Топливо для двигателей скоростных автомобилей
Основные свойства топлива
Топливо, применяемое для высокофорсированных двигателей, должно обладать следующими свойствами:
- Стойкостью в отношении детонации, чтобы обеспечить возможность работы двигателя с высокими степенями сжатия и давлениями наддува.
- Высокой теплотворностью.
- Хорошей испаряемостью.
Качество того или иного топлива зависит от его элементарного состава и химической структуры. Большинство топлив представляет собою углеводородные соединения, а в состав спиртов входит также и кислород.
Автомобильные и авиационные бензины состоят из различных углеводородов, относящихся даже к различным группам.
Антидетонационные свойства топлива. Антидетонационная стойкость топлива для высокофорсированного двигателя приобретает в настоящее время особенно большое значение. Детонация представляет собою ненормальный процесс сгорания, протекающий с очень высокими скоростями (около 2000—3000 м/сек). Внешними признаками детонации служит появление резкого металлического стука, перегрев двигателя, неполное сгорание топлива, заметное по появлению черного дыма. Появление детонации вызывает уменьшение мощности двигателя и создает резко возрастающие нагрузки на детали шатунно-кривошипного механизма. Склонность топлива к детонации усиливается с повышением давления и температуры в копне хода сжатия.
Так как повышение давления в конце хода сжатия является одним из основных условий повышения мощности двигателя, то у двигателей без нагнетателей повышают степень сжатия, а у двигателей с нагнетателями — давление наддува. Пределом повышения давления в конце хода сжатия является возможность возникновения детонации, в связи с чем особенное значение приобретает антидетонационная стойкость топлива, которую повышают различными способами.
Появление детонации зависит также от условий работы двигателя. С увеличением числа оборотов коленчатого вала двигателя (а следовательно, и с увеличением скорости поршня) при постоянном открытии дросселя детонация уменьшается, так как с увеличением числа оборотов снижаются давления и температуры процесса сгорания.
Стойкость топлива в отношении детонации определяется его октановым числом при работе двигателя на обедненной смеси. Октановое число является условной величиной, показывающей стойкость данного топлива по отношению к детонации по сравнению со смесью двух углеводородов гептана и изооктана. Процентное содержание изооктана в смеси с гептаном, дающей такую же антидетонационную стойкость, как данное топливо, является для последнего его октановым числом.
Изооктан является наиболее стойким в отношении детонации углеводородом, поэтому чем больше его содержание в смеси, тем выше ее антидетонационные свойства. Следовательно, топлива имеют тем большую стойкость в отношении к детонации, чем выше их октановое число.
В табл. 14 приведен элементарный состав некоторых углеводородов и спиртов и даны их октановые числа.
| Таблица 14 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Элементарный состав некоторых углеводородов и их октановые числа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Обычные автомобильные бензины имеют в своем составе различные углеводороды. Качество автомобильных бензинов определяется ГОСТ 2084-48 (табл. 15).
| Таблица 15 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Бензины автомобильные (по ГОСТ 2084-48) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Как видно из приведенных таблиц, обычные автомобильные бензины имеют относительно невысокие октановые числа.
Для улучшения антидетонационных качеств бензинов к ним добавляют специальные антидетонаторы. Наиболее сильно действующим антидетонатором является тетраэтиловый свинец, его действие в 600 раз сильнее действия бензола. В чистом виде тетраэтиловый свинец не применяется, а обычно используется в виде так называемой этиловой жидкости марки Р-9. В состав этиловой жидкости входят компоненты, предотвращающие отложение свинца на клапанах, электродах свечи и стенках камеры сгорания.
Присадка незначительных (не более 3 см³ на 1 кг бензина) количеств этиловой жидкости намного улучшает антидетонационные свойства бензинов. Дальнейшее увеличение количества этиловой жидкости в присадке не дает заметного улучшения антидетонационной стойкости бензина.
В табл. 16 приведены данные по результатам присадки этиловой жидкости.
| Таблица 16 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Октановые числа бензинов с присадкой этиловой жидкости (по Забрянскому) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для двигателей спортивных и гоночных автомобилей широкое применение имеют бензино-бензольные смеси, обладающие довольно высокими антидетонационными свойствами. При этом бензол должен быть высокого качества; лучше всего использовать авиационный бензол нефтяного происхождения, так называемый пиро-бензол.
В табл. 17 приведены октановые числа смесей бензина А-70 с авиационным бензолом.
Для высокофорсированных двигателей применяют спиртовые смеси, обладающие высокой антидетонационной стойкостью, а также некоторыми другими положительными свойствами, о которых будет сказано ниже. В зависимости от степени форсировки двигателя применяют различный состав этих смесей. Часто применяют тройную смесь, состоящую из трех равных объемных частей бензина, бензола и спирта.
| Таблица 17 | |||||||||||||||||||||||||||
| Октановые числа различных бензино-бензольных смесей | |||||||||||||||||||||||||||
|
Теплотворность топлива. Под теплотворностью топлива понимается количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 кг топлива. Чем выше теплотворность топлива, тем большее количество работы можно получить при его сгорании в цилиндрах двигателя. Но в цилиндры двигателя топливо поступает в смеси с воздухом, поэтому эффективность работы двигателя зависит от теплотворности топливовоздушной смеси. Некоторые топлива, имеющие небольшую теплотворность, но требующие для своего полного окисления небольшого количества воздуха, обладают достаточно высокой теплотворностью топливовоздушной смеси.
