книги / Основные свойства эксплуатационных материалов для транспортных и транспортно-технологических машин

Температура перегонки 50%-ного бензина характеризует его среднюю испаряемость, влияющую на приемистость, прогрев, устойчивость работы двигателя и обледенение карбюратора. Чем ниже температура перегонки 50%-ного бензина, тем выше его испаряемость, лучше приемистость и устойчивость работы двигателя на этом бензине, но тем больше опасность обледенения карбюратора.

Температура перегонки 90%-ного бензина и температура конца перегонки tк.п характеризуют наличие в бензине тяжелых, трудно испаряющихся фракций. С повышением этих температур увеличивается расход бензина (рис. 2.1), так как тяжелые фракции не успевают испариться и сгореть. При этом больше бензина протекает в картер, смывая масляную пленку со стенок цилиндра и поршня, и разжижает масло в картере, что ведет к интенсивному изнашиванию цилиндро-поршневой группы (рис. 2.2) и повышенному расходу маславрезультате его замены.

Давление насыщенных паров дает возможность более на-

дежно судить о пусковых свойствах бензина. Чем выше давление насыщенных паров, тем больше в бензине легкоиспаряющихся фракций, лучше пусковые свойства и быстрее осуществ-

11

ляется его прогрев. Вместе с тем увеличиваются опасность образования воздушных пробок и потери бензина от испарения при хранении.

Таким образом, с одной стороны, наличие в бензине легко испаряющихся фракций и высокое давление насыщенных паров вредно, так как ведет к образованию воздушных пробок и повышенным потерям при хранении, а с другой – полезно, поскольку от этого зависит легкость пуска и быстрый прогрев двигателя. Поэтому промышленность выпускает бензин с таким давлением насыщенных паров, чтобы склонность к образованию паровых пробок была минимальной летом, но чтобы он обладал необходимыми пусковыми свойствами зимой.

Обледенение карбюратора также зависит от наличия в бензине легких фракций и характеризуется температурой испарения 10 и 50 % бензина. Это явление связано с поглощением теплоты при испарении. При температуре окружающего воздуха 5–7 °С через 2,5 мин после запуска двигателя температура дроссельной заслонки может понизиться до –14 °С, а конденсирующаяся на ней из воздуха вода превратиться в лед. При этом необходимо помнить, что чем больше высота над уровнем моря, тем воздух разреженнее, ниже температура кипения жидкостей, вероятнее образование паровых пробок в системе питания двигателя и тем больше вероятность обледенения карбюратора.

Наличие смол представляет большую опасность для двигателя. При его работе смолы откладываются в карбюраторе и трубопроводах, нарушая подачу бензина, что приводит к нагарообразованию и остановке двигателя (рис. 2.3). Нагар образуется и на стенках клапанов, вызывая их пригорание.

С увеличением содержания смол в бензине понижается, как правило, октановое число и увеличивается кислотность бензина, вызывающая сильную эрозию металла. Поэтому очень важно знать, какое количество смол находится в бензине и насколько бензин предрасположен к смолообразованию при хранении и транспортировке. Ответы на эти вопросы дают два нормированных показателя: наличие фактических смол и индукционный

12

период. Смолообразование в бензине зависит прежде всего от содержания в нем нестойких углеводородов, которые при соприкосновении с воздухом образуют смолы (рис. 2.4).

Рис. 2.3. Зависимость количества отложений во впускной системе двигателя от содержания фактических смол в бензине

Рис. 2.4. Зависимость содержания фактических смол с (а)

икислотности к (б) в бензине от времени хранения бензинов: 1 – термического крекинга; 2 – каталитического крекинга

13

Вот почему требуется заполнять бак вечером, а не утром, а лишняя перекачка бензина запрещена. Кроме того, следует помнить, что смолообразование в нагретом бензине и на свету идет быстрее, чем в холодном и в темноте. Наличие в бензине воды, меди и свинца способствует смолообразованию. Особенно быстро смолы образуются в баках машин при длительных стоянках (хранении).

