Топливо для карбюраторных двигателей

Свойства бензина. Топливом для карбюраторных двигате­лей служит бензин, получаемый из нефти путем ее прямой перегонки или крекинг-процесса. Основным способом получе­ния автомобильных бензинов является термический крекинг-процесс, при котором в условиях высоких давлений (5-6 МПа) нефтепродукты нагревают до температуры 500-600 С. Вслед­ствие разложения нефтепродуктов получают крекинг-бензин; его выход составляет около 70% основного сырья. При этом средний элементарный состав получаемых сортов бензина по массе примерно одинаков (около 85% углерода и 15% водорода).

Для нормального сгорания топливовоздушной смеси в ци­линдрах двигателя бензин должен обладать определенными свойствами. К основным из них относятся детонационная стойкость, испаряемость, теплота сгорания и плотность. Наряду с этим бензин не должен вызывать кор­розии металла и должен длительное время сохранять свои ка­чества.

Детонационная стойкость является одним из основ­ных показателей топлива при оценке его пригодности для дан­ного двигателя. Этот показатель определяет возможность по­вышения степени сжатия двигателя для увеличения его мощ­ности и снижения расхода топлива. Стойкость бензина против детонации определяется его октановым числом О.Ч. Чем боль­ше это число, тем выше детонационная стойкость бензина. Октановое число определяют на одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия путем сравнительных испытаний данного бензина со смесью эталонного топлива, состоящей из двух углеводородов - изооктана и гептана. Первый обладает высокой детонационной стойкостью (О.Ч. = 100), а вто­рой детонирует очень легко (О.Ч. = 0). Если при испытани­ях на указанном двигателе оказывается, что стойкость испы­туемого бензина против детонации одинакова со стойкостью смеси, содержащей 72% изооктана и 28% гептана, то окта­новое число бензина равно 72. Таким образом, октановое число равно процентному содержанию изооктана в эталон­ной смеси изооктана и гептана, равноценной по детонации стойкости испытуемого бензина. Для автомобильных двигате­лей октановое число бензина не должно быть ниже 66,

Скорость сгорания рабочей смеси при выбранной степени сжатия двигателя обычно не превышает 25-35 м/с, в ре­зультате чего давление газов в цилиндрах повышается быст­ро, но плавно. При детонации сгорание носит взрывной харак­тер, а скорость распространения фронта пламени достигает 2000-2500 м/с. Такое сгорание сопровождается резким по­вышением давления и звонким металлическим стуком в ци­линдрах, что приводит к повышенному изнашиванию или раз­рушению деталей кривошипно-шатунного механизма. Наряду с этим происходит неполное сгорание топлива, что является причиной уменьшения мощности и экономичности двигателя, а также повышения токсичности отработавших газов.

Испаряемость характеризуется быстротой перехода бензина в парообразное состояние Чем больше скорость ис­парения бензина, тем выше качество приготовления горючей смеси, лучше пуск холодного двигателя, ниже концентрация паров на деталях поршневой группы, вследствие чего масло на стенках цилиндров и в картере двигателя меньше разжи­жается.

Теплота сгорания бензина является основным тепло­вым показателем и характеризуется удельной теплотой сгора­ния, т.е. количеством теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг топлива. Теплота сгорания автомобильных бензинов находит­ся в пределах 44 100-46 200 кДж/кг.

Марки бензина. Для автомобильных карбюраторных двига­телей выпускаются бензины пяти марок: А-72, А-76, АИ-93, АИ-95 «Экстра» и АИ-98. Бензины первых трех марок де­ляг на летние и зимние, последние обладают лучшей испаряе­мостью, что облегчает пуск двигателя при низкой температу­ре, Буквы в маркировке бензина означают следующее: А - ав­томобильный бензин, И - октановое число определено не мо­торным, как у бензинов А-72 и А-76, а исследовательским методом; число соответствует минимально допустимому окта­новому числу.

Для повышения антидетонационных свойств бензинов ис­пользуют антидетонатор - тетроэтилсвинец (ТЭС), при­меняемый в виде этиловой жидкости из расчета 1-1,5 см на 1 кг бензина. При работе на этилированном бензине на стенках камеры сгорания, днище поршня и клапанах отклады­вается слой окислов свинца, для удаления которых в этило­вую жидкость добавляют выносители.

