Октановое число автомобильных бензинов

Лекция №4

Особенностью рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением есть всасывание в цилиндр рабочей смеси паров топлива с воздухом и воспламенение её в конце процесса сжатия с помощью электрической искры.

Фазы процессов превращения при нормальной работе в цилиндрах без детонации:

1) зажигание и формирование очага пламени;

2) распространение турбулентного пламени по всей камере сгорания;

3)догорание отдельных объёмов рабочей смеси, образующихся при разрушении фронта пламени в конце горения.

Средняя скорость распространения зоны горения составляет в зависимости от конструкции камеры сгорания и режима работы двигателя 15-40 м/с. В некоторых условиях нормальное сгорание нарушается.

Детонационное горение - особый вид горения, отличающийся механизмом и скоростью распространения пламени. При детонационном горении развитие первой и второй фаз осуществляется так же, как и при нормальном горении. После прохождения фронтом пламени значительной части камеры сгорания наблюдается некоторое замедление его продвижения, после чего остальная часть рабочей смеси сгорает очень быстро за время порядка 3*10^-4с.

Схема протекания детонационного горения в карбюраторном двигателе.

I - I – положение фронта пламени к началу детонации;

А – очаг самовоспламенения;

1,2,3 – мгновенное положение распространения зоны горения от очага А;

01,02,03 – ударные волны;

D,D₁,D₂ – возникновение и распространение детонационных волн;

01,02,03, - ударные волны;

1', 2',3',4' – отраженные ударные волны.

Рис.4

В определенной части нашей смеси развитие предпламенных химических превращений может завершиться самовоспламенением в одном или нескольких очагах вследствие неоднородности реагирующей смеси по составу и температуре. От очагов самовоспламенения по химически активной смеси распространяется зона горения со скоростью звука и выше. За счёт передачи теплоты и активных продуктов такие скорости горения получить нельзя. В этом случае имеет место последовательное самовоспламенение смежных объёмов активной смеси.

Распространение зоны горения со скоростью, превышающей скорость звука, приводит к образованию ударных волн 01,02,03,04. Обычно ударные волны не вызывают сами по себе детонационного горения. Однако вследствие отражения ударных волн от стенок и их наложения при условии, что в местах их прохождения имеется еще не прореагировавшая полностью смесь, возможно возникновение детонационной волны. D,D₁,D₂ – возникновение и распространение детонационных волн; 1', 2',3',4' – отражённые ударные волны

Стук в двигателе, работающем с детонацией, представляет собой колебания стенок цилиндров, которые вызываются прямыми и отраженными ударными волнами (перегрев стенок цилиндра, снижается температура выпускных газов и увеличивается расход топлива).

Возможность возникновения детонации и её интенсивность зависит от свойств горючей смесей. Склонность топлива к детонации характеризуется октановым числом. Оно определяется на основе сравнения детонационных характеристик испытуемого бензина и эталонного топлива при составе смеси, соответствующей наибольшей интенсивности детонации

В качестве эталона для определения октанового числа выбирают изо-октан, с октановым числом 100 и нормальный гептан с октановым числом 0.

Октановое число топлива численно равно объемной доле (%) изо-октана в смеси с н-гептаном, эквивалентной по детонационной стойкости топливу при испытании на стандартной установке с переменной степенью сжатия в стандартных условиях.

Если октановое число бензина, например, 95, то это означает, что его антидетонационная стойкость отвечает смеси, которая состоит из 95% изо-октана и 5% нормального гептана.

Повышение октанового числа бензина можно добиться введением антидетонационных присадок, которые содержат тетраэтилсвинец. В Украине разработана присадку «Екооктан+», которая снижает на 70% содержание канцерогенных углеводородов в отработанных газах.

Особенности сгорания тяжелых топлив.

Характеристики воспламеняемости топлив (цетановое число и дизельный индекс) относятся только к дистиллятным топливам (дизельное топливо и газойль).

Поиск способов оценки воспламеняемости тяжелых топлив ведется лабораториями многих зарубежных фирм. На основании исследований фирма “Shell” предложила оценивать воспламеняемость тяжелых топлив по критерию ароматичности, который получил название «расчетный индекс ароматичности углерода» (ССАI) и может быть определён по значениям вязкости и плотности используемого тяжелого топлива.