Моторные свойства нефтяных топлив
Горючесть характеризует особенности и результаты процессов горения паров нефтепродуктов с воздухом. Оценивается степень горючести нефтепродуктов по детонационной стойкости, цетановому числу, удельной теплоте сгорания, содержанию антидетонаторов, люминометрическому числу, высоте некоптящего пламени, содержанию ароматических и нафталиновых углеводородов.
Октановое число — характеризует детонационную стойкость бензина, то есть способность сгорания без взрывов в цилиндре двигателя с искровым зажиганием. Детонация заключается в преждевременном самовоспламенении смеси топлива при цикле сжатия, то есть при повышении температуры при быстром процессе сжатия и самовоспламенении смеси, не доходя до верхней мертвой точки (ВМТ). В результате этого происходит обратное воздействие взрывной волны на поршень, двигатель начинает стучать и может прийти в негодность. Поэтому для каждого вида бензина допустима своя степень сжатия. Чтобы повысить мощность двигателя, необходимо повышать степень сжатия и соответственно детонационную стойкость бензина. В современных карбюраторных ДВС величина степени сжатия в пределах 8-12, а в дизельных 40—60.
Показателем детонационной стойкости бензина является октановое число, которое равно содержанию изо-октана в смеси с н-гептаном, эквивалентной по детонационной стойкости топливу, испытуемому в стандартных условиях.
Октановое число бензина повышают путем ввода различных добавок. В середине прошлого века наибольшее распространение получил способ повышения октанового числа путем введения в бензин этиловой жидкости, содержащей соединения свинца - тетраэтилсвинца Pb(C2H)4 и дибромэтана (C2H4Br2). Соединения свинца способствуют образованию пероксидов углеводородов, стойких к самовозгоранию, а соединения дибромэтана способствуют выносу из цилиндра летучих соединений свинца. Недостатком этилированных бензинов является их токсичность, проявляющаяся в отравлении организма с поражением центральной нервной системы и органов движения. Поэтому этилированные бензины, как ядовитые жидкости, в целях обеспечения безопасности при обращении с ними дополнительно, в зависимости от марки, окрашиваются в различные отличительные цвета.
В настоящее время выпуск и применение этилированных автомобильных бензинов ограничен, а продажа его в населенных пунктах страны запрещена.
Примечание: Учитывая, что выпуск автомобильных этилированных бензинов практически прекращен, некоторые известные нефтяные компании, чтобы повысить конкурентную способность вырабатываемых ими бензинов, окрашивают их в свои отличительные цвета.
В настоящее время повышение октанового числа бензина осуществляют за счет ввода в него метанола (древесного спирта), этанола (этилового спирта) и других компаудных присадок, получаемых при каталическом риформинге и гидрокрекинге дистиллятов.
При определении октанового числа бензина в качестве эталонного топлива применяется смесь изо-октана и н-гептана. Октановое число изо-октана принимается за — 100 единиц, н-гексана – за единиц. Испытание топлива проводят на испытательной моторной испытательной установке УИТ-65. Испытательная установка представляет собой одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, имеющий устройство для изменения объема камеры сгорания и соответственно степени сжатия топливной смеси.
Например, если двигатель будет работать одинаково (без стука) на смеси, состоящей из 72% изо-октана и 28% н-гексана, и на испытываемом бензине, то это означает, что октановое число бензина будет равно 72 и соответствовать автомобильному бензину А-72.
В настоящее время октановое число определяют двумя методами - исследовательским и моторным
Исследовательский метод. Октановое число бензина определяется в соответствии с требованиями ГОСТ511-82 на испытательной установке УИТ-65. Испытание проводится с частотой вращения вала 600±6 об/мин с постоянным углом опережения зажигания 13°, при температуре воздуха, поступающего в карбюратор 52± 1 °С. Получаемое исследовательским методом октановое число (04и) соответствует мягким условиям работы двигателя с небольшими нагрузками.
Моторный метод. Октановое число бензина по этому методу определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 511-82 на той же испытательной установке УИТ-65. Испытание проводится с частотой вращения вала 900±9 об/мин с переменным углом опережения зажигания от 26° до 15°, при температуре воздуха, поступающего в карбюратор, 50±5 °С, а температуре топливно-воздушной смеси на входе в цилиндр — 149+1 °С. Получаемое моторным методом октановое число) соответствует работе двигателя при повышенных нагрузках. Разница называется чувствительностью бензина к перегрузкам, достигает 1-12 единиц, зависит от химического состава бензинов.
Цетановое число — показатель, показывающий воспламеняемость топлива и скорость нарастания давления в цилиндре дизельного двигателя при сгорании нефтяного топлива в топливно-воздушной смеси от сжатия, выраженной в единицах эталонной шкалы.
Воспламеняемость, так же как и детонационная стойкость, оценивается по условной шкале цетановым числом. По этой шкале за эталон воспламеняемости (100 единиц) принимается гексадексан, а за нуль единиц метилнафталин (цетан). Цетановое число является специальным показателем воспламеняемости и сгорания дизельного топлива в быстроходных дизелях. Норма цетанового числа по стандарту установлена в пределах 40—50 единиц. Применение топлив с низким цетановым числом ведёт к задержке воспламенения топлива и нарастания давления в цилиндрах, а такая работа двигателя приводит к преждевременному его износу, а иногда к разрушению подшипников.