Лекция 7. 05.12.14. гр. 2501.

(продолж.)

2. Бензин и его основные свойства.

2.1 Детонационная стойкость.

2.1.1. Октановое число. ОЧИ, ОЧМ, методика, чувствительность (продолжение).

«Развитие — это тяжёлая работа, направленная против самого себя». Георг Вильгельм Фридрих Гегель (1770–1831).

Октановое число бензина характеризует его детонационную стойкость. Октановое число (ОЧ) – показатель, численно равный процентному (по объему) содержанию изооктана (ОЧ=100) в смеси с нормальным гептаном (ОЧ=0), эквивалентной по своей детонационной стойкости бензину, испытуемому в стандартных условиях.

Изооктан и н- гептан- эталонные жидкости. Формулы: изооктан C₈H₁₈ ; н- гептан C₇H₁₆.

Если, например, испытуемый бензин обладает такой же детонационной стойкостью, что и смесь 76% изооктана с 24 % н-гептана, то октановое число этого бензина равно 76.

Графическая интерпретация ОЧ.

Содержание в смеси изооктана,%(V)	Содержание в смеси н-гептана,%(V)	ОЧ
0	100	0
20	80	20
40	60	40
60	40	60
80	20	80
100	0	100
76	24	76

ОЧ бензина устанавливают на одноцилиндровой установке УИТ-65М,в состав которой входят:

1. одноцилиндровый двигатель с переменной степенью сжатия, с датчиком детонации;

2) прибор УД (указатель детонации);

3) Различные приспособления для приближения или отдаления вероятности появления детонации.

Для определения ОЧ бензина моторным методом (ГОСТ 511 -82) устанавливают

стандартный режим работы одноцилиндрового двигателя и затем переводят его на

испытуемое топливо. Изменяя степень сжатия ε, добиваются появления детонации

определенной интенсивности. Затем подбирают такую эталонную смесь изооктана с Н -гептаном, которая в аналогичных условиях детонирует с той же интенсивностью. Процентное содержание изооктана в подобранном топливе обозначает октановое число испытуемого топлива.

Применяется также исследовательский метод определения октанового числа (ГОСТ 8226 - 82), при котором режим работы двигателя менее напряженный. Поэтому октановое число по исследовательскому методу (ОЧИ) несколько выше, чем определенное моторным методом (ОЧМ).

MON - октановые числа бензина, измеренные моторным методом. RON - октановые числа бензина, измеренные исследовательским методом.

Октановое число по исследовательскому методу (ОЧИ) может быть подсчитано по формуле:

ОЧИ = 120 - 2×(t_ср.- 58)/ 5× ρ₂₀;

Где t_ср = ×(t_нк.+ t_кк)/2,

t_ср- средняя температура перегонки бензина;

t_нк - температура начала перегонки бензина;

t_кк - температура конца перегонки бензина;

ρ₂₀ – плотность бензина при 20⁰С, г/см³.

Если октановое число определено исследовательским методом, то в марке бензина имеется индекс «И», например, автомобильные бензины АИ -92, АИ -95. Цифры 92 и 95 обозначают октановые числа, определенные исследовательским методом. Октановое число указанных бензинов, определенное моторным методом, составляет 82,5 и 85 ед.

Разницу в октановых числах, получаемую по этим двум методам определения, называют чувствительностью бензина. Она зависит от физического и фракционного составов бензина. Например, для бензина А-76 чувствительность

Ч=ОЧИ-ОЧМ=80-76=4

2.1.2.Пути повышения детонационной стойкости бензинов.

Детонация (knock)- аномальное сгорание, зачастую производящее слышимый звук, вызванный самовоспламенением ТВС и взрывом образовавшихся к концу нормального сгорания перекисей и гидроперекисей.

Явление детонации вызвано особенностями реакций окисления углеводородов. При окислении углеводородов кислородом воздуха в период подготовки топлива к сгоранию образуются гидроперекиси R-O-O-H, которые распадаются с выделением свободных радикалов. Свободные радикалы инициируют цепные реакции окисления. После того, как рабочая смесь воспламенится от искры, в несгоревшей части смеси возрастает концентрация активных частиц, которые при достижении некоторой предельной концентрации реагируют со скоростью взрыва. Несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется, и происходит детонационное сгорание.

Чем больше скорость образования гидроперекисей в топливовоздушной смеси, тем скорее возникнет взрывное сгорание, и нормальное распространение пламени перейдет в детонационное.

