Wskaźnik pokazujący stosunek różnych składników w danym produkcie to odporność na spalanie stukowe benzyny. Zostało to omówione w tym artykule.
Koncepcja detonacji
To ostatnie występuje, gdy mieszanina benzyny z powietrzem zapala się samoczynnie w części najbardziej oddalonej od świecy zapłonowej. Jego spalanie jest wybuchowe.
Optymalne warunki dla jej przepływu powstają w części komory spalania, w której panuje podwyższona temperatura i duża ekspozycja mieszanki.
Pukanie można rozpoznać po charakterystycznych metalicznych uderzeniach, które powstają w wyniku odbicia fal uderzeniowych od ścian komory spalania i wynikających z tego wibracji cylindrów.
Spalanie stukowe benzyny może wystąpić zbardziej prawdopodobne, gdy w komorze spalania znajdują się nagary, a także gdy stan silnika ulega pogorszeniu. Zjawisko to prowadzi do spadku jego mocy, obniżenia wskaźników ekonomicznych, a także toksykologicznych spalin.
Właściwości benzyn, które powodują detonację
Obejmują one: skład frakcyjny, zawartość siarki, stabilność z fizycznego i chemicznego punktu widzenia, strukturę węglowodorów itp.
Najwyższa odporność na detonację jest typowa dla węglowodorów aromatycznych, a najniższa dla zwykłych parafinowych. Inne, które są częścią benzyny, zajmują pozycję pośrednią.
Oceń odporność na stukanie benzyny za pomocą liczby oktanowej.
Sposoby zapobiegania detonacji
Należy temu zapobiegać w czasie pracy silnika, gdy pojazd jest w ruchu, dlatego konieczne staje się podjęcie pilnych działań, aby w jak największym stopniu zapobiec uszkodzeniu silnika. Ponadto wysiłki projektantów powinny być skierowane na rozwój tych ostatnich z kompleksowym przeciwdziałaniem rozważanemu zjawisku.
Jednym z głównych sposobów zapobiegania potencjalnej detonacji jest produkcja benzyny o wystarczająco wysokiej odporności na uderzenia.
Wyznaczanie liczby oktanowej
Powyżej zdecydowaliśmy, jaka liczba określa odporność na stukanie benzyny. Liczba oktanowa (OC) jest określana za pomocą jednego cylindrasprzęt o dynamicznym stopniu sprężania, wykorzystujący metody badawcze lub motoryczne. Po jej wyznaczeniu następuje spalanie badanej benzyny i paliwa wzorcowego o znanej żądanej wartości. W skład tych ostatnich wchodzi heptan o RON=0 oraz izooktan o RON=100.
Podczas testowania do tego sprzętu wlewa się benzynę. Podczas prowadzenia badań stopień sprężania jest stopniowo zwiększany aż do pojawienia się detonacji, po czym silnik zostaje zatankowany paliwem wzorcowym ze wstępnym pomiarem detonacji i ustaleniem stopnia sprężania, który do niej doprowadził. Zawartość objętościowa izooktanu w mieszaninie określa OC.
Nazwa marki benzyny może zawierać literę „I”. Wskazuje to, że OC został określony metodą badawczą. W przypadku jej braku zastosowano metodę motoryczną. SP uzyskane różnymi metodami różnią się nieco pod względem wartości. Dlatego liczbie oktanowej dla odporności na spalanie stukowe benzyny musi towarzyszyć wskazanie metody wyznaczania jej wartości.
Ostatnia wartość jest określana metodą silnikową przy obciążeniach znamionowych oraz metodą badawczą - przy trybach nieustalonych.
Oprócz tych dwóch metod, do określenia ROI można użyć metody drogowej. Mieszaniny zawierające normalny heptan i izooktan są podawane do ogrzanego silnika. Samochód rozpędza się do maksymalnej możliwej prędkości w bezpośredniej skrzyni biegów, a czas zapłonu jest regulowany do zaniku stukania. Następnie zgodnie z tą samą metodą określa się ustawienie zapłonu,w którym rozpoczyna się detonacja. Krzywa bazowa budowana jest w zależności od stopnia kąta obrotu wału korbowego, według którego wyznacza się OC.
W celu zwiększenia OC benzyn dezynsekcyjnych poddaje się je reformingowi katalitycznemu. To, jak bardzo się one zwiększają, zależy od sztywności tych reżimów.
Benzyny do obróbki termicznej są lepsze pod względem odporności na uderzenia niż benzyny z produkcji bezpośredniej.
Koncepcja zwiększenia odporności na uderzenia
Powyższe wskazuje, że ten ostatni musi zostać zwiększony w celu przedłużenia żywotności silnika.
Aby zwiększyć odporność benzyny na stukanie, stosuje się specjalne dodatki przeciwstukowe. Liczba oktanowa wzrasta wraz ze wzrostem masy molowej węglowodorów i stopniem rozgałęzienia łańcucha węglowego oraz przemianą alkanów w alkeny, nafteny i węglowodory aromatyczne o tej samej liczbie atomów węgla.