О количестве органических кислот судят по тому количеству КОН, которое необходимо добавить в 100 мл бензина, чтобы нейтрализовать находящиеся в нем органические кислоты.

Присутствие минеральных кислот и щелочей в свежем бен-

зине не допускается, т. е. топливо должно быть нейтральным. Однако со временем кислотность увеличивается. Наличие в бен-

зине активных сернистых соединений оценивается испытанием на медной пластинке, которая не должна окисляться в топливе в течение 3 ч при t = 50 °С.

2.3. Условия сгорания бензина в двигателе. Этилированные бензины

Одним из возможных путей более полного сгорания топлива и использования полученной энергии в двигателе является повышение степени сжатия топлива. Однако при увеличении степени сжатия возникает очень серьезное препятствие: бензин, который хорошо сгорает в двигателях с низкой степенью сжатия, плохо горит при высокой степени сжатия. При этом двигатель стучит, температура цилиндров повышается, мощность падает, а отработавшие газы становятся черными и разрушают детали двигателя. Это явление получило название детонации. Установлено, что если скорость распространения пламени при нормальной работе двигателя равна 20–25 м/с, то в детонирующем двигателе некоторая часть смеси паров бензина с воздухом сгорает не плавно, а взрывается. При этом взрывная волна распространяется со скоростью в 100 раз большей (1500–2500 м/с). Это явление, по мнению академика А.Н. Баха, до момента сгорания смеси сопровождается образованием взрывчатого вещества –

перекиси.

14

Детонация в двигателе зависит от качества бензина и в первую очередь от его антидетонационных свойств, оцениваемых октановым числом. Сущность определения октанового числа сводится к сравнению эксплуатационного бензина с эталонными сортами по их способности вызывать детонацию в конкретном типе двигателя.

Эталонные сорта топлива составляют смешиванием двух химически чистых углеводородов: изооктана С8Н8 и гептана

С7Н16.

Изооктан обладает высокими антидетонационными свойствами и способен при высокой степени сжатия сгорать без детонации. Его антидетонационные свойства условно принимают за 100 единиц.

Гептан в противоположность изооктану обладает низкими антидетонационными свойствами, и двигатель начинает детонировать даже при низкой степени сжатия. Антидетонационные свойства гептана условно приняли за ноль.

Смешивая в разных пропорциях по объему изооктан и гептан, получают ряд эталонных сортов топлива с различными антидетонационными свойствами. Чем больше изооктана содержится в смеси, тем выше ее антидетонационные свойства.

Эталонное топливо, составленное из 72 % изооктана и 28 % гептана, будет иметь антидетонационные свойства, равные 72 единицам. Эти условно принятые единицы, которые, по существу, показывают процентное содержание изооктана в эталонной смеси, и называютоктановым числом.

Октановое число испытуемого бензина определяют на специальном одноцилиндровом двигателе, степень сжатия которого можно менять поворотом рукоятки Степень сжатия двигателя повышают до тех пор, пока появится детонация. Сравнивая показания испытуемого бензина с показаниями эталонного топлива, устанавливают его октановое число.

Таким образом, октановое число бензина – это количество изооктана в процентах в эталонном топливе, которое по своим антидетонационным свойствам оказалось равнозначным испытываемому бензину.

15

Октановые числа бензинов определяют моторным и исследовательским методами. Октановое число моторным методом определяют при п = 15 с–1 и подогреве рабочей смеси до 150 °С, а исследовательским методом – при п = 10 с–1 и без подогрева. При этом октановое число, определенное исследовательским методом, оказывается выше, чем определенное моторным. Так, октановое число бензина АИ-93, определенное исследовательским методом, равняется 93 единицам, а моторным методом–85, т.е. разница составляет порядка 8 единиц.

Таким образом, повышение температуры снимает антидетонационную стойкость.

Самый распространенный способ повышения октанового числа бензинов – применение в качестве добавок антидетонаторов – тетраэтилсвинца (ТЭС) и тетраметилсвинца (ТМС) высокой эффективности. Введение всего 0,3% ТЭС повышает октановое число топлива на 15–25 ед.

