 | по ГОСТ 2177 или ISO 3405 или АSТМД 86 |
Продолжение табл. 2.7.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 4. Давление насыщенных паров бензина, кПа: в летний период с 1 апреля по 1 октября мин. макс. В зимний период с 1 октября по 1 апреля мин. макс. | 35 70 65 100 | 35 70 65 100 | 35 70 65 100 | 35 70 65 100 | по ГОСТ 1756 или ГОСТ 28781 или АSТМД 4953 или АSТМД 323 или ЕМ 12 |
| 5. Индекс паровой пробки (10ДНП+7V70), не более: летний зимний | 950 1250 | 950 1250 | 950 1250 | 950 1250 | |
| 6. Концентрация фактических смол в мг на 100 куб. см бензина на месте производства, не более: до введения присадки после введения присадки на месте потребления | 5,0 5,0 10,0 | 5,0 5,0 10,0 | 5,0 5,0 10,0 | 5,0 5,0 10,0 | по ГОСТ 1567 или АSТНД 381 или ЕН 5 или по приложению А по ГОСТ 1567 АSТМД 381 ЕN 5 |
| 7. Индукционный период бензина на месте производства, мин, не менее | 360 | 360 | 360 | 360 | по ГОСТ 4039 или АSТМД 525 или ISO 7536 |
Продолжение табл. 2.7.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 8. Массовая доля серы, %, не более | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | по ГОСТ 19121 или ГОСТ Р50442 или АSТМД 1266 или АSТМД 2622 или АSТМД 4294 или ISO 8754 |
| 9. Объёмная доля бензола, %, не более | 3 | 3 | 5 | 5 | по ГОСТ 29040 или АSТМД 4420 или ЕН 238 или АSТМД 4053 |
| 10. Испытание на медной пластине |
Выдерживает | по ГОСТ 6321 или ISO 2160 или АSТМД 130 | |||
| 11. Содержание водораствори–мых кислот и щелочей |
Отсутствие
| по ГОСТ 6307 | |||
| 12. Содержание механических примесей и воды |
Отсутствие
| по п. 5.2 наст. ТУ или ГОСТ 2084 | |||
| 13. Плотность при 20 °С, кг/куб. м., не более | 780 | 780 | 780 | 780 | по ГОСТ 3900 или ISO 3675 или ISO 3838 или АSТМД 1298 |
| 14. Содержание моющей присадки, %, не менее | 0,035 | 0,035 | 0,035 | 0,035 | Метод разрабатывается |
| 15. Моющие свойства*: – чистота карбюратора, баллы, не менее – отложения на впускном клапане, мг/час, испытаний не более компонентный состав | 7 5 | 7 5 | 7 5 | 7 5 | квалификационный метод оценки бензинов с присадками |
| Уточняется для обеспечения перспективных норм по выбросам вредных веществ с отработавшими газами | |||||
| *Определяется при постановке на производство, оформлении сертификата соответствия или по требованию органов экологического контроля. | |||||
Для обеспечения эксплуатации автомобилей с карбюраторными двигателями в условиях Севера (на газоконденсаторных месторождениях и прилегающих труднодоступных районах) применяют автомобильные бензины, вырабатываемые прямой перегонкой (экологичность!) из газовых конденсатов Уренгойского и Норильского месторождений. Физико-химические характери-стики автомобильных бензинов из газовых конденсатов отражены в табл. 2.8.
