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

Т а б л и ц а 14

Состав и детонационная стойкость узких фракций бензина каталитического риформинга жесткого режима

линдры двигателя попадает смесь, обогащенная низкокипящими угле­ водородами с малой детонационной стойкостью.

Для того чтобы учесть наличие явления фракционирования во впу­ скном трубопроводе и предсказать фактическую детонационную стой­ кость бензина в автомобильных двигателях, предложено два пути опре­ деления октановых чисел на одноцилиндровых установках.

Первый путь заключается в оценке детонационной стойкости ка­ кой-либо части бензина, предварительно отогнанной в колбе. Второй путь предусматривает дооборудование обычной установки для опре­ деления октанового числа по исследовательскому методу вставкой во впускной трубопровод (см. рис. 22). Вставки могут различаться по конструкции, но назначение их одно — обеспечение конденсации и отвода наиболее высококипящих фракций бензина, т. е. проведение имитации фракционирования бензина непосредственно при опреде­ лении октановых чисел. Этот метод получил название метода распре­ деления, а октановые числа бензинов по этому методу — октановые числа распределения (ОЧ ИР).

'Антидетонационные присадки

Наиболее эффективным и экономически выгодным способом повы­ шения детонационной стойкости автомобильных бензинов является добавление к ним антидетонационных присадок — антидетонаторов.

Антидетонаторами называют такие вещества, которые при добав­ лении к бензину в относительно небольших количествах резко повы­ шают его детонационную стойкость.

Исследования по устранению детонации в двигателях внутреннего сгорания при помощи присадок начались около 50 лет назад, и сразу

60

же была обнаружена высокая эффективность одного из металлоорга­ нических соединений — тетраэтилсвинца (ТЭС).

Однако весьма существенный недостаток ТЭС—его токсичность — заставляла вести поиски новых антидетонаторов, менее токсичных.

В качестве антидетонаторов испытано несколько тысяч самых раз­ нообразных соединений различных классов. Наиболее эффективные антидетонационные присадки найдены среди металлоорганических соединений свинца, олова, таллия, висмута, селена, теллура, марганца, железа, кобальта, никеля, меди, хрома и ряда других металлов.

Наиболее распространенной антидетонационной присадкой являет­ ся тетраэтилсвинец. ТЭС — бесцветная, прозрачная, сильно токсич­ ная жидкость тяжелее воды (р|° = 1,6524). Пары его в небольшой концентрации имеют сладковатый запах; в больших концентрациях

При высоких температурах в камере сгорания тетраэтилсвинец пол­ ностью разлагается. При разложении ТЭС образуются свинец и этильные радикалы:

РЬ (С2Н5)4 РЬ + 4С2Н5.

Образующийся свинец окисляется с образованием двуокиси свинца:

РЬ + 0 2 РЬ02,

которая вступает в реакцию с перекисями, разрушая их:

R — СН2 — ООН + РЬ02 R — СОН + PbO -f Н20 + V20 2

При этом образуются малоактивные продукты окисления углево­ дородов и окись свинца.

Наиболее полное объяснение антидетонационного действия приса­ док базируется на представлениях о детонации, как о многостадий­ ном воспламенении части рабочей смеси. Теория многостадийного дей­ ствия антидетонационных присадок отводит важную роль как метал­ лу, так и органическому радикалу, что согласуется с большим экспе­ риментальным материалом.

Антидетонационная эффективность ТЭС зависит от состава углево­ дородной и неуглеводородной частей бензинов. Свойство углеводорода или бензина в той или иной мере повышать свою детонационную стой­ кость при добавлении антидетонаторов принято называть приемисто­ стью.

Наибольшей приемистостью к ТЭС обладают парафиновые углево­ дороды, наименьшей — олефиновые и ароматические. Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение. При этом практи­ чески для всех углеводородов, за исключением ароматических, при­ емистость к ТЭС снижается по мере повышения октанового числа угле­ водородов.

Содержанием тех или иных углеводородов в автомобильных бен­ зинах определяется их приемистость к ТЭС (табл. 15).

61

Т а б л и ц а 15

Бензины прямой перегонки обычно обладают большей приемисто­ стью к ТЭС, чем другие бензины.

Тетраэтилсвинец в чистом виде в качестве антидетонационной при­ садки к бензинам использовать не удалось, так как продукты сго­ рания свинца отлагались и накапливались на стенках камер сгорания в виде нагара и двигатель через кероткое время переставал работать.

Основной продукт сгорания ТЭС — окись свинца — имеет высокую температуру плавления (880° С), поэтому она отлагается на относитель­ но холодных деталях двигателя в виде твердого серого налета.

