Эксплуатационные свойства и применение бензинов

С учетом технологии получения все топлива делятся на дистиллятные и остаточные. Дистиллятные топлива – бензин авиационный и автомобильный, реактивное топливо, дизельное топливо и печное. Остаточные топлива – моторное топливо для средне-и малооборотных дизелей (тепловозы, суда). Одним из главных требований, предъявляемых к бензину, является его детонационная стойкость. Детонационное сгорание характеризуется большими скоростями сгорания рабочей смеси: например, если при нормальном сгорании скорость распространения фронта пламени составляет 25…35 м/с, то при аномальном сгорании она возрастает до 1500…2500 м/с. Процесс горения при этом сгорание может приобретать взрывной характер с образованием ударных волн по несгоревшей части смеси. Волны, многократно отражаясь от стенок камеры сгорания, вызывают появление металлических стуков в двигателе. В результате происходит падение мощности двигателя и его перегрев, который может вызвать прогорание поршней и клапанов.

Детонационная стойкость бензинов оценивается условной единицей, называемой октановым числом (ОЧ), которое определяется двумя методами: моторным и исследовательским. Эти методы отличаются в основном режимами нагрузки двигателя установки для определения октановых чисел.

Октановое число определяют на одноцилиндровой моторной установки с переменной степенью сжатия с путем применения эталонного топлива. Эталонное топливо представляет собой смесь двух углеводородов парафинового ряда: изооктана С₈Н₁₈ (его детонационная стойкость принимается за 100 единиц) и нормального гептана С₇Н₁₆ детонационная стойкость которого принимается за 0 единиц.

Октановое число до 100 ед. равно процентному содержанию по объему изооктана в искусственно приготовленной смеси с нормальным гептаном, которая по своей детонационной стойкости равноценна испытуемому бензину.

Детонационную стойкость бензина можно определить расчетным способом по следующей эмпирической зависимости:

ОЧ=125,5 – 413/ε + 0,183D,

где – ОЧ октановое число бензина;

ε – степень сжатия двигателя;

D – диаметр цилиндра двигателя.

Испаряемость топлива. Фракционный состав является одним из основных показателей испаряемости топлива (автомобильного бензина). Все нефтяные топлива – сложная смесь углеводородов, которая выкипает в широком диапазоне температур. Фракция – часть топлива, выкипающая в определенном диапазоне температур.

Автомобильные бензины выкипают при температурах от 35 до 195^оС. Испаряемость бензина оценивается по температурным пределам его выкипания и по температурам выкипания его отдельных частей - фракций.

Основные фракции – пусковая, рабочая и концевая. Пусковую фракцию составляют самые легкокипящие углеводороды, которые находятся в 10% объема дистиллята. Рабочую фракцию представляют дистилляты, находящиеся в пределах от 10 до 90% перегоняемого объема. Фракция, выкипающая от 90% объема до конца кипения, называется концевой. В соответствие с ГОСТ фракционный состав нормируется пятью характерными точками: температура начала кипения t_н.к., температура перегонки t_10%, t_50%, t_90% и температурой конца кипения бензина t_к.к.

Пусковые свойства бензинов оцениваются тремя показателями: температурой начала перегонки, температурой перегонки 10% бензина и давлением насыщенных паров.

В соответствие с ГОСТ 2084-77 автомобильные бензины летнего вида должны иметь температуру начала перегонки не ниже 35^оС, 10% бензина должны перегоняться при температуре не выше 70^оС. Для бензинов зимнего вида температура начала перегонки не нормируется, а 10% бензина должны перегоняться при температуре не выше 55^оС. Поэтому бензины летнего вида обеспечивают пуск холодного двигателя при температуре окружающего воздуха выше 10^оС, а в жаркий летний период они не образуют паровых пробок. Бензины зимнего вида дают возможность запустить холодный двигатель при температуре воздуха до минус 26…28^оС.

Предельную минимальную температуру, при которой возможен пуск двигателя на бензинах различного фракционного состава, можно определить по формуле:

t_в=0,5 t_10% - 50,5,

где t_10% - температура конца перегонки, ^оС.

Температура перегонки 50% объема бензина характеризует скорость прогрева после пуска и приемистость двигателя, которая определяет динамику автомобиля. Температура перегонки 50% объема бензина для летнего вида должна быть не выше 115^оС, для зимнего вида не выше 100^оС. Бензин с низкой температурой перегонки 50% быстрее испаряется во впускном трубопроводе, улучшается наполнение цилиндров горючей смесью и возрастает мощность двигателя. Повышение температуры перегонки 50% бензина выше требование ГОСТ замедляет процесс испарение топлива, что увеличивает продолжительность прогрева двигателя после пуска и ухудшает динамику автомобиля.

Температура перегонки 90% и конца кипения бензина характеризуют его полноту испарения бензина. Когда в бензине содержится много высококипящих углеводородов, то они не испаряются во впускном трубопроводе двигателя, и попадают в цилиндры в виде жидкости. Часть жидкого бензина, поступающего в камеру сгорания, испаряется и сгорает, а оставшаяся часть стекает по стенкам цилиндра и смывает с них масляную пленку, что вызывает повышенный износ трущихся поверхностей цилиндропоршневой группы. Кроме того, тяжелые фракции бензина, попадая в поддон двигателя, снижают качество моторного.

Относительное изменение износа цилиндропоршневой группы в зависимости от температуры перегонки 90% объема бензина можно рассчитать по формуле:

DИ = 100 + 0,03(t_90% -160)²,

где - t_90% температура перегонки 90% объема бензина, ^оС.

Температура перегонки 90% объема для автомобильных бензинов летнего вида должна быть не выше 180^оС, а зимнего – 160^оС. Конец кипения бензинов летнего вида должен быть не выше 195^оС, а зимнего – 185^оС. (см. таблицу 2.1.).