Бензины А-76, АИ-93 и АИ-98 выпускают как этилиро­ванными, так и неэтилированными; бензин АИ-95 - не этилируют, бензин А-72 этилируют лишь в некоторых случаях. Этилированные бензины ядовиты, при обращении с ними не­обходимо соблюдать меры предосторожности, не допуская по­падания бензина на кожу и особенно в организм человека. Этилированные бензины для отличия их от неэтилированных окрашивают: бензин А-76 - в желтый, АИ-93 в оранжево-красный, АИ-98 в синий цвет.

В процессе эксплуатации автомобилей их следует заправ­лять бензином только той марки, которая установлена заво­дом-изготовителем. с учетом времени года и климатической зоны. Бензин А-72 применяют для двигателей со степенью сжатия 6,2-7,0; А-76 - для двигателей со степенью сжа­тия 7,0-8,0; АИ-93 - для двигателей со степенью сжатия 8,0-9,0; АИ-98 и АИ-95 «Экстра» - для двигателей со степенью сжатия более 9,0.

Дизельное топливо. В дизелях в зави­симости от условий работы для эксплуа­тации применяют дизельное топливо следующих марок: (ГОСТ 305); Л (лет­нее) при температуре окружающего воздуха 0° С и выше; 3 (зимнее) - минус 20° С и ниже (температура застывания топлива не выше минус 35° С) и более морозостойкое топливо - минус 30° С и ниже (температура застывания топлива не выше минус 45° С); А (арктичес­кое) - минус 50 °С и ниже.

За счет присутствия серы в топливе уменьшается период задержки его само­воспламенения в цилиндре, что благо­приятно сказывается на работе двигате­ля. Он работает мягче, т. е. с меньшими ударными нагрузками. Однако сера повышает нагарообразование и способ­ствует быстрому изнашиванию деталей поршневой группы.

Топливо определенных сортов необхо­димо применять в зависимости от сезона года. При повышенной вязкости топлива ухудшаются его текучесть и распыл, а при низкой - смазывающая способность.

Другие виды топлива. При эксплуата­ции двигателей используют менее дефи­цитные и восполняемые источники теп­ловой энергии - газовое топливо и био­топливо.

Газовое топливо, использу­емое в газобаллонных автомобилях, может быть как естественного, так и искусственного происхождения и приме­няться в сжатом или сжиженном виде. К сжатым газам относятся природный газ (метан) и промышленные газы. Сжи­женными называют такие газы, кото­рые переходят из газообразного в жид­кое состояние при нормальной темпера­туре и давлении до 1,6 МПа. К ним отно­сят углеводороды, получаемые при пере­работке нефти.

Биотопливо - один из возоб­новляемых источников энергии. Его получают из продуктов и отходов сель­скохозяйственного производства. В ка­честве биотоплива в двигателях исполь­зуют спирт и растительные масла, получаемые, например, из рапса и сои. Рапсовое и соевое масла используют для дизелей, а спирт и газовое топливо - в карбюраторных двигателях.

Горючая и рабочая смеси. Смесь паров и мельчайших час­тиц бензина с воздухом называется горючей смесью, ко­торая, поступая в цилиндры и смешиваясь с остаточными га­зами, образует рабочую смесь.

При работе двигателя количество воздуха в горючей сме­си может быть больше или меньше теоретически необходимо­го. Для полного сгорания 1 кг бензина теоретически требует­ся около 15 кг (или 12 м³ ) воздуха. Состав горючей смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха a, который представляет собой отношение количества воздуха, участвующего в сгорании топлива a_д, к теоретически необ­ходимому количеству a_т. Если в горючей смеси на 1 кг топлива приходится 15 кг воздуха, т.е. a_д = a_т, то смесь называется нормальной (стехиометрической); в этом слу­чае

a = a_д/a_т = 1.

Если в горючей смеси на 1 кг топлива содержится свыше 15 кг, но не более 17 кг воздуха, то ее называют обедненной a = 1,05¸1,15; при содержании воздуха свыше 17 кг – бедной (a = 1,2¸1,25). Горючую смесь, меньше 15 кг, но не меньше 12 кг воздуха на 1 кг топлива, называют обогащенной (a = 0,8¸0,95); при содержании воздуха менее 12 кг – богатой (a = 0,5¸0,7). Наиболее экономичная работа двигателя достигается на обедненной смеси при a = 1,05¸1,1, а наибольшую мощность он развивает при работе на обогащенной смеси при a = 0,85¸0,9.