Бензин та його властивості

02.04.2017

Пристрій автомобілів

Автомобільні бензини

Паливо для бензинових двигунів і його характеристики

Для бензинових двигунів застосовують бензин – легке паливо, що представляє собою світлу рідину, швидко испаряющуюся на повітрі і добре займистою. З хімічної точки зору бензин є сумішшю легких вуглеводнів, одержуваних з нафти і нафтопродуктів.

Температура кипіння бензину може варіювати в досить широких межах — від 33 205 °C (в залежності від змісту домішок).

Бензин трохи легше дизельного палива – його щільність становить 0,71…0,74 г/см?. тоді як у дизпалива цей показник може досягати 0,85 г/см?.

При спалюванні бензину виділяється значна теплова енергія – його теплотворна здатність може перевищувати 10 тис. ккал/кг.

Замерзає бензин (на відміну від дизельного палива) при достатньо низькій температурі – приблизно -70…-74 °C .

Найбільш важливими властивостями бензину є випаровуваність. антидетонаційна стійкість і теплота згоряння .

Випаровуваність бензину

Випаровуваність бензину характеризує умови сумішоутворення і склад горючої суміші у впускний системі двигуна, схильність бензину до утворення парових пробок у паливній системі автомобіля, а також повноту згоряння бензину і ступінь розрідження моторного масла бензиновими фракціями.

Бензин та його властивості

Випаровуваність бензину оцінюється наступними комплексними і одиничними показниками, що визначаються лабораторними методами: фракційним складом, тиском насичених парів, схильністю до утворення парових пробок (співвідношення пар-рідина).

Випаровуваність бензину повинна забезпечувати оптимальний склад паливоповітряної суміші на всіх режимах роботи двигуна незалежно від способу її приготування (карбюрация, впорскування).

З випаренням бензину пов’язані такі характеристики двигуна, як пуск при низьких температурах, ймовірність утворення парових пробок у системі живлення в літній період, прийомистість автомобіля, швидкість прогріву двигуна, а також знос циліндропоршневої групи і витрата палива.

Вміст важких фракцій бензину обмежують, так як в певних умовах експлуатації вони можуть випаровуватися не повністю і потрапляти в циліндри двигуна в рідкому стані. При цьому паливо в циліндрах змиває масляну плівку, із-за чого збільшується знос, розріджується масло, підвищується витрата палива.

Тиск насичених парів — фактор, що впливає на надійність роботи паливної системи, а також втрати від випаровування, що забруднюють атмосферу при зберіганні, транспортуванні і застосуванні бензину.

Детонаційна стійкість бензину

Детонаційна стійкість – властивість бензину, визначає можливу ступінь стиснення двигуна.

Детонація являє собою особливий вид згоряння горючої суміші, що протікає з явищами вибуху окремих обсягів суміші при надзвичайно високих швидкостях поширення фронту полум’я в камері згоряння (2000 м/с і вище). Для порівняння: при нормальному згорянні ця швидкість становить 20…40 м/с. тобто в 50…100 разів менше, ніж при детонаційному згорянні. Детонаційне згорання палива супроводжується значним підвищенням тиску в зоні детонації.

При детонаційному згорянні суміші в двигуні чути різкі металеві стуки, що пояснюється ударами хвиль високого тиску об стінки камер згоряння, циліндрів і днищ поршнів і виникненням вібрації деталей.

Крім того, спостерігаються димний випуск з іскрами внаслідок неповного згоряння палива та закипання рідини в системі охолодження через посилену тепловіддачі стінок камер згоряння і циліндрів.

В результаті неповного згоряння палива, посиленою тепловіддачі і збільшення механічних втрат потужність і економічність двигуна різко знижуються.

Тривала робота двигуна при детонаційному згорянні може привести не тільки до підвищеного зносу його деталей, але і до утворення великих дефектів у вигляді тріщин і деформації деталей або навіть їх руйнування. Детонація зазвичай виникає у разі застосування палива невідповідного сорту, а також при перевантаження і перегрів двигуна.

Виникла в двигуні детонація при роботі автомобіля, не має систематичного характеру, може бути усунена зменшенням навантаження на двигун (шляхом переходу на нижчу передачу) і прикриттям дросельної заслінки карбюратора.

Систематична детонація при роботі двигуна з правильно встановленим запалюванням свідчить про недостатньо високих антидетонаційних властивостей використовуваного палива.

Показником, що характеризує антидетонаційні властивості бензину, є його октанове число.

Октанове число бензину

Октанове число бензину визначають на спеціальній установці, що представляє собою одноциліндровий двигун із змінним ступенем стиснення, порівнянням антидетонаційних властивостей випробуваного бензину з властивостями еталонного палива – приготовляемой в різних пропорціях суміші сильнодетонирующего палива (гептан) і стійкого проти детонації палива (ізооктану) – еквівалентної суміші.

При однакових антидетонаційних властивостей еквівалентної суміші і випробуваного бензину, октанове число бензину приймають рівним відсоткового вмісту ізооктану в еквівалентній суміші. Чим більше октанове число бензину, тим менше він детонує при стисненні і тим більший ступінь стиснення може мати двигун, що працює на цьому бензині.

Бензин та його властивості
Октанове число бензину є дуже важливим властивістю палива, оскільки, як ми знаємо з теплотехніки, від ступеня стиснення залежать багато динамічні та економічні характеристики двигуна внутрішнього згоряння, в тому числі – його ККД. Тобто чим вище ступінь стиснення в циліндрах двигуна, тим ефективніше протікають процеси перетворення теплової енергії в механічну.

