ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ

  Главная      Учебники - АЗС, нефть     Производство высокооктановых бензинов (Гуреев А.А., Жоров Ю.М.) - 1981 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  ..

 

 

ГЛАВА 1


ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ

 


Бензиновые фракции процессов переработки нефти и газов широко потребляются в качестве горючего для двигателей. Бензины являются основным топливом для двигателей, в которых рабочая смесь воспламеняется от искры. В последние годы некоторые двигатели с воспламенением смеси от сжатия (дизельные двигатели) оборудуют на заводах таким образом, чтобы можно было использовать в качестве горючего и бензины (например, многотопливные двигатели). Однако возможность использования бензинов в дизелях рассматривается как временная мера при каких-то особых обстоятельствах.

В двигателях с принудительным зажиганием смесь топлива с воздухом может готовиться в специальном устройстве—карбюраторе, либо непосредственно в камере сгорания, куда бензин впрыскивается с помощью форсунки. Непосредственный впрыск бензина применяют в авиационных поршневых двигателях и в некоторых моделях зарубежных автомобильных двигателей. Во всех отечественных двигателях с принудительным зажиганием горючая смесь образуется в карбюраторах и затем по впускному трубопроводу попадает в камеры сгорания, т. е. отечественные бензиновые автомобильные двигатели являются карбюраторными.

 

Требования, которые предъявляют карбюраторные двигатели к качеству применяемых бензинов. можно разделить на три основные группы.

 

 

Бензин в смеси с воздухом должен сгорать в камерах сгорания с нормальной скоростью без возникновения детонации на всех режимах работы двигателя в любых климатических условиях. Желательно, чтобы бензин имел наиболее высокую теплоту сгорания, минимальную склонность к образованию нагара и к калильному зажиганию. Продукты сгорания бензино-воздушной смеси не должны ,быть токсичными и коррозионно-агрессивными.

 

Испаряемость бензинов должна быть такой, чтобы обеспе-4 читк создание горючей смеси при любых температурных условиях эксплуатации двигателей.

 

Не должно возникать затруднений при транспортировании, хранении и подаче бензина по системе питания в двигателе при любых климатических условиях.

 

 

 

 

СГОРАНИЕ И ДЕТОНАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ

 

 Сгорание

Сгорание является важнейшим процессом, обусловливающим полезную работу двигателя. При сгорании химическая энергия бензина превращается в тепло и далее в механическую энергию. Характер сгорания бензино-воздушной смеси определяет мощностные и экономические показатели двигателя и долговечность его работы [1].

Сгорание бензино-воздушных смесей в двигателях представляет собой крайне сложную совокупность физико-химических процессов, развивающихся в условиях быстро изменяющихся температур, давлений и концентраций реагирующих веществ. Начинается процесс с воспламенения рабочей смеси электрической искрой. Не-' большой очаг сгорания, возникающий между электродами свечи, постепенно превращается в развитый фронт турбулентного пламени. С увеличением турбулизации смеси скорость сгорания растет, фронт пламени продвигается по камере сгорания. В завершающей стадии скорость сгорания замедляется, фронт пламени приближается к стенкам камеры сгорания и смесь догорает в пристеночных слоях. Скорость распространения фронта пламени при нормальном процессе сгорания изменяется от 15—25 до 50—60 м/с.

 

 

 

 

Детонация



На некоторых режимах работы двигателя при использовании бензина, качество которого не полностью отвечает требованиям двигателя, может возникнуть так называемое детонационное сгорание рабочей смеси. Для объяснения механизма детонации в двигателях предложено несколько теорий, но наиболее признанной из них является пероксидная теория с цепным механизмом. В основе теории лежат труды выдающихся русских ученых А. Н. Баха и Н. Н. Семенова.

А. Н. Бах установил, что первичными продуктами окисления углеводородов являются пероксидные соединения, относящиеся к разряду весьма нестойких веществ с большой избыточной энергией. При определенных температурах и давлении пероксиды могут самопроизвольно по цепному механизму, предложенному Н. Н. Семеновым, разлагаться с выделением большого количества тепла и образованием новых активных частиц.

