Материал: 2254
ческую. При нормальном сгорании средняя скорость распространения пламени доходит до 50 м/с. В процессе детонации скорость сгорания увеличивается до 2500 м/с. Во время детонации слышны звонкие металлические стуки (ударные волны), мощность двигателя снижается, резко повышается температура, увеличиваются нагрузки на детали кривошипношатунного механизма.
6.1.1. Методика определения октанового числа
Октановое число бензинов проверяют моторным и исследовательским
способами. Установка представляет одноцилиндровый двигатель (УИТ – 85М) с переменной степенью сжатия (4 – 12). УИТ – универсальная одноцилиндровая установка для испытания топлива, изображенная на рис. 6.2 [1]. Диаметр поршня 85 мм, ход – 115 мм. При моторном методе частота вращения коленчатого вала n = 900 мин-1 и угол опережения зажигания φ = 15–26о. Исследовательский метод осуществляется при n = 600 мин-1, φ = 13о. Установка оборудована прибором для измерения интенсивности детонации, которая изменяется от 0 до 100 единиц.
Рис. 6. 2. Общий вид установки УИТ-85М для определения октанового числа бензинов
~41 ~
Моторный способ имитирует работу двигателя грузовых автомобилей на форсированных режимах и длительных нагрузках (междугородное движение транспорта).
Исследовательский способ имитирует работу двигателя легкового автомобиля при меньших нагрузках (внутригородское движение).
В качестве эталонных топлив берут изооктан С8Н18 (ОЧ = 100) и
гептан С7Н16 (ОЧ =0).
Октановое число определяется сравнительным методом при помощи эталонной смеси, состоящей из октана и гептана. Например, бензин, которому присвоили марку А-76, расшифровывается так: А – автомобильный бензин, октановое число 76, определено моторным методом. Если взять смесь из 76% изооктана и 24% гептана, то она по детонационной стойкости будет такой же, как бензин А-76.
Октановое число есть показатель детонационной стойкости топлива, численно равный процентному содержанию изооктана в той его смеси с гептаном, которая по интенсивности детонации эквивалентна испытуемому топливу.
Рассмотрим последовательность методики определения ОЧ по моторному методу.
1. Одноцилиндровый двигатель прогрет и работает на бензине, ОЧ которого неизвестно. Частота вращения вала двигателя 900 мин-1, угол опережения зажигания, например 20о.
2.Повышаем степень сжатия (уменьшая объем камеры сгорания), добиваемся устойчивой детонации (например, при степени сжатия 8).
3.Отключаем анализируемый бензин и переводим работу двигателя на эталонную смесь с известным октановым числом. Эталонные смеси могут иметь октановые числа от 62 до 98 единиц и состоят из изооктана и нормального гептана. Подбираем эталонную смесь, при которой создаются условия сгорания с устойчивой детонацией. Например, если эталонная смесь начала активно детонировать при октановом числе 76 (изооктана 76%, гептана 24%), то октановое числоанализируемогобензина будет равно76.
При определении октанового числа могут применяться контрольные топлива. Октановые числа изменяются от 76 до 104 при различном содержании в смеси толуола, гептана, изооктана. Например, эталонная смесь с октановым числом 98 содержит толуола (С7Н8) 74%, изооктана (С8Н18) 8% и нормального гептана (С7Н16) 18%. Толуол имеет октановое число по моторному методу 104, а по исследовательскому – 120. При исследовании топлив с октановыми числами более 100 применяют смеси изооктана и тетраэтилсвинца.
~42 ~
При исследовательском методе двигатель работает с меньшей частотой вращения вала двигателя (600 мин-1) [1]. На данном режиме увеличивается время на протекание процесса сгорания и образования перекисей (очагов самовоспламенения). При наличии очагов самовоспламенения нужно меньше гептана – ускорителя детонации. По этой причине ОЧ по исследовательскому методу будет больше ОЧ по моторному методу.
Октановое число по исследовательскому и моторному методам можно определить при помощи переносного портативного прибора октанометра (экспресс-метод).