Однако на пути практического использования ТЭС встретились серьезные затруднения, вызванные двумя его недостатками. Во-первых, при работе на этилированном бензине на клапанах, свечах и стенках камеры сгорания откладывалось так много свинца и его оксида, что двигатель быстро выходил из строя. Кроме того, детали двигателя подвергались сильной эрозии. Во-вторых, ТЭС оказался очень ядовитым и опасным для организма человека.

Первый недостаток удалось почти полностью устранить введением в бензин добавок бромистых и хлористых соединений, которые при сгорании вместе с тетраэтилсвинцом образуют легколетучие соединения свинца. В газообразном состоянии они выносятся из двигателя вместе с отработанными газами. При этом в двигателе остается не более 2 % свинца, но увеличивается токсичность выхлопных газов.

Смесь ТЭС с тем или иным выносителем получила название этиловой жидкости, которая в зависимости от состава имеет различный цвет (красный, темно-синий и оранжевый) и характерный запах. Следует помнить, что этиловая жидкость очень

16

PNRPU

ядовита и может проникать в организм человека через кожу. Опасность усугубляется тем, что в случае попадания этилированного бензина на кожу человек никаких воздействий не ощущает и пренебрежительно относится ко всем предостережениям.

Наиболее надежным способом удаления этиловой жидкости с кожи является смывание ее керосином или неэтилированным бензином.

Этиловая жидкость добавляется в бензин не более 0,82 г на 1 кг бензина.

Следует помнить, что этиловая жидкость, находящаяся в бензине, быстро разлагается на свету, особенно под действием солнечных лучей. При этом в бензине выпадают хлопья, которые забивают фильтры и трубопроводы, а октановое число бензина уменьшается. Поэтому хранить этилированные бензины следует не больше 10 месяцев.

Другой способ повышения октанового числа состоит в добавлении к бензину высокооктановых компонентов (смесь изопарафиновых или ароматических углеводородов), которые имеют октановое число от 90 и выше. Их добавляют 10–40 %.

Третий способ повышения октанового числа основан на одновременном добавлении к бензину антидетонаторов и одного или нескольких высокооктановых компонентов.

Склонность двигателя к детонации зависит, кроме того, от режима работы двигателя и условий эксплуатации: атмосферных условий, нагарообразования, частоты вращения коленчатого вала двигателя, опережения зажигания, температуры цилиндров, состава рабочей смеси и дросселирования двигателя. Понижение температуры воздуха и барометрического давления,

атакже увеличение влажности воздуха уменьшает склонность двигателя к детонации.

Нагарообразование в камере сгорания и на днище поршня,

атакже перегрев двигателя способствуют возникновению детонации. С увеличением частоты вращения склонность двигателя к детонации уменьшается, а с увеличением угла опережения зажигания – увеличивается. При работе двигателя на богатой сме-

17

си склонность двигателя к детонации уменьшается, а на бедной – увеличивается. Чем больше прикрыта дроссельная заслонка, тем меньше причин для возникновения детонации.

Таким образом, для устранения детонации двигателей можно использовать уменьшение опережения зажигания, прикрытие дросселя и увеличение частоты вращения коленчатого вала. Каждый из трех названных факторов в отдельности, а тем более в сочетании друг с другом является достаточно эффективным средством борьбы с детонацией. Однако прибегать к их использованию следует лишь в крайних случаях и к тому же кратковременно, так как при этом либо снижается мощность, либо ухудшается экономичность, либо то и другое одновременно. Поэтому только подбором для каждой марки двигателя соответствующего по детонационной стойкости бензина можно обеспечить бездетонационную работу без потери мощности и ухудшения экономичности.

Причиной неустойчивой работы двигателя кроме детонации может явиться так называемое калильное зажигание, вызываемое появлениемраскаленных точек в камере сжатия, чаще всего частиц нагара. Самопроизвольное появление фронта пламени, кроме основного (от искры), приводит к значительному сокращению времени горения смеси, резкому нарастанию давления и, следовательно, ударному воздействию на поршень. В результате повышается износ деталей, а при интенсивном калильном зажигании повреждаются поршни, кольца, вкладыши, шатуны и даже коленчатый вал. Приэтом падаетмощностьи повышаетсярасходтоплива.