Таблица 2.8
Показатели качества газоконденсатных бензинов
|
Показатели | ТУ 51-126-83 | ТУ 51-03-06-86 | ||||
| АГ-72 | АГ-76 | АГ лет-ний | АГ зимний | |||
| 1. Детонационная стойкость: октановое число по моторному методу, не менее | 72 | 76 | 76 | 76 | ||
| 2. Фракционный состав: температура начала перегонки, °С, не ниже; 10% перегоняется при температуре, °С, не выше; 50% перегоняется при температуре, °С, не выше; 90% перегоняется при температуре, °С, не выше; конец кипения бензина, °С, не выше; остаток в колбе, %, не более остаток и потери, %, не более |
–
55
100
140
150 1,5 4,0 |
–
55
100
130
150 1,5 4,0 | 35 70 115 145 170 1,0 4,0 | Не нормир. 55 100 145 150 1,0 4,0 | ||
| 3. Давление насыщенных паров бензина, Па (мм рт. Ст.), не более в пределах | 66661–93325 (500–700) | 66661–93325 (500–700) | 66661 (500) | 66661–93325 (500–700) | ||
| 4. Кислотность, мг КОН на 100 мл бензина, не более | 1,0 | 1,0 | 3,0 | 3,0 | ||
| 5. Концентрация фактических смол в мг на 100 мл бензина, не более (на месте производства) | 3,0 | 3,0 | 5,0 | 5,0 | ||
| 6. Массовая доля серы, %, не более | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | ||
| 7. Испытание на медной пластине | Выдерживает | |||||
| 8. Индукционный период на месте производства бензина, мин, не менее | 900 | 900 | 1200 | 1200 | ||
| 9. Водорастворимые кислоты и щёлочи | отсутствие | отсутствие | ||||
| 10. Механические примеси и вода | отсутствие | отсутствие | ||||
| 11. Цвет | светлый | – | бесцветный | |||
| 12. Плотность при 20°С, г/см3 | Не нормируется. Определение обязательно | |||||
Примечание.
По согласованию с потребителем для повышения октанового числа допускается вводить в бензин АГ апробированную антидетонационную присадку – экстралин, в количестве до 1,5% масс. В этом случае введение присадки в обязательном порядке указывается в сертификате соответствия (товарном паспорте) на бензин АГ.
В последнее время большинство выпускаемых легковых машин оборудуются нейтрализаторами отработанных газов, которые быстро выходят из стоя при использовании этилированных бензинов. ГОСТ Р 51866-2002 определяет показатели качества неэтилированных бензинов (содержание свинца не более 0,005 г/дм3). Физико-химические и эксплуатационные показатели этих бензинов приведены в табл. 2.9.
Таблица 2.9
Требование к неэтилированным бензинам по ГОСТ Р 51866-2002
| Наименование показателя | Регуляр Евро-92 | Премиум Евро-95 Супер Евро-98 |
| 1. Октановое число, не менее: – по исследовательскому методу – по моторному методу | 92 83 | 95 и 98 85 и 88 |
| 2. Концентрация свинца, мг/дм3, не более | 5 | 5 |
| 3. Плотность при 15°С, кг/м3 | 720–775 | 720–775 |
| 4. Концентрация серы, мг/кг, не более | 150 | 150 |
| 5. Устойчивость к окислению, мин, не менее | 360 | 360 |
| 6. Концентрация смол, промытых растворителем, мг на 100 см3 бензина, не более | 5 | 5 |
| 7. Коррозия на медной пластинке (3 ч при 50 °С), единицы по шкале | Класс 1 | Класс 1 |
| 8. Давление насыщенных паров*, кПа | 45–100 | 45–100 |
| 9. Фракционный состав: объёмная доля испарившегося бензина **, %, при температуре: 70 °С (и 70) 100 °С (и 100) 150 °С (и 150) конец кипения, °С, не выше | 20–50 46–71 75 210 | 20–50 46–71 75 210 |
| 10. Внешний вид | Прозрачный и светлый | Прозрачный и чистый |
Окончание табл. 2.9.
| Наименование показателя | Регуляр Евро-92 | Премиум Евро-95 Супер Евро-98 |
| 11. Объёмная доля углеводородов, %, не более: – олефиновых – ароматических | 21 42 | 18 42 |
| 12. Объёмная доля бензола, %, не более | 1,0 | 1,0 |
| 13. Объёмная доля оксигенатов, %, не более: – метанола – этанола – изопропилового спирта – изобутилового спирта – трибутилового спирта – эфиров (С5 и выше) – других оксигенатов | 3 5 10 10 7 15 10 | 3 5 10 10 7 15 10 |
Примечания.
* Давление насыщенных паров указано по минимуму и максимуму для всех классов, определяемых климатическими зонами России. Всего классов – 12.
** Объёмная доля испарившегося бензина при температуре 70 °С также указа–на крайними значениями диапазона, включающего все классы для всех климатических зон России.
