2.1.2. Моторные топлива для двигателей внутреннего сгорания

ЗИЛ

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

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, м33

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.