Суть нормального та детонаційного згорання

У двигунах із запаленням від іскри робоча суміш займається в кінці такту стиску. У цей час температура суміші підвищується, але не досягає значень, відповідних температурі займання. Внаслідок іскрового розряду у запалювальній свічці суміш біля неї нагрівається до температури займання і утворюється полум’яне горіння. Згоряння робочої суміші розпадається на дві фази: фазу утворення полум’я горіння та фазу гаряче-полум’яного горіння.

В першій фазі, тривалість якої становить 12…15% від загального часу згоряння суміші, відбувається більш інтенсивне окислення молекул палива, ніж при стиску суміші, за рахунок підігріву від електричної іскри. У першій фазі горіння підвищення тиску практично не відрізняється від підвищення тиску, викликаного стисненням суміші.

У другій фазі реакція горіння прискорюється, і тепло, що виділяється при цьому, нагріває робочу суміш, яка знаходиться попереду полум'я; фронт полум'я переміщується до незгорілих шарів робочої суміші.

Поширення полум'я пов'язане з передачею тепла у паливо-повітряному середовищі і залежить від теплопровідності середовища та вихрових течій у ньому. Швидкість поширення полум'я при нормальному горінні коливається у межах 20…40 м/с і залежить від якості палива, складу горючої суміші, початкової температури і тиску, наявності залишкових газів та ступеня завихрення суміші у камері згоряння. Найбільша швидкість поширення полум'я спостерігається при збагаченні суміші, коли α = 0,90.

Рис. 3.2 - Індикаторні діаграми роботи бензинового двигуна:

а) – при нормальному згорянні робочої суміші; б) – при детонаційному згорянні

При нормальному горінні палива, тиск у циліндрі зростає плавно. Проте у ряді випадків згоряння супроводжується дуже високим місцевим підвищенням температури і тиску, що відбувається майже миттєво, та носить вибуховий характер і називається детонацією.

Детонація – це «ненормальна» робота двигуна із займанням від іскри, яка викликана вибуховим, детонаційним згорянням частини горючої суміші, що супроводжується різкими металевимистуками, димним вихлопом, перегрівом двигуна, зниженням потужності та іншими шкідливими наслідками, навіть механічне пошкодження деталей двигуна.

3.4. Октанове число, методи його визначення.

Здатність палива протистояти детонації називається детонаційною стійкістю. Детонаційна стійкість палива оцінюється октановим числом.

Октанове число автомобільних бензинів визначають двома методами: моторним і дослідницьким. Обидва методи стандартизовані. Для визначення октанового числа використовують моторні установки із одноциліндровими двигунами з перемінним ступеням стиснення (e = 4…І0).

Визначення октанового числа за моторним методом ведеться при обертах вала двигуна 900 хв^-1 з підігрівом робочої суміші до 149±1 °С, та при перемінному куті випередження запалювання; визначення октанового числа за дослідницьким методом ведеться при обертах вала двигуна 600 хв^-1, температурі повітря 52±1 °С і постійному куті випередження запалювання – 13 град. В іншому, методики визначення октанового числа за обома методами однакові. У цілому, умови випробування за дослідницьким методом легше ніж за моторним, тому октанове число бензину визначене по дослідницькому методу вище, ніж за моторним на 7…10 одиниць.

Рис. 3.3 - Схема установки ІТ-9-2:

1 - картер; 2 - поршень, 3 - поршні-противаги;4 - маслонасос, 5 - електричний обігрівач масла;6 - маховик; 7 - черв'ячний механізм пересування циліндра, 8 - рукоятка черв'ячного механізму пересування; 9 - магнето; 10 - дифузор і жиклер карбюратора; 11-триходовий кран; 12 – паливний бачок; 13 - повітряний бачок з електропідігрівачем повітря; 14 - електричний обігрівач паливо повітряної суміші; 15 – конденсаційний бачок системи охолодження; 16 - випускна труба

Таким чином, октанове число – це умовна одиниця визначення детонаційної стійкості палива, яка показує відсоток вмісту по об'єму ізооктану у штучно приготовленій суміші, що складається із ізооктану (детонаційна стійкість дорівнює 100) та нормального гептану (детонаційна стійкість дорівнює 0), що за своєю детонаційною стійкістю еквівалентна випробуваному паливу. Якщо, наприклад, еталона суміш містить 76% ізооктану і 24% н-гептану, та за своєю детонаційною стійкістю дорівнює випробуваному бензину, тоді октанове число палива дорівнює 76.

Октанові числа одного і того ж бензину, визначені моторним і дослідницьким методом, розрізняються між собою. Наприклад, для бензину АИ- 95 з октановим числом по дослідницькому методу 95 одиниць, детонаційна стійкість, визначена по моторному методу, дорівнюватиме 85 одиницям. Різниця між октановими числами, визначеними по дослідницькому і моторному методам називається чутливістю бензину.

