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

соединения, которые при добавлении в небольшом количестве резко улучшают одно или несколько эксплуатационных свойств топлив и масел. Эффективность присадок всегда выше при добавлении их в очи­ щенные нефтепродукты. Поэтому очистка нефтепродуктов является весьма важным первым шагом в улучшении эксплуатационных свойств товарных топлив и масел.

§ 3. ТОПЛИВА И МАСЛА ИЗ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

Кроме нефти, топлива и масла можно получать из твердых горючих ископаемых.

К твердым горючим ископаемым относятся угли, торфы и горючие сланцы. Состав твердых горючих ископаемых весьма сложен, в них содержатся тяжелые ароматические углеводороды с несколькими коль­ цами в одной молекуле, сложные соединения нафтеновых и аромати­ ческих углеводородов, молекулы, в состав которых входят атомы серы, азота и кислорода. Содержание отдельных элементов в твердых горю­ чих ископаемых зависит от условий их залегания, возраста, происхож­ дения и других причин. Торфы характерны высоким содержанием кис­ лорода (до 40%), горючие сланцы отличаются очень высоким содержа­ нием негорючей части (до 40%, а иногда и более). Все твердые горючие ископаемые в органической части содержат от 50 до 95% углерода и от 5 до 15% водорода. Содержание углерода и водорода в твердых горю­ чих ископаемых дает возможность использовать их как сырье для получения жидких углеводородных топлив.

Наиболее часто для переработки твердых горючих ископаемых в жидкие топлива применяют коксование и полукоксование при высо­ кой температуре в специальных печах без доступа воздуха. При этом получают газ, жидкую смолу и твердый остаток —кокс или полукокс.

Топлива или их компоненты можно получить непосредственно из смолы путем ее перегонки. Но такие топлива обычно являются низко­ качественными, поэтому нуждаются в специальной очистке.

Более современным способом получения топлив из смолы коксова­ ния и полукоксования твердых горючих ископаемых является процесс деструктивной гидрогенизации. Процесс заключается в насыщении сырья водородом под большим давлением и при высокой температуре в присутствии катализатора. Одновременно с насыщением водородом происходят расщепление и перестройка молекулы сырья, вследствие чего гидрогенизация названа деструктивной. С помощью этого процес­ са можно получить до 80% бензина от веса сырья, взятого на перера­ ботку.

Топлива, полученные деструктивной гидрогенизацией, обладают удовлетворительными эксплуатационными свойствами, но их высокая себестоимость препятствует широкому распространению этого процесса в топливной промышленности стран, относительно богатых нефтью. Даже в странах, бедных нефтью (ГДР, ФРГ, Япония), бурно разви­ вается нефтеперерабатывающая промышленность на привозном сырье.

В СССР почти все автомобильные топлива и масла получают из неф­ ти. Однако в районах, отдаленных от нефтяных месторождений и име.

J8

ющих запасы твердых горючих ископаемых, возможно, а иногда и эко­ номически выгодно производить толплива из твердых горючих ископа­ емых. Так, в Эстонской ССР и в прилегающих к ней районах успешно используют автомобильные бензины, полученные путем переработки эстонских горючих сланцев.

Углеводороды можно синтезировать из окиси углерода и водо­ рода. При пропускании водяного пара через раскаленный уголь образуется смесь окиси углерода и водорода — водяной газ. В при­ сутствии катализатора окись углерода и водорода вступают в хи­ мическое взаимодействие, образуя смесь углеводородов, названную синтином. Синтин состоит в основном из парафиновых и олефиновых углеводородов неразветвленного строения, поэтому он имеет невысо­ кие эксплуатационные свойства и обычно смешивается с высококачест­ венными компонентами. В частности, в период второй мировой войны Германия производила синтин и использовала его в смеси с бензином и этиловым спиртом.

Из окиси углерода и водорода путем синтеза в промышленных мас­ штабах освоено производство синтетических масел. Такие масла, как правило, имеют более высокие эксплуатационные свойства, чем неф­ тяные. Однако высокая стоимость, ограниченное производство и ряд других недостатков препятствуют пока широкому использованию син­

к качеству применяемого топлива, можно условно разделить на че­ тыре группы.

1.Топливо должно обеспечивать создание однородной топливовоз­ душной смеси необходимого-состава при любых температурных усло­ виях. При этом оно должно: хорошо испаряться и иметь небольшое поверхностное натяжение, иметь хорошие пусковые свойства, обеспе­ чивать быстрый прогрев холодного двигателя и его высокую приеми­ стость, не вызывать обледенения карбюратора, не оказывать влияния на износ цилиндро-поршневой группы при всех режимах работы двигателя, не образовывать отложений во впускной системе дви­ гателя.