Преждевременное воспламенение может быть бесшумным, но чаще всего оно сопровождается стуками, напоминающими детонационные стуки. Поэтому по внешним признакам преждевременное воспламенение легко спутать с детонацией, тем более что чаще всего оно возникает одновременно с ней.

Возникновение калильного зажигания можно проверить выключением зажигания. Если двигатель продолжает работать, то причина ненормальной работы двигателя – калильное зажигание, а если двигатель сразу глохнет, то причина– детонация двигателя.

18

Возникновению калильного зажигания способствует увеличение степени сжатия, увеличение наддува, уменьшение угла опережения зажигания и обеднение рабочей смеси. На преждевременное воспламенение рабочей смеси влияет также фракционный и химический состав топлива, содержание в нем антидетонатора, количество и расход масла, содержащиеся в нем присадки и смолы.

Таким образом, устранение калильного зажигания может быть достигнуто подбором топлив и масел с определенными свойствами и, в частности, применением бензина с повышенной детонационной стойкостью. При этом необходимо отметить, что любой из способов повышения детонационной стойкости топлив приводит к их удорожанию, но, несмотря на это, потребление высокооктановых бензинов непрерывно увеличивается. Это вызвано совершенствованием двигателей, которые требуют все более качественных и, следовательно, более дорогих эксплуатационных материалов. Но в то же время сам двигатель становится все более экономичным и надежным, благодаря чему уменьшаются затраты на его обслуживание и ремонт. В итоге использование высококачественных дорогих материалов и в особенности высокооктановых бензинов оказываетсяэкономически оправданным.

2.4. Основные показатели и характеристика автомобильных бензинов

Бензины применяются в поршневых двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от внешнего источника (электрической искры). По назначению они бывают автомобильными и авиационными.

Уавтомобильных и авиационных бензинов имеются общие

всвоей основе показатели качества, определяющие их эксплуатационные и физико-химические свойства, несмотря на различия в условиях применения

Современные бензины должны обеспечивать экономичную и надежную работу двигателя, обладать необходимой испаряемостью для получения топливовоздушной смеси оптимального

19

состава при любых температурах; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не оказывать негативного действия на системы и агрегаты двигателя, иметь групповой углеводородный состав для обеспечения устойчивого, бездетонационного процесса сгорания на всех режимах работы двигателя. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

Ассортимент, качество и состав автомобильных бензи-

нов. Основной объем автомобильных бензинов в России производится по ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р 51105-97 и ГОСТ Р 518662002. Автомобильные бензины подразделяются на летние и зимние (в зимних бензинах содержится больше низкокипящих углеводородов). Отсутствие техники, эксплуатируемой на бензине А-72, практически привело к прекращению его производства.

Основные марки автомобильных бензинов по ГОСТ

Р51105-97:

–Нормаль-80 – с октановым числом по исследовательскому методу не менее 80;

–Регуляр-92 – с октановым числом по исследовательскому методу не менее 92;

–Премиум-95 – с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95;

–Супер-98 – с октановым числом по исследовательскому методу не менее 98.

Всоответствии с ГОСТ Р 54283-2010, во избежание путаницы устанавливается единая маркировка автомобильных бензинов, она состоит из трёх групп знаков, разделённых дефисом. Первая группа – буквы АИ (бензин Автомобильный, октановое число измерено по Исследовательскому методу); вторая группа – цифры, показывающие непосредственно октановое число (80, 92, 95, 98); третья группа – экологический класс бензина (2, 3, 4, 5), примерно соответствующий нормам ЕВРО-2, ЕВРО-3 и т.д. Например: АИ-92-4 – это автомобильный бензин с октановым числом, по исследовательскому методу равным 92, и соответствующий четвёртому экологическому классу. Поскольку с 2003 года в Рос-

20