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

нее эффективно будет действовать ТЭС. По отношению к некото­ рым углеводородам ТЭС проявляет нулевой и даже отрицатель­ ный антидетонационный эффект. Например, такое аномальное по­ ведение в двигателе отмечается для циклопентадиена, фенилацетилена, 1, 3,-циклогексадиена и некоторых других соединений с очень высокой термической стабильностью. Для углеводородов с высокой термической стабильностью до начала их разложения и образова­ ния активных продуктов, способствующих возникновению детона­ ции, атомарный свинец образует малоактивные продукты. Для углеводородов и топлив с высокой детонационной стойкостью тре­ буется антидетонатор с соответствующим порогом термического разложения.

Тетраметилсвинец разлагается при температурах более высо­ ких, чем ТЭС. Поэтому для более термически стабильных высоко­ октановых углеводородов при большой степени сжатия ТМС эф­ фективнее, чем ТЭС, а для низкооктановых бензинов лучше тетрапропилсвинец.

Приемистость зависит также от содержания в бензине соедине­ ний, с которыми антидетонатор может взаимодействовать. При этом концентрация антидетонатора будет снижаться. Например, прие­ мистость к ТЭС зависит от присутствия в бензине сернистых, гало­ идных и фосфорных соединений. Б зависимости от вида этих соеди­ нений эффективность ТЭС снижается в разной степени.

Действие свинцовых антидетонаторов может усиливаться в при­ сутствии некоторых органических кислот, сложных эфиров и их производных. Существенным недостатком свинцовых антидетона­ торов является их высокая токсичность.

Марганцевые антидетонаторы, например циклопентадиенилтрикарбонилмарганец С5НбМп (СО)з (ЦТМ) и метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец (МЦТМ), значительно менее токсичны, однако обладают меньшей стабильностью при хранении, чем свин­ цовые. Антидетонаторы на основе железа, несмотря на их довольно высокую эффективность и нетоксичность, не используются из-за отсутствия выносителей окислов железа.

При оценке сравнительной эффективности ТЭС и ЦТМ по экви­ валентному количеству металла, вводимого в топливо с антидето­ натором, ЦТМ оказывается во многих случаях более эффективен, чем 'ГЭС. Марганцевые антидетонаторы заметно повышают дето­ национную стойкость бензинов, которые содержат ТЭС. Особен­ но эффективно действуют первые порции.

Вследствие высокой температуры плавления окислы металла, входящего в состав антидетонатора, не выносятся полностью с вы­ пускными газами, осаждаются на стенках камеры сгорания и ци­ линдра, на клапанах и свечах. Отложения в очень короткий срок выводят двигатель из строя. Поэтому антидетонаторы на основе металлов добавляются в бензины с веществами, которые при сго­ рании образуют с металлом летучие соединения. Выносители не должны связывать металл очень рано или очень поздно. В первом

175

случае действие антидетонаторов не будет эффективно, а во втором неизбежны большие отложения в двигателе. Чем ниже температура плавления и выше давление паров образующегося соединения ме­ талла с элементами выносителя, тем полнее будет вынос металла и его окислов. Выноситель и антидетонатор не должны очень силь­ но отличаться по температуре кипения. Это необходимо для более равномерного распределения их в жидкой пленке по цилиндрам.

Достаточно эффективные выносители найдены для свинца и его окислов. Это органические галоидные соединения. Галоидные соединения жирного ряда эффективнее галоидопроизводных аро­ матического ряда. Из галоидных соединений бромсодержащие луч­ ше, чем хлорпроизводные. Механизм действия выносителей можно представить следующей схемой:

— термическое разложение выносителя с образованием галои-

— взаимодействие галоидоводорода или галоида с продуктами распада ТЭС и окислами свинца

РЬО + 2НВг РЬВг2 + Н20 ; РЬ + 2НВг РЬВг2 + Н2.

Смесь ТЭС, выносителя и наполнителя называется этиловой жидкостью. Наиболее распространенной является жидкость Р-9,

всостав которой входит не менее 54% ТЭС; 33% бромистого этила

и6—7% а-хлорнафталина. Добавка этиловой жидкости в бензин повышает его токсичность. Для предотвращения несчастных слу­ чаев, связанных с употреблением этилированных бензинов не по назначению, они окрашиваются. При хранении ТЭС может раз­ лагаться и окисляться, поэтому в состав этиловой жидкости вводят антиокислитель.

Методы оценки детонационной стойкости бензина. Оценка де­ тонационной стойкости топлива на основании параметров, учиты­ вающих химическое строение углеводородов, оказалась довольно сложной и недостаточно надежной. Современные способы основы­ ваются на методе топливных эквивалентов, при котором испытуе­ мые продукты сравниваются в заданных условиях испытания с эта­ лонными топливами.

В качестве эталонных топлив применяются изооктан-2, 2, 4-три- метилпентан и н-гептан, а также эталонный изооктан с добавками ТЭС. С использованием этих эталонов построены шкалы октановых чисел и сортности. Для шкалы октановых чисел выбраны изооктан и н-гептан. Детонационная стойкость изооктана принята за 100, а к-гептана за 0. Смешивая эти углеводороды, можно получить эта­ лонные топлива с октановым числом от 0 до 100 единиц.