Подсчитано, что если бы весь свинец оставался в двигателе, то ка­ меры сгорания полностью заполнились свинцом и его соединениями уже через 40 ч работы. В действительности не все соединения свинца остаются в двигателе, основная часть их вследствие больших скоростей выпуска газов из цилиндров захватывается их потоком и выносится из двигателя. Опыты показывают, что с отработавшими газами уно­ сится из камеры сгорания около 90% общего количества свинца, вве­ денного с бензином. Но и остающиеся 10% свинцовых соединений дают столь обильные отложения, что вызывают серьезные неполадки в работе двигателя.

Тетраэтилсвинец добавляется к бензину в смеси с веществами, спо­ собными при сгорании образовывать со свинцом или его окислами такие соединения, которые имеют более высокое давление насыщен­ ных паров и более низкую, чем у РЬО, температуру плавления. Такие вещества получили название выносителей, а смесь ТЭС с выносителями — этиловой жидкости.

62

В качестве выносителей свинца применяют органические галоидные соединения, которые при высоких температурах разлагаются с обра­ зованием галоидоводородной кислоты и соответствующего непредель­ ного углеводорода. Для бромистого этила разложение идет по схеме^

С2Н5Вг -► С2Н4 + НВг.

Образовавшийся галоидоводород взаимодействует с продуктами распада и окисления свинца с образованием галоидных соединений свинца:

РЬО + 2НВг РЬВг2 + Н20,

Pb + 2HBr-v РЬВг2 + Н 2.

Галоидные соединения свинца, имея низкую температуру плавле­ ния, не конденсируются на деталях двигателя и в парообразном сос­ тоянии вместе с отработавшими газами выносятся из двигателя.

Соотношение ТЭС и выносителя в этиловых жидкостях выбирается таким образом, чтобы не только связать весь свинец (стехиометриче­ ское соотношение), но и создать некоторый (10—15%) запас выноснтеля (табл. 16).

Однако с 1969 г. в связи с нехваткой брома в автомобильных этиловых жидкостях произведена частичная замена бромистого выносителя на хлористый (см. табл. 16).

Применение этилированных бензинов сопряжено с некоторыми особенностями, которые необходимо учитывать при эксплуатации двигателей.

1» Даже в присутствии выносителя полного выноса продуктов сго­ рания ТЭС из двигателя не происходит, поэтому при работе на этили-

63

вышением концентрации ТЭС в бензине количество образующегося нагара увеличивается (табл. 17).

Наиболее интенсивно свинцовые отложения образуются в первые часы работы двигателя. При дальнейшей эксплуатации двигателя на этилированном бензине свинцовые отложения образуются в меньшей степени, но все же общее количество отложившегося свинца с течением времени непрерывно возрастает. Увеличение нагарообразования при использовании этилированных бензинов ведет к повышению требова­ ний двигателя к детонационной стойкости применяемых топлив.

2.Отложение соединений свинца в камере сгорания снижает темпе­ ратуру затлевания нагара, что сопровождается появлением калильного зажигания. Поэтому при работе двигателя на этилированном бен­ зине калильное зажигание наблюдается чаще.

3.Надежность работы свечей зажигания зависит от состава нагара, отлагающегося на электродах, изоляторах и т. д. Электрическое со­ противление нагара, содержащего соединения свинца, падает при вы­ соких температурах. Снижение электрического сопротивления нагара ведет к перебоям в работе свечей вследствие замыкания электродов. Поэтому срок службы свечей зажигания при работе на этилированном бензине меньше, чем при работе на неэтилированном бензине.

Следует отметить также, что свинцовистые отложения обладают повышенной гигроскопичностью. Вследствие этого при накоплении Елаги в свинцовистом иагаре в камерах сгорания двигателя после дли­ тельной стоянки автомобиля возможны перебои в работе свечей за­ жигания при пуске двигателя.

4.При использовании этилированных автомобильных бензинов возможно образование свинцовистых отложений на опорных поверх­ ностях клапана и гнезда. Такие отложения нарушают нормальную по­ садку клапана, что приводит к прорыву горящих газов в выпускную систему двигателя. В местах прорыва газов температура клапана рез­ ко возрастает, при этом конусная фаска клапана может обгореть. Начавшееся прогорание клапана продолжается вплоть до полного от­ каза клапана в работе.

Сотмеченными выше явлениями борются главным образом под­

бором соответствующих жаростойких сплавов и улучшением конструк­ ции системы выпуска.

64