Все бензины, выпускаемые по ГОСТ 2084-77 имеют гарантийный срок хранения 5 лет со дня выпуска, остальные стандарты, более поздние, определяют гарантийный срок хранения в течение 1 года.
Глава 3
Дизельные топлива
В 1891 году у немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля появилась идея применить в двигателе внутреннего сгорания сжатый воздух. Такой двигатель стал более экономичным, мог работать на дешёвом топливе, кроме того, удалось значительно повысить его КПД.
28 февраля 1892 года Дизель подал заявку на изобретение «нового рационального теплового двигателя», а 23 февраля 1893 года получил немецкий патент № 67207.
Первые официальные испытания нового двигателя произвели настоящую сенсацию среди инженеров. С этого времени началось победное шествие «дизелей» по всему миру. Только за право производить его моторы Дизель в течение нескольких лет получил шестимиллионное состояние.
Двигатель мог работать на тяжёлых фракциях, что позволило существенно повысить процент использования составных компонентов нефти как топлива даже без применения деструктивного метода переработки.
Значительный вклад в совершенствование дизеля внесли русские учёные Г. В. Тринклер и Я. М. Манин. В 1898–99 годах на заводе Нобеля в Петербурге (позже – завод «Русский дизель») был создан дизельный двигатель, работавший на самом дешёвом топливе – сырой нефти.
Специфика рабочего процесса
Дизельного двигателя
Специфической особенностью дизеля является то, что смесеобразование в нём происходит непосредственно в камере сгорания, а образовавшаяся рабочая смесь самовоспламеняется за счёт энергии адиабатически сжатого воздуха.
Условия испарения, смесеобразования и сгорания в дизеле существенно отличаются от условий протекания этих процессов в бензиновом двигателе.
Впрыск топлива производится в среду нагретого до 500…700 оС и сильно сжатого воздуха. Степень сжатия дизельных двигателя достигает 18 и более единиц. Для получения хорошего распыла и смесеобразования необходимо добиться среднего диаметра капель топлива 0,1–0,01 мм. Топливо в цилиндры подаётся под давлением 150–180 МПа. Для этого используется специальная аппаратура, включающая насосы и форсунки, где имеется ряд деталей прецизионного изготовления. Вследствие этого топливная система дизеля гораздо сложнее, чем у бензинового двигателя.
Кроме того, топливо выполняет ещё и роль смазочного материала деталей высокоточного изготовления в топливной аппаратуре.
Процесс смесеобразования включает:
– распыливание подаваемой в цилиндр порции топлива;
– распределение капелек топлива в камере сгорания;
– нагрев топлива до температуры испарения;
– испарение и диффузию паров топлива;
– нагрев паров до температуры самовоспламенения.
В быстроходных дизелях смесеобразование осуществляется в весьма короткие промежутки времени – за 0,003–0,006 с, а период задержки воспламенения, т. е. времени от начала подачи топлива в цилиндр до появления первых очагов пламени, – 0,0015–0,003 с.
К началу воспламенения процессы смесеобразования не успевают завершиться во всём объёме камеры и продолжают развиваться одновременно с процессом горения топливовоздушного заряда. При этом вследствие повышения температуры скорости процессов физико-химической подготовки ещё не участвующего в горении топлива значительно возрастают. Однако в дальнейшем условия воспламенения и сгорания топлива, особенно последние части впрыскиваемой порции, ухудшаются из-за недостаточного подвода кислорода в зону реакции и фракционирования при испарении капель топлива (в последнюю очередь испаряются и участвуют в горении высококипящие углеводороды с большой молекулярной массой). В этих условиях горение последних порций топлива замедляется, особенно при повышенных нагрузках, когда объём впрыскиваемой дозы увеличивается. Восстановившийся углерод не сгорает, и с отработанными газами выбрасывается в атмосферу, что является одной из причин дымления дизеля.
На рис. 3.1 показана индикаторная диаграмма рабочего процесса двигателя с воспламенением от сжатия, развёрнутая по углу поворота коленчатого вала.