В результате большой скорости и взрывного характера детонационного сгорания часть топлива и промежуточных продуктов сгорания «разбрасываются» по объему камеры, перемешиваются с конечными продуктами и не успевают полностью сгореть. Выхлоп становится дымным, экономичность и мощность двигателя падают. Повышается отдача тепла стенкам камеры сгорания и днищу поршня из-за высоких температур в детонационной волне и увеличения теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа с поверхности металла. Все это приводит к перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения камеры сгорания и днища поршня. Одновременно с перегревом ударные волны при своем многократном отражении от стенок могут механически удалять масляную пленку с поверхности гильзы цилиндра и приводить к увеличению износа цилиндров и колец. Вибрационные нагрузки на поршень могут вызывать повышенный износ шатунных подшипников. При длительной работе двигателя с детонацией даже в тех случаях, когда не наблюдается аварийных разрушений, ресурс его работы уменьшается в 1,5 – 3 раза.

Для подбора двигателю бензина с необходимым октановым числом можно воспользоваться следующими выражениями:

ОЧИ=78+D/4 – 6000/ɛ³ – формула НАМИ;

ОЧИ=125,4 – 413/ɛ + 0,183×D – формула Аронова Д.М.;

ОЧИ=78+D/4 – 4756/Р_с^2,205 – формула Кулешова А.С., где

ɛ – степень сжатия; D- диаметр цилиндра, мм; Р_с – давление в конце такта сжатия, кг/см².

Повышение октановых чисел бензинов возможно следующим путем:

1. подбором соответствующего нефтяного сырья;

2.совершенствованием технологии переработки и очистки бензина;

3.изменением строения углеводорода и др.

4.добавление к бензинам антидетонаторов является наиболее эффективным и экономичным способом повышения детонационных свойств.

В качестве антидетонаторов применяются:

1)свинцовистые- это тетраэтилсвинец Рb(С₂Н₅)₄,

«Развитие — это тяжёлая работа, направленная против самого себя». Георг Вильгельм Фридрих Гегель (1770–1831)

Рb(С₂Н₅)₄представляет собой густую бесцветную жидкость с плотностью 1659 кг/м3, хорошо растворяющуюся в нефтепродуктах и не растворяющихся в воде, температура кипения его 200°С. Тетраэтилсвинец (ТЭС) - ядовитое вещество.

Механизм антидетонационного действия ТЭС заключается в том, что при

высоких температурах образуется свободный свинец Рb, при окислении его образуется двуокись свинца РbО₂, который взаимодействует с образующими перекисными соединениями, в результате чего последние разрушаются, и цепная реакция окисления прерывается.

Недостатком ТЭС является то, что свинец из камеры сгорания удаляется не полностью, что приводит к освинцовыванию камеры. С целью уменьшения этого явления к ТЭС добавляют бромистые и хлористые соединения, называемые выносителями свинца.

Смесь ТЭС с выносителем, в которую входят также наполнитель (бензин) и краситель(для отличия этилированного бензина от неэтилированного), называют этиловой жидкостью (ЭЖ) (табл.). Данную жидкость вводят в бензин в количестве 0,5 - 1,0 г/кг.При этом ОЧ повышается на 8…12 единиц. (В концентрации 0,05% он повышает ОЧ на 15-17 единиц).

Таблица.

Компоненты	Р-9	1-ТС	П-2
Тетраэтилсвинец	54,0	58,0	55,0
Выносители свинца	33,0- Бромистый этил	36,0- Дибромэтан	34,4- Дибромпропан
Альфамонохлорнафталин	6,8	-	5,5
Красящее вещество	0,1	0,5	0,1
Наполнитель(Б-70)	6,1	5,5	5,0

Недостатком выносителя бромистого этила в жидкости Р -9 является то, что он обладает низкой температурой кипения (34°С) и при хранении испаряется.

Выносительдибромэтан в жидкости 1-ТС кристаллизуется при -8°С, что делает невозможным применение бензина с этой жидкостью зимой. Выноситель

дибромпропан, входящий в жидкость П-2, кипит при 141°С и кристаллизуется при - 55°С, поэтому является наиболее пригодным для использования в условиях низких температур.

В высокофорсированных двигателях применяется более эффективное

органическое соединение свинца - тетраметилсвинец (ТМС). Он обладает более высокой термической устойчивостью, чем (ТЭС), и разлагается в момент максимального образования перекисных соединений.

