Файл: Гуреев, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы учебник.pdf

Повышение детонационной стойкости топлив сопровождается повы­ шением их стойкости к калильному зажиганию от нагретых металличе­ ских поверхностей. Для смесей изооктана с гептаном имеется прямоли­ нейная зависимость между этими показателями, но для других углево­ дородов и топлив строго закономерной связи не найдено, хотя и на­ блюдается общая тенденция повышения калильной стойкости с увеличе­ нием октановых чисел.

Наличие антидетонационных присадок в бензине влияет на калиль­ ную стойкость лишь постольку, поскольку оно вызывает увеличение октанового числа.

За последние годы достигнуты большие успехи в борьбе с калиль­ ным зажиганием от металлических поверхностей путем конструктивного улучшения камер сгорания, использования «холодных» свечей, клапа­ нов с натриевым охлаждением и т. д.

Схема возникновения калильного зажигания от нагара представ­ ляется следующим образом.

Наиболее интенсивное нагарообразование наблюдается на режиме малых нагрузок. При переходе на полные нагрузки температура частиц нагара, отложившихся на деталях камеры сгорания, а также отслоив­ шихся и находящихся в надпоршневом пространстве, начинает повы­ шаться вследствие увеличения теплонапряженности цикла. При этом температура частиц нагара непрерывно изменяется в результате тепло­ обмена с окружающими газами. В циклах сгорания и выпуска нагар разогревается горячими газами и температура его повышается. При впуске частицы нагара охлаждаются свежей смесью. Но нагары не яв­ ляются простыми «аккумуляторами» тепла. Установлено, что нагар при определенных температурах способен химически взаимодействовать

вышают температуру окружающей среды. Эта особенность нагара су­ щественно отличает его, как источник воспламенения, от «инертной» металлической поверхности. В отличие от последней нагар называют иногда «активной» поверхностью и его способность воспламенять горю­ чую смесь связывают с «химической активностью» нагара.

В США для оценки склонности топлив к калильному зажиганию приняты так называемые смеси ТИБ — изооктана с бензолом, содержа­ щие 0,8 мл ТЭС на литр топлива (октановое число 115). В этих смесях изооктан принят за эталон, имеющий 100 условных единиц, а бензол за эталон, имеющий 0 единиц. За число ТИБ принимают состав такой смеси, применение которой устраняет слышимое калильное зажигание при данных условиях испытаний.

Калильная активность нагара зависит от содержания в сжигаемых бензинах ароматических углеводородов. При этом установлено, что общее содержание ароматических углеводородов не всегда однозначно определяет калильную активность нагара. Решающее влияние оказыва­ ет строение ароматических углеводородов и их молекулярный вес.

Высокомолекулярные ароматические углеводороды образуют более^ ^ активный нагар.

47

Наличие тетраэтилсвинца в топливе влияет на состав и свойства образующегося нагара. Наиболее высокую температуру воспламенения имеет нагар, состоящий из чистого углерода (550—600° С). Небольшое добавление в углеродистый нагар окислов или галоидных соединений свинца (нагар этилированных топлив) приводит к резкому снижению температуры воспламенения до 200—300° С, что весьма существенно для условий камер сгорания.

Опытами установлено, что нагары, имеющие более низкую темпе­ ратуру воспламенения, вызывают более интенсивное калильное зажи­ гание. Отмечено, что наличие свинца приводит к повышению темпе­ ратуры и скорости горения нагара. Одновременно свинец способствует более полному и быстрому сгоранию углерода. Составом нагара опре­ деляется не только температура его воспламенения, но и скорость его реагирования с кислородом, т. е. скорость саморазогрева.

Основное направление борьбы с калильным зажиганием —измене­ ние свойств образующегося нагара с целью уменьшения его калильной активности. Изменение состава и свойств нагара может быть достигну­ то за счет введения присадок в топлива и масла. В качестве противокалильных присадок были исследованы различные фосфорные соеди­ нения (фосфаты, фосфиты, фосфонаты), соединения бора, брома, хлора, кремния, хрома, кобальта, бария, цинка, кальция и др. Наиболее эффективным оказалось введение фосфорсодержащих соединений в топливо.

Действие фосфорных присадок связывают с их способностью ре­ агировать с продуктами сгорания тетраэтилсвинца с образованием фос­ фатов свинца. Нагары, содержащие вместо окислов свинца фосфаты свинца, имеют более высокую температуру воспламенения (затлевания).

В СССР фосфорные присадки пока не нашли применения, хотя изу­ чение их эффективности и особенностей применения проводится. Сле­ дует ожидать, что увеличение степени сжатия в перспективных отечест­ венных автомобильных двигателях и использование в качестве бензинов высокоароматизированных продуктов каталитического риформинга приведут уже в ближайшее время к необходимости разработки эффек­ тивных мер борьбы с калильным зажиганием.§

§ 4. АНТИДЕТОНАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

Методы оценки

Для оценки антидетонанионных свойств автомобильных бензинов предложены различные методы, базирующиеся на испытании топлива на безмоторных установках (бомбы, машины адиабатического сжатия и др.), одноцилиндровых лабораторных и полноразмерных многоцилин­ дровых двигателях в стендовых и дорожных условиях.

Для оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов в ла­ бораторных условиях наибольшее распространение получили установ­ ки с одноцилиндровыми двигателями с переменной степенью сжатия. В СССР разработана и всесторонне испытана универсальная установка, предназначенная для определения октановых чисел — УИТ-65. Уста-

43

новка оборудована автоматическими электронными устройствами для

моторным (ГОСТ 511—66) и исследовательским (ГОСТ 8226—66). Склонность исследуемого бензина к детонации оценивается сравне­

нием его с эталонными топливами, детонационная стойкость которых заранее известна. В качестве эталонных топлив используются, как пра­ вило, чистые индивидуальные углеводороды. При определении окта­ нового числа эталонное топливо готовят смешением двух индивиду- ■ альных углеводородов. Один из них — изооктан (2, 2, 4-триметилпен-/ тан) детонирует только при высокой степени сжатия, а его детонацион­ ная стойкость принята равной 100 октановым единицам. Другой угле­

октана и гептана в различных соотношениях обладают разной детонаци­ онной стойкостью, которая характеризуется октановыми числами от' нуля до 100. :

Октановое число бензина определяют следующим образом. При ра­ боте на испытуемом бензине изменением степени сжатия двигателя добиваются появления детонации определенной интенсивности. Затем подбирают такую эталонную смесь углеводородов, которая при этой же степени сжатия детонирует с такой же интенсивностью, как и испытуемый бензин. Процентное содержание изооктана в такой смеси численно принимается за октановое число испытуемого бензина.

Октановые числа автомобильных бензинов выше 100 единиц опре­ деляются сравнением бензина с изооктаном, в который добавлена антидетонационная присадка — тетраэтилсвинец.

Моторный и исследовательский методы определения октанового числа различаются режимом проведения испытаний.

Испытания бензина по исследовательскому методу проводятся при менее напряженном режиме работы двигателя, чем по моторному ме­ тоду. Поэтому октановое число бензина, определенное по исследова­ тельскому методу, обычно несколько выше, чем октановое число, опре­ деленное по моторному методу. Разницу в октановых числах бензина,

49