Шкала сортности построена на основе технического эталонного изооктана и его смесей с ТЭС. Численные значения сортности по­ лучены из выражения

176

при постоянной интенсивности детонации, полу­ ченные при работе двигателя на эталонном топливе (изооктан-f-ТЭС) и изооктане без ТЭС.

Поскольку степень повышения детонационной стойкости эталон­ ного изооктана по мере добавления ТЭС снижается, то зависимость сортности от количества добавляемого ТЭС нелинейна и ограни­ чена. Так, сортность технического эталонного изооктана 100, изо­ октана с добавкой ТЭС 0,48; 1,15 и 2,3 мл/кг соответственно равна

130, 147 и 161.

Определение детонационной стойкости топлива производится на моторных установках или серийных двигателях. Для контроля ка­ чества горючего применяются стандартные установки с одноци­ линдровыми двигателями. Подбор топлива к двигателю или про­ верка соответствия его детонационных свойств определенным усло­ виям эксплуатации двигателей осуществляется на серийных ма­ шинах.

Испытуемое и эталонные топлива сравниваются при испыта­ ниях по детонационным характеристикам. Последние представляют собой зависимость между двумя какими-либо конструктивными или эксплуатационными параметрами, оказывающими существен­ ное влияние на характер горения в двигателе. Детонационные ха­ рактеристики снимаются при постоянной стандартной интенсивно­ сти детонации. Значение параметров, при которых наблюдается та­ кой режим работы двигателя, отмечается, например, знаком *. В качестве детонационных характеристик могут быть выбраны такие зависимости:

На рис. 46 показана детонационная характеристика 0 * = /(га ).

Стандартные методы определения октановых чисел бензинов включают сравнение испытуемого и эталонного топлива при соста­ ве смеси, соответствующем максимальной интенсивности детонации (обедненные смеси) по характеристике s* = f(a).

Наиболее распространенными методами оценки детонационной стойкости бензинов являются моторный и исследовательский. Ре­ жим испытания при определении октанового числа по исследова­ тельскому методу в большей степени, чем режим испытания по мо­

торному, соответствует условиям применения автомобильного бен­ зина на двигателях с частым изменением нагрузки.

СКЛОННОСТЬ к ОТЛОЖЕНИЯМ

Влияние смолистых веществ. В процессе эксплуатации двигате­ лей в топливной системе — в баке, на фильтре, в карбюраторе, во впускном трубопроводе — отлагаются смолистые вещества различ­ ной консистенции. Наиболее плотные отложения обнаруживаются в карбюраторе и во впускном патрубке.

На различных частях впускного клапана образуются как мяг­ кие, липкие, отложения, так и более плотные — лак и нагар. На поршневых кольцах и нижней поверхности поршня образуется лак.. На стенках камеры сгорания и днище поршня откладывается нагар. В картере двигателя накапливаются осадки.

Отложения в топливной системе нарушают подачу бензина. От­ ложения .на клапанах могут вызвать их зависание и выход из строя двигателя. Отложения на стенках камеры сгорания и на поршне увеличивают степень сжатия. Нагар в двигателе ввиду плохой теп­ лопроводности ухудшает отвод тепла, это повышает тепловую на­ пряженность. В результате наличия отложений повышаются тре­ бования к детонационной стойкости бензина. Нагар способствует также возникновению преждевременного воспламенения рабочей смеси. Влияние отложений в двигателе на мощностные и экономи­ ческие показатели работы двигателя особенно заметно на больших оборотах.

Количество и характер отложений зависят от конструкции дви­ гателя, условий и режима его работы, состава бензина, присутствия в нем ненасыщенных и сернистых соединений, смолистых веществ,, добавок и присадок.

178

В двигателях с принудительной вентиляцией картера картерные газы проходят через карбюратор и выпускную систему, что резко увеличивает количество отложений в них. Характер этих отложений зависит и от свойств бензина. В связи с .этим приобретает значение проблема улучшения «моющих» свойств бензинов, т. е. их способ­ ности препятствовать образованию отложений.

Отложения по количеству и виду распределяются неравномерно во впускной системе и в цилиндре. Например, при повышении тем­ пературы горючей смеси количество отложений во впускной систе­ ме увеличивается, а нагара в цилиндре уменьшается. При длитель­ ной работе с прикрытым дросселем больше отложений наблюда­ ется на впускных клапанах, а длительная работа с открытым дрос­ селем вызывает образование отложений во впускном коллекторе.

Влияние фактических смол в бензине на характер нарушений в работе двигателя можно выявить в условиях длительных эксплуа­ тационных испытаний. В таблице 15 приведены результаты длитель­ ных эксплуатационных испытаний в летний период грузовых авто­

Следует отметить, что несмотря на продолжительный срок ра­ боты двигателя, в течение которого не проявляется заметно вред­ ное действие смол, содержание даже небольшого количества смол нежелательно. Мощностные и экономические показатели работы двигателя быстро снижаются уже при относительно небольшом со­ держании смол в бензине.

Влияние антидетонатора и выносителей. Количество и вид от­ ложений в цилиндре двигателя сильно зависят от присутствия в бензине антидетонатора и его выносителей, а также различного вида присадок. Выносители не обеспечивают полного удаления ме­ талла и соединений металла, входящего в состав антидетонатора.

детонатора и другие его соединения, которые снижают надежность работы свечей, вызывают перегрев и коррозию выпускных клапа­ нов и поверхностное воспламенение горючей смеси.