На рис. 6.3 показан октанометр ПЭ-7300 с дополнительной программой определения цетанового числа в дизельных топливах. При помощи данного прибора за несколько минут определяют октановое число бензина по моторному и исследовательскому методам. Принцип действия основан на сравнении диэлектрических свойств бензина или дизельного топлива с компьютерной базой данных, которая ранее была аттестована с эталонными образцами бензинов и дизельных топлив, имеющих известное значение октановых и цетановых чисел. Допустимая относительная погрешность измерения не более ±1%.
Рис. 6.3. Октанометр типа ПЭ-7300
Разность октановых чисел, определенных по исследовательскому методу и моторному (ОЧИ - ОЧМ), называется чувствительностью бензина. Эта разность достигает 10 единиц. Чем выше данная разность, тем лучше сгорает бензин на неустановившихся режимах. По ГОСТ Р 51313–99 и
~43 ~
ГОСТ 32513 – 2013 выпускаются 4 марки неэтилированных бензинов, показатели которых приведены в табл. 6.1.
|
Характеристики бензинов |
Таблица 6.1 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Показатель |
|
Марка бензина |
|
|
|
«Нормаль |
«Регуляр |
«Премиум |
«Супер 98» |
|
|
|
||||
|
|
80» |
91» |
95» |
|
1. Октановое число: |
|
|
|
|
|
по моторному методу |
76 |
82,5 |
85 |
88 |
|
по |
исследовательскому |
|
|
|
|
методу |
80 |
91 |
95 |
98 |
|
2. |
Концентрация свин- |
|
|
|
|
ца, |
|
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
г/л, не более |
|
|
|
|
|
3. Содержание серы, %, |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
|
не более |
|
|
|
|
|
4. Индукционный |
360 |
360 |
360 |
360 |
|
период, мин, не менее |
|
|
|
|
|
Кроме детонационного сгорания возможно и калильное зажигание. Под калильным зажиганием понимают воспламенение горючей смеси от раскаленного тела, например электрода свечи, клапана. Калильное зажигание возможно даже после выключения зажигания (двигатель продолжает работать). Причиной данного нарушения могут быть нагретые поверхности клапана или свечи. Например, свеча А-17-ДВ, установленная вместо свечи А-20-ДВ, может вызвать калильное зажигание. Свеча А-20-ДВ более «холодная», лучше отводит тепло и устранит калильное зажигание.
Индукционный период определяется с целью оценки допустимого срока хранения нефтепродуктов, и он должен быть не менее 360 мин [1]. Это время испытания образца (100 см3) в объёме кислорода при давлении 0,7 МПа, температуре 100 оС до начала активного поглощения кислорода. Окисление начинается при снижении давления, контролируемого по манометру (ГОСТ-1105 – 97).
Бензины, полученные прямой перегонкой, практически не содержат ненасыщенных углеводородов, имеют высокую химическую стабильность (большой индукционный период) и возможность длительного хранения. Бензины, полученные при помощи крекинг-процесса, имеют до 50% ненасыщенных углеводородов, малый индукционный период и срок
~44 ~
хранения. При индукционном периоде 360 мин бензин можно хранить до 6 месяцев.
6.1.2. Испаряемость бензинов
Испаряемость бензина – это главное его качество, характеризующее
скорость перехода жидкой фазы в газообразную. Для оценки испаряемости выполняют фракционную (фракция – часть) разгонку и определяют температуру, при которой испаряются 10, 50 и 90% топлива по объему
(t10% , t50% , t90%) [1, 2].
На рис. 6.4 представлены графики разгонки бензина и дизельного топлива.
Рис. 6.4. Графики разгонки бензина и дизельного топлива
По величине температуры, при которой испаряется 10% топлива (t10%), определяют пусковые качества топлива и двигателя. При пуске двигателя в первую очередь воспламеняются от искры легкие фракции. По величине температуры выкипания (испарения) 10% топлива можно определить минимальную температуру воздуха, при которой возможен пуск двигателя
tв = 0,5 · t10% – 50. |
(6.1) |
Моторное масло должно иметь индекс вязкости (не менее 100), при котором обеспечивается легкое проворачивание коленчатого вала от стартера. Если температура воздуха не ниже минус 25 оС, то возможно применение всесезонного моторного масла М-З3/10-Г1 (SAE-5W/30, API-SL).
~45 ~