Для підвищення октанового числа бензину і зменшення можливості його детонації в двигунах з підвищеним ступенем стиснення в деяких сортах бензину використовують спеціальні добавки – антидетонатори. Найбільш сильним із застосовуваних антидетонаторов є этиловая рідина, що додається до бензину в невеликих кількостях. Бензин з добавками етилової рідини називають етилованим. Етилований бензин отруйний, тому в нього додають барвник для відмінності від звичайного бензину. Звертатися з етилованим бензином слід дуже обережно, дотримуючись правил техніки безпеки. Останнім часом виробництво етилованого бензину в Росії заборонено.

Для автомобілів з карбюраторними двигунами застосовують бензин марок: АІ-92, АІ-95, АІ-98. Буква «А» у маркуванні бензину означає «автомобільний», буква «І» — метод визначення октанового числа (дослідний), цифри – октанове число бензину.

Оптимальний склад горючої суміші

Процес сумішоутворення полягає в змішуванні бензину в розпиленому стані з повітрям в певній пропорції. Пальна суміш повинна задовольняти двом основним вимогам:

  • при запаленні в циліндрі двигуна суміш повинна згоряти дуже швидко (протягом короткого проміжку часу), щоб забезпечити відповідний тиск газів на поршень на початку робочого ходу;
  • бензин, що входить до складу горючої суміші, повинен згоряти повністю, щоб виділялося найбільшу кількість теплоти і робота двигуна була найбільш економічною. Неповне згоряння палива веде до його викиду в систему випуску відпрацьованих газів, що призводить до невиправданої перевитрати. Крім того, двигун сильно димить, а на стінках циліндрів інтенсивно відкладається кіптява і сажа.

Докладніше процеси горіння палива розглядаються на окремій сторінці сайту.

Для швидкого і повного згоряння горючої суміші необхідно, щоб бензин з повітрям змішувалися в строго певній масової пропорції, було дуже дрібно розпорошений і добре перемішаний з повітрям. У цьому випадку кожна найдрібніша частинка бензину буде оточена частками кисню в необхідному для повного окислення кількості. Не слід забувати, що горіння – це процес окислення палива, тобто його хімічну взаємодію з киснем, що супроводжується виділенням теплової енергії.

Склад горючої суміші в залежності від співвідношення палива і повітря в ній характеризують спеціальним показником – коефіцієнтом надлишку повітря ?. що представляє собою відношення дійсної кількості повітря в суміші (кг ), що припадає на 1 кг палива, до теоретично необхідної кількості, що забезпечує повне згоряння 1 кг палива.

Як зазначалося в попередній статті, в залежності від співвідношення мас бензину і повітря розрізняють нормальну, збіднену, збагачену і багату горючу суміш.

Нормальної називають суміш, в якій на 1 кг бензину доводиться 15 кг повітря – теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння бензину. Коефіцієнт ? для нормальної горючої суміші дорівнює одиниці.

Співвідношення 1:15 є зразковим (зазвичай системи живлення бензинових двигунів регулюються на нормальний склад 1:14,7 ), оскільки з точки зору хімії кількість кисню в суміші повинно забезпечувати окислення водню і вуглецю, що містяться в цій марці бензину. У процесі згоряння бере участь не тільки кисень повітря, але і кисень, в тому чи іншому кількості міститься в самому паливі. Якщо врахувати цей факт, а також те, що в різних марках і сортах бензину може міститися різна масове кількість водню і вуглецю (основних теплотворных компонентів палива), то можна зрозуміти, що склад нормальної суміші для різних сортів бензину буде дещо відрізнятися.

Збідненої (? = 1,1…1,15 ) називають суміш, в якій є незначний надлишок повітря порівняно з нормальною сумішшю, а бідної (? > 1,2 ) – суміш, в якій повітря істотно більше, ніж необхідно для повного згоряння бензину.

Збагачена суміш (? = 0,85…0,9 ) має недолік повітря – до 13 кг 1 кг палива. Швидкість згоряння збагаченої суміші зростає, в результаті чого тиск газів в циліндрах двигуна збільшується. Така суміш дозволяє двигуну розвинути максимальну потужність, але при цьому загальний витрата палива збільшується із-за неповноти його згоряння.

Багата суміш має значний недолік повітря (? < 0,85 ). У такій суміші із-за браку кисню бензин згоряє не повністю, що викликає зниження потужності двигуна при значній витраті палива.

Бензин та його властивості
В результаті догорання незгорілого палива у випускному трубопроводі виникають звуки, що є зовнішньою ознакою сильного збагачення робочої суміші. При надмірно збагаченої суміші, коли вміст повітря досягає 5 кг 1 кг бензину (? < 0,4 ), суміш зовсім не запалюється.

Аналізуючи властивості горючої суміші різних складів, можна зробити наступні висновки:

Якщо двигун за умовами роботи не повинен розвивати повно потужності (при середніх навантаженнях), то найвигіднішою є збіднена суміш, оскільки витрата палива при цьому значно знижується. Деяке зменшення потужності двигуна в цьому випадку при його роботі з неповним навантаженням значення не має.

При великих навантаженнях доцільно працювати на збагаченій суміші, так як двигун при цьому розвиває найбільшу потужність. Підвищений витрата палива внаслідок короткочасності роботи двигуна на цьому режимі не викликає помітного збільшення загальної витрати палива за великий період часу.

Робота двигуна на бідної чи багатої сумішах, що викликають зниження потужності і економічності двигуна, неприпустима.

Короткий опис статті: бензиновий

Джерело: Бензин і його властивості.

Також ви можете прочитати