Топливо — источник тепловой энергии, выделяющейся при его сгорании в цилиндрах ДВС. Моторное топливо представляет собой смесь углеводородных соединений в жидком или газообразном состоянии. Элементный состав топлива — углерод С, водород Н2 и кислород 02. Основными видами жидкого топлива являются бензин и дизельное топливо, а газообразного — специально обработанные горючие природные и генераторные газы.
Основным показателем моторного топлива является его теплотворная способность, или теплота сгорания, т.е. количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или 1 м3 газообразного топлива при температуре 0°С и давлении атмосферного воздуха (0,1 МПа (760 мм рт. ст.)).
В тепловых расчетах ДВС используют данные о низшей удельной теплоте сгорания топлива (табл. 2.1).
Состав и основные физические свойства моторных топлив
|
Показатель свойств топлива |
Бензин |
Дизельное топливо |
Природные газы (метан) |
|
Массовое содержание, кг/кг топлива: |
|
|
|
|
углерода |
0,855 |
0,870 |
— |
|
водорода |
0,145 |
0,126 |
— |
|
кислорода |
— |
0,004 |
|
|
Температура воспламенения, °С |
550…600 |
320…360 |
650… 740 |
|
Низшая удельная теплота сгорания, МДж/кг |
44,0 |
42,5 |
50,0 |
|
Плотность при 20 °С, кг/м3 |
720…770 |
820…860 |
0,710…0,720 |
|
Кинематическая вязкость* при 20 °С, мм2/с |
0,5…0,7 |
1,5… 1,8 |
— |
|
Октановое число (ОЧ) |
72-100 |
— |
100-110 |
|
Цетановое число (ЦЧ) |
— |
40-60 |
— |
|
Количество воздуха, необходимое для сгорания топлива, м3/м3 |
— |
— |
9,52 |
|
То же, м3/кг |
11,96 |
11,88 |
— |
* 1 мм2/с = 1 сСт (сантистокс); 1 Ст = 10-4 м2/с.
Детонационная стойкость является важнейшим показателем качества бензина, характеризующим возможность сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя без детонации. Этот показатель характеризует способность автомобильных бензинов противостоять самовоспламенению при сжатии. Для обеспечения сгорания рабочей смеси без детонации (Быстрый, приближающийся к взрывообразному процесс горения.) прежде всего необходимо, чтобы степень сжатия, обеспечиваемая двигателем, соответствовала химическому составу используемого бензина. Высокая детонационная стойкость топлив обеспечивает их нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. Детонационная стойкость бензина характеризуется его октановым числом (ОЧ).
Октановое число определяется на специальном двигателе с изменяющейся степенью сжатия при стандартных условиях испытаний. Существуют моторный и исследовательский методы определения октанового числа. Октановое число, определенное исследовательским методом, на 2— 12 единицы больше ОЧ, определенного моторным методом. Бензины с ОЧ, определенным исследовательским методом, предназначены для применения на форсированных двигателях. Автомобильные бензины имеют ОЧ в диапазоне 72— 100.
Воспламеняемость является важнейшей характеристикой дизельного топлива. Этот показатель качества определяет задержку начала горения топлива с момента его впрыска через форсунку в цилиндр двигателя. Топливо, обладающее свойством быстрого воспламенения, обеспечивает лучшее протекание рабочего процесса в двигателе без стуков и резкого повышения давления в цилиндрах, что сказывается положительно на эффективности его работы. Основным показателем воспламеняемости дизельных топлив является цетановое число (ЦЧ), определяющее запуск двигателя, скорость нарастания давления, расход топлива и дымность отработавших газов.
Цетановое число определяется на специальном двигателе при испытаниях в стандартных условиях. Для дизельных топлив ЦЧ составляет не менее 45.
Для предупреждения механического и коррозионного изнашивания деталей системы питания двигателей жидкие топлива не должны содержать механических примесей, воды и коррозирующих веществ, таких как сернистые соединения, неорганические кислоты и щелочи.
Жидкие топлива чувствительны к температуре, при которой они используются, особенно это относится к дизельному топливу, вязкость которого значительно выше вязкости бензинов. Поэтому дизельные топлива подразделяются по вязкости на летние, зимние и арктические.
В качестве газообразного топлива ДВС используются природные газы, промысловые газы при добыче и переработке нефти, канализационные газы и газы, получаемые из твердых топлив. Газообразные топлива подразделяются на две группы: сжатые и сжиженные.
Сжатые газообразные топлива содержат до 95 % СН4 (метан), остальное более тяжелые углеводороды метанового ряда. Сжиженные газообразные топлива представляют собой в основном смесь пропана С3Н8 и бутана С4Н10 (до 94…96%).
В газообразных топливах содержатся влага, вредные примеси (сероводород, бензол, аммиак, цианистые соединения, нафталин), механические примеси и смолистые вещества. Наличие в газообразном топливе указанных веществ строго ограничивается. Двигатели, работающие на газообразном топливе, в меньшей степени загрязняют окружающую среду, чем жидкостные.
Водород обладает примерно в 3,5 раза большей теплотой сгорания по сравнению с углеродом, поэтому углеводородные топлива с большим содержанием водорода обладают более высокой теплотворной способностью. В этой связи в последнее время все чаше используются двигатели, работающие на водородном топливе.