Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

1шх центров, вызывающих самоускорение реакций. Таким образом, согласно перекисной теории, детонация возникает в результате образования, а затем распада нестойких кисло­ родсодержащих веществ в последней фазе горения топлива. Следовательно, на возникновение детонации главным об­ разом влияет химический состав топлива. Если детонаци­ онная стойкость топлива низкая, то процесс образования перекисей и гидроперекисей протекает очень интенсивно

ивозникает детонация. Если в топливе много аромати­ ческих и изопарафиновых углеводородов, обладающих высокой детонационной стойкостью, образование кисло­ родсодержащих веществ идет очень медленно, и к моменту сгорания последней части циклового заряда их недостаточ­ но для возникновения детонации.

Кроме химического состава топлива, степени сжатия

иконструктивных особенностей двигателя на возникно­ вение детонации влияют условия эксплуатации. Наиболее благоприятны условия возникновения детонации, если горючая смесь близка к нормальной. Обогащение и обед­ нение смеси снижают детонацию, так как в первом случае уменьшается активность горючей смеси из-за недостатка кислорода, меньше образуется кислородсодержащих ве­ ществ, а во втором — смесь разбавляется большим коли­ чеством избыточного воздуха, что снижает температуру и

давление процесса, уменьшает скорость распространения пламени.

Для снижения детонации обычно уменьшают угол опе­ режения зажигания или увеличивают частоту вращения. Как в первом, так и во втором случае сокращается время на подготовку горючей смеси к воспламенению, сгоранию и образованию продуктов окисления топлива. Прикрывая дроссельную заслонку, уменьшают порцию горючей сме­ си, что также ослабляет детонацию. Снижается склонность

кдетонации при лучшем охлаждении двигателя и в хо­ лодное время года, когда в двигатель поступает холодный воздух. Температура засасываемого воздуха летом зна­ чительно выше, что повышает температуру и давление горючей смеси, а следовательно, увеличивает склонность

кдетонации. При повышенной влажности воздуха коли­ чество тепла, идущее на испарение воды, увеличивается, что снижает склонность к возникновению детонации.

Изменением условий эксплуатации можно в какой-то степени ослабить детонацию, но полностью исключить ее нельзя. Основным является правильный подбор топлива

70

для данного типа двигателя. Детонационная стойкость топлива — способность противостоять детонации оце­ нивается октановым числом.

§ 4. Октановое число

Детонационная стойкость как индивидуальных угле­ водородов, так и нефтяных топлив неодинаково проявляет­ ся на бедных и богатых горючих смесях. При избытке кис­ лорода (бедные смеси) высокую детонационную стойкость имеют изомеры парафиновых углеводородов. При недостат­ ке кислорода (богатые смеси) более стойки ароматические углеводороды. При любых составах рабочих смесей наи­ меньшую детонационную стойкость имеют парафиновые углеводороды нормального строения. Нафтеновые и непре­ дельные углеводороды занимают промежуточное поло­

жение.

Поскольку углеводороды, обладающие высокой дето­ национной стойкостью (изопарафины, ароматики), неоди­ наково ведут себя на различных смесях, для более полной характеристики высокооктановых топлив их детонацион­ ную стойкость оценивают при работе двигателя на бедной и богатой смесях. Работой двигателя на бедных смесях оценивается октановое число, а на богатых — сортность топлива. Октановое число устанавливается для всех бен­ зинов (автомобильные, авиационные), а сортность — толь­ ко для авиационных.

Октановое число бензина устанавливают методом его сравнения с эталонным топливом на специальной одно­ цилиндровой установке. Эталонное топливо составляют из двух индивидуальных углеводородов: изооктана (вы­ сокая детонационная стойкость) и н-гептана (низкая дето­ национная стойкость). Физические свойства этих углево­ дородов близки, но строение различно, чем и объясняется их разная детонационная стойкость.

Изооктан С8Н18 — один из изомеров октана, а именно 2, 2,4-триметилпентан, его строение

СН3— С—СН2—сн—сн3

СН3

Условно детонационная стойкость изооктана принята за 100 единиц. Он не детонирует в двигателях до степени сжа­

80

тия s —8,15 8,3. Н-гептаи С7Н 1в имеет цепочное строение СЫз СН2 СН2 — СН2 — СН2 — СН2 — СН3, его де­ тонационная стойкость принята за нуль, он мог бы рабо­ тать в двигателях со степенью сжатия е=3,5. Следова­ тельно, смешивая в определенных объемах эти углеводо­

роды, можно получить детонационную стойкость от 0 до 100 единиц.

