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.
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.
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.
