Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf

Г л а в а 11. Б Е Н ЗИ Н Ы

УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ

Область применения и сорта. Бензины используются как топли­ во для поршневых двигателей с принудительным воспламенением рабочей смеси. Эти двигатели устанавливаются на легковых и гру­ зовых автомобилях, самолетах и вертолетах некоторых типов. Они широко применяются как силовые установки бронетранспортеров, тягачей, тракторов и другой техники Вооруженных Сил и народно­ го хозяйства.

В связи с большим разнообразием типов двигателей и условий их применения выпускаются два вида топлива: автомобильные и авиационные бензины. Автомобильные бензины являются одним из самых массовых видов горючего. В основу маркировки бензинов положена величина показателя детонационной стойкости, выра­ женного в октановых числах или сортности. Чем больше эта вели­ чина, тем, при одинаковых других показателях, выше качество бензина. Отечественные автомобильные бензины выпускаются ма­ рок: А-66, А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. Число в маркировке соответ­ ствует октановому числу бензина.

Все бензины, кроме АИ-98, с учетом климатических условий и применения подразделяются на летние и зимние. Летний бензин предназначен для применения во всех районах нашей страны, кро­ ме северных и северо-восточных, в период с апреля по октябрь, а в южных районах допускается всесезонно. Зимний бензин является всесезонным топливом для северных и северо-восточных районов и зимним видом для остальных районов. Основными компонентам автомобильных бензинов являются продукты прямой перегонки, каталитического крекинга и риформинга. Для улучшения качества бензинов используется добавка специальных компонентов и при­ садок.

Авиационные бензины выпускаются следующих марок: Б-100/130, Б-95/130, Б-91/115 и Б-70. Маркировка авиационных бен­ зинов включает: в числителе октановое число, а в знаменателе сортность на богатой смеси.

Авиационные бензины за исключением Б-70 получают смеше­ нием базовых бензинов прямой перегонки или каталитического кре­ кинга и риформинга с компонентами и специальными добавками. Автомобильные бензины, получаемые на различных заводах, вслед­ ствие особенностей состава исходных нефтей и различных техноло­ гических схем сильно отличаются друг от друга.

Условия применения. Различные виды транспортных средств, техники и вооружения, в которых основной силовой установкой яв­ ляется поршневой двигатель с принудительным воспламенением ра­ бочей смеси, эксплуатируются на всей территории нашей страны. Температура окружающего воздуха при этом может меняться от

156

плюс 50 до минус 60° С и ниже. В таких условиях бензины хранятся и транспортируются. Для бензинов, применяемых на авиационной технике, необходимо учитывать высотные условия — низкие тем­ пературу и давление окружающего воздуха.

Для поршневых двигателей с принудительным воспламенением рабочей смеси можно отметить следующие особенности рабочего процесса:

—приготовление по возможности однородной топливо-воздуш­ ной смеси до начала воспламенения и горения;

—принудительное поджигание в конце такта сжатия подготов­ ленной рабочей смеси.

Для эффективного горения необходимо, чтобы рабочая смесь была достаточно однородной и определенного заданного состава. Приготовляется рабочая смесь у большинства поршневых двига­ телей с принудительным зажиганием в карбюраторе. Бензин вво­ дится в воздух и распыливается в результате динамического воз­ действия воздуха. Обычно скорость воздушного потока в диффузо­ ре карбюратора примерно в 20—30 раз больше скорости топливной струи. Е таких условиях струя разбивается на мелкие капли со средним диаметром 100—200 мкм. За смесительной камерой распо­ лагается дроссельная заслонка. При изменении положения заслон­ ки изменяется площадь впускного канала для поступления го­ рючей смеси и таким образом регулируются количество смеси, по­ ступающей в цилиндры, и мощность двигателя.

Скорость испарения бензина в карбюраторном двигателе зави­ сит от фракционного состава бензина, скорости и температуры воз­ духа, степени разрежения в диффузоре и количества поступающего топлива. Процесс смесеобразования, включающий испарение бен­ зина и перемешивание его паров с воздухом, не завершается в кар­

бюраторе и продолжается во впускном трубопроводе и частично в цилиндре двигателя. Наличие жидкой пленки во впускном кол­ лекторе ухудшает равномерность распределения топлива по ци­ линдрам. Подогрев впускного коллектора улучшает условия испа­ рения, ко интенсивное нагревание снижает коэффициент наполненения и мощность двигателя.

Г орючая смесь, поступающая через впускную систему, смеши­ вается в цилиндре двигателя с оставшимися продуктами сгорания, образуя рабочую смесь.

В двигателях некоторых типов применяется впрыск жидкого топлива непосредственно в цилиндры или во впускной коллектор. При непосредственном впрыске бензин подается отдельно в каж­ дый цилиндр, при этом повышаются точность дозировки и равно­ мерность распределения топлива по цилиндрам.

Время, отводимое на процессы смесеобразования в двигателе, зависит от скорости вращения коленчатого вала и угла опережения зажигания. Для двигателей с непосредственным впрыском в зави­ симости от числа оборотов коленчатого вала и угла начала впрыска топлива на процессы смесеобразования отводится 0,01—0,02 с. По­

157

этому большое значение приобретают степень распыливания топ­ лива и интенсивность его перемешивания с воздухом. Давление распыливания обычно составляет от 5 до 200 кг/см2, а средний диа­ метр капель равен 10—40 мкм.