2.Топливо-воздушная смесь должна сгорать с возможно большей

полнотой за отведенный промежуток времени. Для этого топливо долж­ но: иметь наиболее высокую теплоту сгорания, сгорать с нормальной скоростью без возникновения детонации на всех режимах работы дви­ гателя в любых климатических условиях, полностью сгорать с мини­ мальным образованием токсичных и канцерогенных продуктов в от-

19

работавших газах, иметь минимальную склонность к образованию нагара и к калильному зажиганию, не образовывать коррозионно­ агрессивных продуктов сгорания.

3. Не должно возникать затруднений при транспортировке, хра­ нении и подаче топлива по системе питания в двигатель при любых климатических условиях. Для того чтобы выполнить эти требования, топливо должно: не ухудшать своих эксплуатационных свойств со

состоянии минимальное количество воды и воздуха, не образовывать паровых пробок в системе питания при высоких температурах, не образовывать отложений на деталях системы питания.

4.Топливо должно быть недорогим, по возможности нетоксичным,

ипроизводство его должно быть обеспечено широкими сырьевыми ре­ сурсами.

Перечисленным выше требованиям в той или иной мере отвечают многие индивидуальные органические соединения и технические сме­ си. Однако в наибольшей степени указанным требовании удовлетво­ ряет смесь углеводородов, выкипающая в пределах от 30—40 до 200— 210°С и получившая название бензин.

§2. ИСПАРЕНИЕ И СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ

Всоставе бензина преобладают два элемента — углерод и водород. В связи с этим при полном сгорании бензина образуются главным обра­ зом двуокись углерода и вода. Основываясь на элементарных реак­ циях сгорания

Н2+ ~~ 0 2= Н20 ; С + Ог = С0 2,

можно подсчитать, что для полного сгорания 1 кг водорода тре­ буется 8 кг кислорода, а для сгорания 1 кг углерода —8/3 кг кис­ лорода.

Па основании данных по элементарному составу бензина можно найти количество кислорода (кг), необходимое для полного сгорания 1 кг бензина (1о2), по следующей формуле:

8

8 Н + Т С

где Н и С процентное содержание водорода и углерода в бензине. При вычислении количества воздуха (кг), теоретически необходи­ мого для полного сгорания 1 кг бензина (/-о), предыдущая формула

принимает следующий вид:

8Н + — С

Lo —

з

23

Если в состав топлива входит значительное количество кислорода (например, при использовании спиртов в качестве компонентов товар­ ных топлив), то этот кислород участвует в сгорании и для полного сгорания таких топлив требуется меньшее количество воздуха:

го происхождения изменяется незначительно, поэтому и количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания, принято считать в среднем равным 14,9 кг на 1 кг бензина. При различных условиях работы двигателя состав топливо-воздушной смеси, поступа­ ющей в камеры сгорания, может отличаться от теоретически необхо­ димого. Избыток или недостаток воздуха в смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха а, представляющим отношение массы действительно расходуемого воздуха к массе воздуха, теоретически необходимому для полного сгорания топлива.

Горючую смесь теоретического состава (а = 1) называют нормаль­ ной, или теоретической смесью, при а < 1 — богатой и при а > 1 — бедной смесью.

Для обеспечения наиболее полного сгорания смеси за весьма малый промежуток времени необходимо перевести бензин из жидкого состоя­ ния в парообразное и смешать пары с необходимым количеством воз­ духа, т. е. создать горючую смесь.

Горючая смесь в поршневых двигателях внутреннего сгорания мо­ жет быть образована двумя принципиально различными способами. Смесь может готовиться вне цилиндра двигателя в карбюраторе и не­ посредственно в цилиндре двигателя, куда воздух и топливо подаются раздельно.

Непосредственный впрыск топлива в полость цилиндра, в особую предкамеру или воздухоподводящий трубопровод осуществляется в тактах впуска или сжатия с помфщью специального насоса через форсунку.

Способ образования горючей смеси путем непосредственного Епрыска бензина имеет ряд преимуществ перед карбюрацией. Основ­ ные из них следующие: большая равномерность распределения бен­ зина по цилиндрам двигателя, увеличение коэффициента наполнения и литровой мощности вследствие снижения гидравлических сопро­ тивлений во впускной системе (отсутствие карбюратора).

Непосредственный впрыск используют в некоторых поршневых авиационных двигателях, однако в автомобильных двигателях этот способ смесеобразования имеет ограниченное применение вследствие значительного усложнения системы питания.

Процесс приготовления горючей смеси в карбюраторе сводится к следующему.

Из топливного бака бензин насосом подается в поплавковую камеру 1 (рис. 6), соединенную отверстием 13 с атмосферой. В поплавковой

21