2)марганцевистые- ЦТМ, МЦКМ, ПЕНТАКАРБОНИЛ МАРГАНЦА Mn(CO)₅, Фэтерол-В,Фэтерол-Г, Фэтерол-Д и др.- Они менее токсичны, чем свинцовистые, но по сравнению с ними не имеют надежных выносителей(отложения на электродах свечей, кольцах, поршнях и др.деталях ЦПГ. ЦТМ- циклопентадиенилтрикарбонил Mn

С₅Н₅Мn(CО)₃; МЦКМ- метилциклопентадиэтилкарбонил Mn С₆Н₇Мn(CО)_3.

3)железистые-ФеррАДА, ФерОЗ,ФК-4, ДАФ-1, АПК и др.-Нетоксичны, но более высокая стоимость и не имеют надежных выносителей.

Замечание. Приемистость бензинов к антидетонаторам зависит от группового химического состава и антидетонационных свойств бензинов. Практически это означает, что чем ниже ОЧ бензина, тем больше антидетонационный эффект.

Концентрации всех типов антидетонаторов в бензинах ограничены, что, в свою очередь, накладывает ограничения на возможный прирост ОЧ, достигаемый применением того или иного антидетонатора.

Ограничения объясняются следующими причинами:

Тип антидетонатора	Ограничение концентрации	Max прирост ОЧ	Причина
Тетраэтилсвинец(в этилированных автобензинах)	0,15 г/л	8	Высокий уровень токсичности и нагарообразование в камере сгорания
Марганцевистые	50 мг Mn/л бензина	5…6	Повышенный износ и нагарообразование на свечах зажигания и в камере сгорания
Железистые	38 мг Fe/л бензина	3…4	Повышенный износ и нагарообразование на свечах зажигания и в камере сгорания

Следует обратить особое внимание на совместимость антидетонаторов между собой!

5.Добавление к бензинам присадок- высокооктановых компонентов: МТБЭ(метилтретичнобутиловый эфир), ВБС, ТБС и др. оксигенаты (метанол, этанол, втор- БУТАНОЛ, Фэтерол-А, Фэтерол-Б).

Достоинство МТБЭ как компонента бензина заключается не только в его высокой детонационной стойкости(ОЧИ=117;ОЧМ=101),но и в возможности привлечь не нефтяное сырьё для расширения ресурсов моторных топлив.

При добавлении к бензину 10 % МТБЭ ОЧИ возрастает в среднем на 2 — 6 единиц, при 20%—на 4—13 единиц.

Но давайте от теоретических моментов, которыми можно заполнить несколько томов, обратимся к вопросам практическим и рассмотрим описываемые явления через призму повседневности. Первый распространенный вопрос: прогорят ли клапаны, если залить бензин с большим октановым числом? Действительно, в некоторых случаях использование бензина с большим октановым числом может привести к прогоранию выпускных клапанов: При этом считается, что происходит это из-за большей температуры горения смеси с более высоким октановым числом. На самом деле все наоборот. Топливо с большим октановым числом обычно горит с меньшей температурой и медленнее. Из-за скорости горения ниже расчетной может получиться так, что на фазе выпуска через клапан вместо отработанных газов будет выпущена еще горящая смесь. Горящая смесь может оказаться и в выпускном коллекторе — тогда пострадает и он. На практике же конструкция многих двигателей позволяет реализовать потенциал топлива с более высоким октановым числом без ущерба для ресурса. В любом случае, если вы льете бензин, отличный от рекомендованного производителем, вы должны четко понимать физику работы именно вашего мотора — тому, что говорят в сервисах, верить можно далеко не всегда. Вопрос номер два: почему при использовании бензина с большим октановым числом на свечах образуется нагар? Первая причина является следствием того, что в России высокооктановые бензины получают исключительно методом добавления присадок. При этом часто получается так, что для получения 95-ого бензина присадки используются менее качественные, чем для 98-ого. Так что заправившись 95-ым после 92-ого можно получить более ровную работу мотора и нагар на свечах в одном флаконе. Понятно, что тут все зависит от конкретной АЗС. Вторая причина — угол опережения зажигания. Если в вашем двигателе нет системы, которая автоматически регулирует угол зажигания, то залив высокооктановое топливо можно опять же загадить свечи и потерять часть мощности. Как упоминалось выше, высокооктановое топливо горит медленнее, а следовательно для правильного и полного сгорания смеси ее поджиг должен осуществляться раньше.