Независимо от вида системы смесеобразования в бензиновых двигателях подготовленная рабочая смесь в конце такта сжатия принудительно поджигается. В большинстве случаев используется система электроискрового зажигания. Давление и температура ра­ бочей смеси в конце сжатия зависят от конструкции двигателя и условий эксплуатации. В двигателях без наддува температура смеси в конце сжатия 400—500° С, а давление 10—-16 кг/см2.

Нормальное горение топлива. Нормальное развитие процесса горения в поршневом двигателе с принудительным воспламенением рабочей смеси включает следующие стадии:

— зажигание и формирование очага пламени; —• распространение турбулентного пламени;

-- догорание отдельных очагов горения, образующихся при ис­ кривлении и разрушении фронта пламени в конце горения.

На скорость и продолжительность развития первой стадии ока­ зывают влияние мощность источника зажигания и состав горючей смеси. Первая стадия завершается образованием очага горения та­ кого размера, при котором возможно воздействие на него крупно­ масштабной турбулентности. Для формирования очага пламени существенное значение имеют состав смеси и нормальная скорость распространения пламени.

Вторая стадия меньше зависит от состава и физико-химических свойств горючей смеси. Решающее значение приобретает ускоре­ ние за счет крупномасштабной турбулентности. Под воздействием турбулентных пульсаций фронт пламени искривляется, а в конце горения распадается на отдельные очаги горения. Продолжитель­ ность догорания зависит от состава смеси и нормальной скорости распространения пламени. Таким образом, при нормальном горе­ нии влияние свойств горючей смеси наиболее заметно проявляется в первой и третьей стадиях процесса. Средняя скорость распростра­ нения пламени по всей камере сгорания составляет в зависимости от конструктивных особенностей и режима работы двигателя

15—40 м/с.

В ряде случаев нормальное сгорание нарушается. Существуют два вида нарушений: неуправляемое горение в результате воспла­ менения от нагретых поверхностей и детонационное горение.

Воспламенение от нагретых поверхностей. При известных усло­ виях работы двигателя сильно нагреваются свечи и выпускные кла­ паны, появляются участки в камере сгорания с тлеющим нагаром и частицы раскаленного нагара. В результате этого е о з м о ж н о вос­ пламенение не от электрической искры, а от указанных посторон­ них источников зажигания. При этом механизм горения остается таким же, как и при нормальной работе двигателя. Однако не­ управляемое воспламенение и смещение по времени основных ста-

158

дни горения вызывают появление стука, нарушают плавный ход работы двигателя, вызывают его перегрев и снижение мощности.

Детонационное горение. Детонационное горение, или детонация в двигателе, представляет особый вид сгорания, отличающийся от нормального механизмом и скоростью распространения пламени во второй и третьей стадиях горения. При детонационном сгорании развитие первой и начала второй стадии осуществляется так же, как и при нормальном процессе. После прохождения фронтом пла­ мени значительной части камеры сгорания наблюдается некоторое замедление его продвижения, после чего остальная часть рабочей смеси сгорает чрезвычайно быстро. Время ее сгорания составляет

Iорение последней части заряда идет неравномерно и сопро­ вождается местными повышениями температуры и давления. Де­ тонационное сгорание в двигателе сопровождается резкими метал­ лическими стуками, падением его мощности и увеличением расхода топлива. При этом температура выпускных газов снижается, а тем­ пература головки и стенок цилиндра резко повышается. Длитель­ ная работа на детонационном режиме может вызвать преждевре­ менное воспламенение горючей смеси из-за перегрева двигателя, а также механические повреждения отдельных его деталей. Рас­ трескивание вкладышей шатунных подшипников, нарушение изо­ ляции свечей, пригорание поршневых колец и клапанов, увеличе­ ние общего износа — таковы последствия длительной работы дви­ гателя с детонацией.

Сущность и механизм детонационного сгорания заключается в следующем. В рабочей смеси еще до воспламенения, в течение хо­ дов наполнения и сжатия, развиваются предпламенные химические превращения с образованием активных промежуточных продуктов реакции окисления топлива. Развитие предпламенных реакций го­

органических перекисей, альдегидов и других кислородных соеди­ нений.

В цилиндре двигателя предварительная химическая подготовка рабочей смеси происходит более интенсивно вследствие сжатия и повышения температуры. Наиболее сильно сжимается смесь, сго­ рающая в последнюю очередь. В определенной части смеси разви­ тие предпламенных химических превращений завершается само­ воспламенением. Из-за неизбежной неоднородности по составу и температуре самовоспламенение осуществляется в отдельных оча­ гах. Очаги воспламенения впереди основного фронта пламени мо­ гут возникать также от сильно нагретых деталей и частей камеры сгорания. От начальных очагов воспламенения по предварительно подготовленной химически активной смеси распространяется зона горения со скоростями, достигающими звуковой и выше. Распро-

159