3.5. Методи збільшення детонаційної стійкості бензинів

Взагалі існує три методи збільшення детонаційної стійкості бензинів:

– метод впливу на фракційний склад;

– метод впливу на хімічний склад;

– введення спеціальних присадок-антидетонаторів.

Перший метод заснований на врахуванні залежності октанового числа від молекулярної ваги вуглеводнів. Цей метод не дає великого ефекту і знаходить дуже обмежене застосування.

Другий метод заснований на врахуванні хімічної природи вуглецю. Якщо зрівняти між собою вуглеводні з однаковим числом атомів вуглецю у молекулі вуглеводню, то за ознакою підвищення октанового числа гомологічні ряди їх розташуються у такому порядку: нормальні алкани - найнижча; нормальні алкени;

циклани; изоалкани (ізопарафіни); арени (ароматичні) - найвища.

Третій метод – введення присадок-антидетонаторів. Практично це вирішується введенням у базові бензини від 20 до 50% високооктанових компонентів: ізооктан, ізопентан, киснемісткі сполуки, наприклад, ефіри і спирти та ін. Октанове число при цьому підвищується приблизно на 15 одиниць.

Присадки – антидетонатори.

Антидетонаційні властивості мають металоорганічні сполуки свинцю, марганцю, заліза, олова, хрому та ін., а також органічні речовини - ароматичні аміни, деякі ефіри, гомологи нафталіну.

Тетраетилсвинець (ТЭС) і тетраметилсвинец (ТМС) набули найбільшого поширення. Тетраетилсвинець - безбарвна прозора рідина з щільністю 1652,4 кг/м3, кипляча (з розкладанням) при 200 °С. Нерастворим у воді, добре розчинимо у вуглеводнях, спирті, ефірі, ацетоні. ТЭС ефективно підвищує октанове число бензину при додаванні до 3-4 г/л. Подальше підвищення концентрації ТЭС малоефективно.

Високооктановий бензин можна отримати і термічним крекінгом, але в цьому випадку потрібні дуже високі температури, а втрати через утворення газу та коксу занадто великі. Така обробка газойля зазвичай економічно невигідна; важкий газойль застосовується, як правило, в якості легкого дистиляту палива.

Каталітичним крекінгом отримують високооктановий бензин з дистилятів прямої перегонки нафти, наприклад керосино-солярове фракції. Цей гетерогенний процес здійснюють у присутності різних каталізаторів (аморфних силікатів, кристалічних цеолітів, що містять оксиди рідкоземельних елементів тощо) і при температурі 723… 798 К і тиску, близькому до атмосферного.

Риформинг дозволяє отримувати високооктановий бензин з низькооктанових бензино-легроинових фракцій за рахунок перетворення здебільшого нафтенів і деякої кількості парафінів в ароматичні сполуки, а також видалення певної частини парафінів шляхом їх газифікації. В установках з киплячим шаром і безперервною регенерацією каталізатором служить окис молібдену, осаджений на глиноземі.

3.6. Позначення і марки автомобільних бензинів

Основа позначення бензинів - вказівка на метод визначення октанового числа і як найважливіший показник якості само октанове число. При моторному методі - бензин означають буквою "А" - автомобільний бензин і через дефіс вказують величину октанового числа: А- 72; А- 76. При дослідницькому методі додають букву "И": АИ- 93; АИ- 95; АИ- 98.

Нормативна документація на якість автомобільного бензину, що діє в Україні, включає такі стандарти: державний стандарт України (ДСТУ 4063–2001), технічні умови України (ТУ У 00149943.501–98 та ТУ У 320.00158764.025–99), стандарт України ДСТУ 320.00140043.015–2000. Слід відзначити, що виробництво та застосування етилованих бензинів регламентовано постановою Кабінету Міністрів України від 1 жовтня 1999 р., яке повністю забороняє використання бензинів, які містять етилову рідину з 1 січня 2005 року.

Основна частина палив імпортується з Росії, Білорусії і Литви. Російські нафтопереробні заводи випускають автомобільний бензин по ГОСТ Р 51105–97, а також по союзним ТУ і технічним умовам Російської Федерації (ТУ 38. 301–25–41–97, ТУ 38. 401–58–127–95 та ін.) Підприємства Білорусії і Литви також виробляють свою продукцію, в основному, по російським нормативним документам. У країнах Європейської Спілки випускається автомобільний бензин, що відповідає вимогам європейського стандарту EN 228. Близькі до них за якістю автомобільні бензини, які випускаються у країнах Центральної Європи. При імпорті нових марок автомобільного бензину з країн ближнього і дальнього зарубіжжя сертифікуватися вони будуть відповідно вимог нормативної документації, яка діє в Україні.

Дата добавления: 2014-01-06