В табл. 18 приведены низшие теплотворности топлив и соответствующих топливовоздушных смесей.
Если же взять теплотворность 1 м³ топливовоздушной смеси (при 15° и нормальном давлении), то она будет примерно одинаковой для различных видов топлив и равной около 820—850 кал/м³.
Как видно из табл. 17, метиловый спирт, имеющий наименьшую теплотворность, дает высокую теплотворность топливовоздушной смеси. При работе на метиловом спирте от двигателя можно получить высокую мощность. Расход топлива обратно пропорционален теплотворности и резко возрастает при использовании таких топлив, как спирт; поэтому применение топлив с низкой теплотворностью целесообразно лишь в некоторых случаях. Основным компонентом топливных смесей для большинства двигателей скоростных автомобилей является бензин, обладающий наивысшей теплотворностью.
| Таблица 18 | ||||||||||||||||||||||
| Низшая теплотворность топлив и топливовоздушных смесей | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
Испаряемость топлива. Испаряемость оценивается по температуре, при которой выкипает определенное количество топлива (в % от нагреваемого объема). Температура, при которой выкипает 10% топлива, характеризует его пусковые качества; температура, соответствующая выкипанию 50% топлива, характеризует его способность обеспечить двигателю приемистость; температура выкипания 90% топлива определяет его качества с точки зрения разжижения смазки.
В табл. 15 приведены данные по испаряемости бензинов основных марок.
Испаряемость топлива влияет на смесеобразование. Частицы неиспаренного топлива осаждаются на стенках впускного трубопровода. Смесь с неиспаренными частицами топлива плохо сгорает, более склонна к детонации; частицы жидкого топлива, попадая на стенки цилиндров, смывают смазку и способствуют появлению коррозии на металлической поверхности. Поэтому топлива для двигателей гоночных автомобилей должны обладать хорошей испаряемостью.
Но на испарение топлива затрачивается тепло топливовоздушной смеси. При этом температура ее понижается, а плотность увеличивается. Температура смеси понижается тем больше, чем выше .скрытая теплота испарения данного топлива. Основные автомобильные топлива имеют следующую скрытую теплоту испарения: бензин 75 ккал/кг, бензол 95 ккал/кг, этиловый спирт 200 ккал/кг, метиловый спирт 260 ккал/кг.
Спирты, имеющие наибольшую скрытую теплоту испарения, больше других топлив понижают температуру топливовоздушной смеси.
Низкая температура топливовоздушной смеси способствует внутреннему охлаждению цилиндров двигателя. Сравнительно холодная смесь, поступая в цилиндры, отнимает тепло от наиболее нагретых поверхностей и уменьшает температуру в конце хода сжатия. Более низкая температура смеси в конце хода сжатия уменьшает опасность появления детонации.
Наибольшее внутреннее охлаждение цилиндров двигателя дает применение спирта, так как он имеет наиболее высокую скрытую теплоту испарения. Большое количество спирта в смеси содействует лучшему охлаждению двигателя.
Пределы воспламеняемости топливовоздушной смеси устанавливаются по ее составу, определяемому коэффициентом избытка воздуха.
Низшим пределом воспламеняемости для большинства топливовоздушных смесей является богатая смесь с α = 0,4 — 0,5, высший предел воспламеняемости соответствует бедной смеси с α = 1,15— 1,2. Для двигателей гоночных автомобилей применяют исключительно обогащенные смеси, при которых двигатель может развить большую мощность. Поэтому необходимо обеспечить надежное воспламенение смеси при малых значениях α. Наилучшие результаты в этом случае дает спирт, обеспечивающий хорошую воспламеняемость от электрической искры при изменении состава топливовоздушной смеси в широком диапазоне.
Нагарообразование. Крекинг-бензины и каменноугольный бензол дают большое образование нагара и смолистых отложений. Поэтому их применение в двигателях гоночных автомобилей крайне нежелательно. Наиболее полное сгорание без образования нагара дает спирт.
Стабильность топлива. Крекинг-бензин отличается также плохой стабильностью и изменяет свои качества при более или менее длительном хранении.
Стабильность имеет большое значение для топливных смесей с содержанием спирта, так как при низкой температуре они имеют склонность к расслаиванию. Для сохранения стабильности спиртовых смесей в них добавляют специальные стабилизаторы, как, например, ацетон (до 10%), бутиловый спирт (до 15%). Роль стабилизатора выполняет также бензол, вследствие чего тройные смеси (бензин-бензол-спирт) более стойки против расслаивания.
| ← Предыдущая страница | оглавление | Следующая страница → |
