Тема 2: «бензины»

2.1. Общие сведения.

2.2. Теплота горения.

2.3. Выпаривание.

2.4. Антидетонационные свойства.

2.5. Коррозийность и стойкость бензинов.

2.6. Экономия бензинов и добавки к ним.

2.1. Общие сведения

Мощность двигателя, его моторесурс, надежность работы, затраты топлива и моторных масел, токсичность отработанных газов зависят от качества топлива.

Товарный бензин состоит из смеси бензиновых фракций, которые получают различными методами переработки нефти (атмосферной переработки, крекингов, риформинга и т.д.). В бензины добавляют высокооктановые компоненты и альтернативные топлива. Для улучшения пусковых качеств к бензину добавляют газовые бензины, газолины (в зимние сорта). А также присадки: ингибиторы окисления (для повышения срока хранения), антинакаливающие (для предотвращения возгорания от накаливания); присадки, имеющие моющие, против снашивающие, защитные свойства (особенно при использовании спиртов как добавок к бензинам) и др. С целью улучшения антидетонационных свойств в некоторые бензины добавляют антидетонационные присадки (антидетонаторы).

Для нормальной работы двигателя топливо должно:

- обеспечивать легкий пуск двигателя и образование горючей смеси, которая дает стабильную его работу при всех возможных режимах;

- иметь высокую теплоту сгорания (горения) и высокие антидетонационные свойства;

- не изменять физического и химического состава при транспортировке и хранении;

- не приводить (не является причиной) нагаро- и лакообразования на деталях двигателя;

- не коррозировать металлов двигателя, резервуаров, баков, выпускной системы и тому подобное при эксплуатации и хранении;

- не иметь повышенной токсичности;

- обеспечивать минимальные затраты ТСМ и минимальное загрязнение окружающей среды.

Бензин – легко воспламеняемая горючая жидкость, поэтому следует тщательно выполнять правила техники безопасности. Температура вспышки бензинов составляет до минус 40*С и ниже.

В помещениях для хранения и использования бензинов запрещается работа с открытым огнем, искусственное освещение не должно бать взрыво-, пожаробезопасным. Не разрешается использовать инструменты, которые образуют искру при работе с бензином. Взрывоопасная концентрация паров бензина в смеси с воздухом составляет 0,8…8,0%, температурная граница взрывоопасности лежит от минус 50*С до минус 10*С. Эта граница носит условный характер. При возгорании (воспламенении) бензина, используют пену, при объемном гашении – углекислый газ, смесь СЖБ, перегретый пар. При разливе бензина следует собрать его в отдельную тару, место разлива протереть тряпкой; на открытой площади место разлива засыпать песком с последующим его выведением. Токсичность бензина проявляется в жидком и парообразном состояниях. Он раздражает слизистую оболочку и кожу человека. Граничная допустимая концентрация паров бензина в воздухе составляет 100 мг/м³. Помещения, в которых проводятся работы с бензином, оборудуют надежной вентиляцией.

2.2. Теплота горения

Теплота горения топлива влияет на его расход, мощность двигателя. Чем больше теплоты получено при сгорании топлива, тем большую мощность можно получить от двигателя, тем меньшие удельные затраты топлива.

Различают два значения теплоты горения:

• высшую;

• низшую.

В технике пользуются низшей теплотой горения, которая не учитывает теплоту концентрации воды.

Теплота горения углеводородных топлив зависит от элементарного состава: чем больше в топливе водорода, тем выше теплота горения. С повышением температуры кипения, с увеличением густоты теплота горения топлива уменьшается.

Нефтяные топлива, имеющие небольшие отличия по фракционному составу и значениям густоты, мало отличаются по теплоте горения.

Из элементов высокую теплоту горения (более высокую по теплоте горения углеводородов) имеют водород, бор, бериллий.

Теплота горения топлива зависит от его химического состава, в частности, от соотношения водорода и углерода. При сгорании 1 кг водорода в водяной пар выделяется 117,3 МДж теплоты, а 1 кг углерода в диоксид углерода – 34,1 МДж.

Экспериментально теплоту горения определяют в калориметрах.

Наивысшую теплоту горения имеет водород. Поэтому низкооктановые бензины, которые содержат в своем составе большое количество парафиновых углеводородов, имеют более высокую массовую теплоту горения, чем высокооктановые бензины, которые содержат большое количество ароматичных углеводородов. Это объясняется снижением соотношения водород : углерод в ароматичных углеводородах по сравнению с парафиновыми.

Однако, с переходом от парафиновых к нафтеновым и ароматичным углеводородам увеличивается их густота. Это ведёт к увеличению объемной теплоты горения.

В камере сгорания двигателя сгорает смесь, которая состоит из топлива и воздуха. Теплота горения спиртов приблизительно в 2 раза меньше теплоты горения углеводородных топлив, при сгорании спиртово-воздушных смесей выделяется приблизительно такое же количество теплоты, как и при сгорании такого же объема бензиново-воздушной смеси.

Наличие кислорода в спирте сокращает расходы воздуха на его горение (до 9 кг/кг этанола и до 6,5 кг/кг метанола). Массовое количество спирта в единице объема спиртово-воздушной смеси значительно большее, чем бензина в единице объема бензиново-воздушной смеси, т.е. расход спиртов в двигателе значительно больше, чем расход нефтяного топлива.

Теоретически необходимое количество воздуха зависит от состава топлива. Практически в горючей смеси необходимо иметь воздуха немного больше теоретически необходимого количества.

Отношение расходуемого воздуха к теоретически необходимому – называется коэффициентом излишка воздуха (α).

Нижняя граница вспышки обедненных горючих смесей соответствует коэффициенту излишка воздуха α = 1,4, а высшая граница вспышки в обедненных смесях - α = 0,4. На стехиометричной смеси (α = 1) двигатель работает стабильно, развивает мощность, близкую к расчетной, но имеет сниженную экономичность. Наибольшая экономичность при полной нагрузке двигателя имеет место на обедненной смеси, когда α_ек = 1,1.