Наиболее распространенным и общепринятым показа­ телем детонационной стойкости является октановое число, определяемое моторным методом. Для этой цели у нас в Советском Союзе и в некоторых демократических странах используется одноцилиндровая установка ИТ9-2М, поз­ воляющая проводить испытания с переменной степенью сжатия (е от 4—10 единиц).

При строго определенных условиях двигатель работа­ ет на топливе, октановое число которого нужно установить. Постепенно увеличивают степень сжатия, пока двигатель не начнет детонировать. Интенсивность детонации фикси­ руется приборами. Затем при данной степени сжатия дви­ гатель работает на эталонной смеси, состав которой под­ бирают так, чтобы интенсивность детонации была одина­ ковой с испытуемым топливом. Количество изооктана в эталонной смеси и показывает октановое число топлива.

Итак, октановое число — это условная единица измерения детонационной стойкости топлив, которая показывает процентное содержание (по объему) изооктана в искусст­ венно приготовленной смеси, состоящей из изооктана и гептана, .по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому топливу. Например, в бензине марки А-76 цифра показывает, что его детонационная стойкость та­ кая же, как и у смеси — 76% изооктана и 24% гептана.

Во многих капиталистических странах, а за последние годы и у нас в СССР детонационная стойкость, кроме мо­ торного, определяется и по исследовательскому методу на установке ИТ9-6. Испытания бензина проводятся в ре­ жиме работы двигателя легкового автомобиля при его езде в условиях города (ограниченные мощности, частые остановки, пониженный тепловой режим). Если октановое число определено по исследовательскому методу, то это указывается в марке бензина. Например, АИ-98 — автомо­ бильный бензин, октановое число по исследовательскому методу равно 98 единицам.

Режим работы двигателя при определении октанового чхгсла по моторному методу более форсирован, характери-

81

Зуется большей тепловой напряженностью, он соответст­ вует длительной работе груженого автомобиля при его движении по загородным маршрутам.

В таблице 5 приведены условия испытания автомобиль­ ных бензинов при определении октановых чисел по мотор­ ному и исследовательскому методам [10].

но условия испытаний на них разные. На установке УИТ65 можно определять октановые числа как по моторному, так и по исследовательскому методу.

По моторному методу лучше оценивать детонационную стойкость топлив, применяемых в нижнеклапанных дви­ гателях с небольшой степенью сжатия, а по исследова­ тельскому — в высокофорсированных двигателях с верх­ ним расположением клапанов. Разницу в октановых чис­ лах, определенных по моторному и исследовательскому методам, называют чувствительностью топлива.

Сортность авиационных бензинов определяют на бога­ той смеси на установке ИТ9-1 с наддувом, которая но кон­

82

струкции и режиму работы заметно отличается от установ­ ки ИТ9-2 [8]. Если определена сортность, то в марке бензи­ на указывают две цифры. Например, Б95/130—бензин авиа­ ционный, цифра в числителе указывает октановое число, определенное по моторному методу, в знаменателе — сорт­ ность (цифра 130 показывает, что двигатель при работе на богатой смеси развивает мощность на 30% выше, чем изооктан).

Некоторые углеводороды имеют октановые числа выше, чем изооктан (толуол 103, триптан 104, м-ксилол 103), другие — ниже, чем н-гептан (н-октан минус 20, н-декан минус 53), следовательно первые углеводороды по детона­ ционной стойкости выше изооктана, а вторые — ниже н-гептана.

Для сравнения в таблице 6 приведены октановые числа некоторых углеводородов, содержащих в молекуле по шесть углеродных атомов.

§ 5. Антидетонаторы

Для современных двигателей требуются бензины с вы­ сокой детонационной стойкостью. Такие бензины можно получить подбором сырья, технологией переработки, до­ бавлением высокооктановых компонентов. Очень часто октановое число повышают, вводя в бензин антидетона­ торы — вещества, добавляемые к топливу в небольших количествах для повышения его детонационной стой­ кости.

В настоящее время в качестве антидетонатора ис­ пользуют тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ(С2Н 6)4 — густую бес-

83