 

 

В камере сгорания двигателя энергичное окисление углеводородов и накопление пероксидных соединений начинается в конце такта сжатия в связи со значительным повышением температуры. Процессы окисления приобретают особенно большую скорость после воспламенения смеси и образования фронта пламени. По мере сгорания рабочей смеси температура и давление в камере сгорания быстро нарастают, что способствует дальнейшей интенсификации окисления в несгоревшей части рабочей смеси. Последние порции
 

несгоревшего топлива окисляются при высоких температурах наиболее долго.

Если в двигателе используется такой бензин, в составе которого преобладают углеводороды, не дающие при окислении большого количества пероксидных соединений, то концентрация пероксидов в последних порциях смеси не достигает критических величин, и сгорание заканчивается нормально, без детонации. Если при окислении бензина в последних порциях смеси накапливается много пероксидных соединений, то при некоторой критической концентрации происходит их взрывной распад с последующим самовоспламенением. Появляется новый фронт горячего пламени, двигающийся по нагретой активной смеси, в которой предпламенные реакции близки к завершению. При этом появляется детонационная волна сгорания, имеющая скорость 2000—2500 м/с. Одновременно с появлением очага детонационного сгорания возникает новый фронт ударной волны. Многократное отражение ударных волн от стенок камер сгорания рождает характерный звонкий металлический стук высоких тонов. При детонационном сгорании двигатель перегревается, появляются повышенные износы цилиндро-поршне-вой группы, увеличивается дымность отработавших газов.

Таким образом, сущность явления детонации состоит в весьма быстром завершении процесса сгорания в результате многостадийного самовоспламенения части рабочей смеси, сопровождающегося возникновением ударной волны, и сгоранием оставшейся смеси со сверхзвуковой скоростью.

 

 

 

 

 

Детонационная стойкость углеводородов


Возможность возникновения детонации в двигателе решающим образом зависит от способности углеводородов бензина сопротивляться окислению в паровой фазе с образованием пероксидов. Чем труднее окисляются бензиновые углеводороды в паровой фазе, тем медленнее накапливаются пероксиды и тем труднее возникает детонация. Это важное эксплуатационное свойство бензинов получило название детонационной стойкости.

Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются по своей детонационной стойкости. Наименьшей детонационной стойкостью обладают нормальные парафиновые углеводороды. С увеличением числа углеродных атомов в цепи нормальных парафиновых углеводородов их детонационная стойкость ухудшается. Переход от нормальной к изомерной структуре всегда сопровождается улучшением антидетонационных свойств парафиновых углеводородов. Но и для изомерных парафинов с увеличением числа углеродных атомов в прямой цепи молекулы изопарафинового углеводорода его детонационная стойкость уменьшается. Увеличение степени разветвленности молекулы, компактное и симметричное расположение метильных групп и приближение их к центру моле-

 

 

 

 

кулы способствуют повышению детонационной стойкости изопара-финовых углеводородов.

Олефиновые углеводороды имеют более высокие антидетонаци-ониые свойства, чем нормальные парафиновые углеводороды с тем же числом атомов углерода. Влияние строения олефиновых углеводородов на их детонационную стойкость подчиняется примерно тем же закономерностям, что и у парафиновых углеводородов. Детонационная стойкость олефинов возрастает с уменьшением длины цепи, увеличением степени разветвленности и повышением компактности молекулы. Лучшие детонационные свойства имеют те олефины, у которых двойная связь располагается ближе к центру углеродной цепочки. Среди диеновых более высокую детонационную стойкость имеют углеводороды с сопряженным расположением двойных связей.

Детонационная стойкость нафтеновых углеводородов выше чем у нормальных парафиновых углеводородов, но ниже чем у ароматических с тем же числом атомов углерода в молекуле. С уменьшением длины боковой цепи, увеличением степени ее разветвленности и компактности антидетонационные свойства нафтеновых углеводородов улучшаются. Правда, влияние этих факторов в нафтеновых углеводородах менее заметно по сравнению с парафиновыми и олефиновыми углеводородами.

Ароматические углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью. В отличие от других классов углеводородов их детонационная стойкость с увеличением числа углеродных атомов в молекуле не снижается. Уменьшение длины боковой цепи и повышение ее разветвленности улучшает детонационную стойкость ароматических углеводородов. К такому же эффекту приводит появление в боковых цепях двойных связей и симметричное расположение алкильных групп.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  ..