Рис. 3.1. Развёрнутая индикаторная диаграмма рабочего процесса дизельного двигателя
Пунктиром показано изменение давления в камере сгорания неработающего двигателя. В непрерывном рабочем процессе можно условно выделить три стадии:
1. Процессы, протекающие в камере сгорания от момента начала впрыска (точка 1) до образования очага пламени, т. е. период задержки воспламенения(ПЗВ). С момента образования очага пламени начинается резкое повышение давления, и этот момент характеризуется на индикаторной диаграмме точкой отрыва линии давления работающего двигателя (точка 2) от линии сжатия.
Во время ПЗВ происходит распыливание, смешение и испарение топлива, а также его предпламенные превращения, заканчивающиеся в некоторых частях смеси образованием первичных очагов горения. К началу воспламенения достаточно глубокие химические процессы окисления успевают произойти в незначительной части топливного заряда.
2. Распространение турбулентного горения топливовоздушной смеси. Вторая стадия начинается с момента самовоспламенения (точка 2) и длится до точки 3. После образования первоначальных очагов воспламенения и начавшегося турбулентного горения возможно образование и новых очагов, от которых также распространяется фронт пламени по горючей смеси. Если предпламенная подготовка смеси в первой стадии развивается недостаточно быстро, то к моменту начала воспламенения в камере сгорания накапливается излишне большое количество гетерогенной топливовоздушной смеси и практически одновременно возникает большое количество начальных очагов воспламенения. В этих случаях зона реакции может распространяться за счёт самоумножения очагов воспламенения – последовательного самовоспламене-ния предварительно подготовленной горючей смеси. Такое горение обычно приводит к высокой скорости нарастания давления в камере сгорания и жёсткой работе двигателя.
3. Догорание рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Оно происходит в условиях высоких температур и уменьшенной концентрации кислорода при движении поршня к нижней мёртвой точке. В фазе догорания существенное влияние на скорость горения оказывает повышенная концентрация продуктов сгорания. От количества смеси, догорающей в третьей стадии, и условий догорания зависят полнота сгорания топлива и дымление двигателя.
Мягкая и жёсткая работа двигателя определяется скоростью нарастания давления в камере сгорания при повороте коленчатого вала (п.к.в.) на один градус. Определяющим фактором при этом является период задержки самовоспламенения топлива.
Средняя величина жёсткости работы (нормальная работа) современных дизелей находится в пределах 0,4–0,5 МПа/град. п. к. в. (зависимости от степени сжатия). При больших скоростях нарастания давления наблюдается жёсткая работа двигателя. При меньших – мягкая.
Период задержки воспламенения при прочих равных технических условиях зависит от строения и химической активности углеводородов, входящих в состав дизельного топлива.
Наибольшим ПЗВ обладают ароматические углеводороды, далее идут изоалканы, нафтены и непредельные углеводороды.
Наименьшим ПЗВ обладают алканы нормального строения. ПЗВ уменьшается для углеводородов одинакового строения по мере увеличения их молекулярной массы.
При больших ПЗВ к началу воспламенения в камере сгорания накапливается значительное количество смеси, подготовленной к сгоранию. В результате происходит воспламенение больших количеств горючей смеси и чрезмерно быстрое нарастание давления, что приводит к жёсткой работе дизелей.
При малых ПЗВ топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания, начинает воспламеняться и сгорать не по всему объёму, а в непосредственной близости от форсунки. В результате следующие порции топлива будут поступать не в атмосферу почти чистого горячего воздуха, а в воздух, смешанный с продуктами сгорания этого такта работы двигателя. Это приводит к неполному сгоранию, дымлению и потере мощности двигателя из-за неравномерного смесеобразования в объёме камеры сгорания.
Самовоспламеняемость топлива количественно оценивается цетановым числом (ЦЧ), являющимся показателем самовоспламеняемости.
Цетановое число – процентное (по объёму) содержание цетана (гексадекана) в такой его смеси с альфаметилнафталином (С11Н10), которая по самовоспламеняемости при стандартных условиях испытания на специальном одноцилиндровом двигателе эквивалентна испытуемому топливу. Самовоспламеняемость цетана условно принята за 100 единиц, а альфаметилнафталина – за 0. Чем больше ЦЧ, тем лучше самовоспламе-няемость топлива и меньше его ПЗВ.
На ПЗВ и характер процесса сгорания топлива в дизельном двигателе существенное влияние оказывают конструктивные и эксплуатационные факторы. Действие этих факторов проявляется через изменение режима работы, который, в свою очередь, влияет на мощность, экономичность и надёжность работы дизеля.
Факторы, влияющие на ПЗВ:
– увеличение температуры воздуха в конце такта сжатия улучшает характеристики воспламенения, снижает ПЗВ;
– повышение давления также улучшает условия для самовоспламенения. Однако положительное влияние температур и давления будет сказываться только при условии соблюдения оптимальных параметров распыливания, распределения топлива в камере сгорания и турбулентности среды;
– коэффициент избытка воздуха (α) при работе дизеля колеблется в широких пределах, так как регулирование мощности дизеля осуществляют путём изменения подачи только топлива. Наддув воздуха вызывает повышение температуры и давления в конце такта сжатия, что приводит к сокращению ПЗВ и увеличению скорости сгорания топливовоздушной смеси;
– увеличение тонкости распыливания топлива увеличивает скорость испарения капель, однако при этом уменьшается расстояние разбрызгивания, в результате чего происходит неравномерное распределение топлива по объёму камеры сгорания. В результате местного переобогащения смеси процессы химического предпламенного преобразования смеси замедляются, что приводит к увеличению ПЗВ. Лучшим является неоднородное распыливание, при котором уже первые порции дозы топлива равномерно распределяются по объёму камеры сгорания из-за различия масс капель (различные диаметры отверстий распылителя). Такое распыливание увеличивает скорость сгорания и сокращает продолжительность фазы догорания;
– увеличение степени сжатия приводит к увеличению давления и температуры – уменьшению ПЗВ. К тому же слабее проявляется влияние химического состава топлива на ПЗВ;
– уменьшение угла опережения впрыска топлива сокращает ПЗВ, т. к. ближе к ВМТ, температура и давление в камере сгорания повышается. Но, при слишком малом угле опережения впрыска, основная масса дозы топлива будет догорать в такте расширения, что вызовет падение мощности и дымление двигателя из-за уменьшения скорости нарастания давления и увеличения продолжительности фазы догорания;
– с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя усиливается вихревое движение, повышаются температура и давление воздуха в камере сгорания. Это ведёт к сокращению ПЗВ и продолжительности горения, в результате чего основная часть топлива успевает сгореть до начала фазы догорания. Но, при чрезмерном росте частоты вращения коленчатого вала, повышение температуры и давления воздуха и соответствующее ускорение предпламенных процессов уже не успевают скомпенсировать сокращение времени эффективного горения, в результате чего часть топлива, догорающего в третьей стадии, растёт. В итоге – падение эффективной мощности двигателя и увеличение удельного расхода топлива.
Зависимость между ЦЧ и ПЗВ показана на рис. 3.2.
В свете вышеизложенного сформулируем требования к дизельным топливам:
– удовлетворительная вязкость в широком диапазоне температур, обеспечивающая бесперебойную подачу топлива в камеру сгорания;
– оптимальная воспламеняемость и испаряемость, необходимые для лёгкого пуска и плавной работы двигателя на различных эксплуатационных режимах;
– отсутствие отложений в системе питания и в камере сгорания при работе двигателя и хранении техники;
– устойчивость к окислению в условиях хранения и транспортирования;
– нейтральность к конструкционным материалам двигателя и средств хранения, заправки и транспортирования;
– токсичность и экологичность;
– широкая сырьевая база;
– технологичность производства;
– дешевизна.
Рис. 3.2. Влияние цетанового числа на период задержки воспламенения t. 1 – четырёхтактный двигатель для испытаний топлив при 
, n = 900 мин -1, температуре охлаждающей воды t = 85 °C; 2 – четырёхтактный двигатель для испытаний топлив при 
, n = 900 мин -1, t = 100 °C; 3 – двухтактный двигатель при , n = 900 мин -1; 4 – двухтактный двигатель при 
, n = 1800 мин -1
Марки, уровень качества
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 409; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!