Sposoby zwiększenia danego wskaźnika. Charakterystyka benzyn etylowych
Istnieją następujące sposoby poprawy odporności benzyny na stukanie:
- Wprowadzenie składników wysokooktanowych;
- wybór surowców i technologii przetwarzania;
- Wprowadzenie przeciwstuków.
Do niedawna głównym z tych ostatnich był tetraetyloołów (TEP), który jest trucizną w postaci cieczy, nierozpuszczalnej w wodzie, ale łatwo rozpuszczalnej w produktach naftowych.
Jednakże ołów jako produktspalanie narasta w komorze spalania, co zwiększa kompresję silnika. Dlatego wraz z TPP do benzyny dodawane są pochłaniacze tego pierwiastka, które podczas spalania tworzą substancje lotne, które są usuwane wraz ze spalinami.
Jako ostatnie substancje można stosować te zawierające halogeny, takie jak brom lub chlor. Mieszanina zmiatacza z TES nazywana jest cieczą etylową. Benzyny, w których jest używany, nazywane są ołowiem. Są wysoce trujące, a ich stosowaniu musi towarzyszyć stosowanie wzmocnionych środków bezpieczeństwa.
Z biegiem czasu zaczęto wprowadzać nowe wymagania dotyczące przyjazności dla środowiska silników, co doprowadziło do przejścia na benzynę bezołowiową.
Charakterystyka bezpieczniejszych dodatków przeciwstukowych
Benzyna bezołowiowa wymagała zmiany technologii produkcji tego produktu i zastosowania dodatków przeciwstukowych, które wyróżniałyby się zmniejszoną toksycznością.
Odporność benzyny na stukanie ocenia się między innymi przez zastosowanie w tym ostatnim przypadku nietoksycznych środków przeciwstukowych. Efektywność na poziomie TPP wykazują substancje manganowe, które są cieczami nietoksycznymi. Jednak znalazły one ograniczone zastosowanie, ponieważ zmniejszają trwałość silnika.
Dodatek eteru metylowo-tert-butylowego (MTBE) o właściwościach fizycznych i chemicznych zbliżonych do benzyny jest uważany za obiecujący. Po dodaniu do paliwa w ilości 10% liczba oktanowa wzrasta o 5-6 jednostek.
Dla benzyn wysokooktanowychużyj substancji organicznej zwanej kumenem.
Ponadto stosuje się wysokooktanowe dodatki na bazie alkoholi jednowodorotlenowych i izobutylenu.
Etery znalazły największą dystrybucję w produkcji czystej benzyny.
Wykorzystywane są również organiczne związki żelaza, dodatki na bazie manganu na bazie N-metylo-aniliny, odparafinowany rafinat
Ponadto zamiast TPP w benzynie można użyć tetrametyloołowiu (TMS), który lepiej paruje i jest bardziej równomiernie rozprowadzany w cylindrach.
Z praktyki wykorzystania elektrowni cieplnych
Kierowcy z dużym doświadczeniem w prowadzeniu samochodu znają „czerwone świece”. Kolor świec w tym kolorze pojawił się, gdy do benzyny niskooktanowej zamiast TPP ze zmiataczami dodano czysty środek przeciwstukowy. Doprowadziło to do czołówki tych urządzeń. Po tym czasie naprawa i renowacja świec nie jest już możliwa. Tak więc odporność benzyny na stukanie charakteryzuje się nie bezmyślnością, ale prawidłowym stosowaniem środków przeciwstukowych specjalnie zaprojektowanych do tego celu.
Benzyny ołowiowe przyczyniają się do mniejszego zużycia krzywek wałka rozrządu w porównaniu z benzynami bez kogeneracji. Zakłada się, że produkty powstałe w wyniku spalania przedostały się przez olej na powierzchnię, co uchroniło go przed zużyciem. Ta ostatnia również spadła w stosunku do innych części silnika przy stosowaniu benzyn ołowiowych.
Inne dodatki do paliw
Aby zahamować reakcje oksydacyjne, do benzyny dodaje się przeciwutleniaczedodatki, którymi może być smoła drzewna będąca mieszaniną fenoli z olejami, paraoksyfenyloamina oraz PF-16 będący mieszaniną fenoli.
Aby zapobiec oblodzeniu gaźnika, stosuje się dodatki zapobiegające oblodzeniu. Stosowane są jako związki rozpuszczające wodę i tworzące z nią mieszanki nisko zamarzające, a także tworzące powłokę na cząsteczkach lodu, zapobiegając ich wzrostowi i osadzaniu się na ściankach gaźnika.
Do usuwania osadów można stosować różne dodatki do detergentów.
Czynniki wpływające na rozważany wskaźnik
Odporność benzyny na uderzenia ocenia się nie tylko na podstawie liczby oktanowej. Wpływają na to różne czynniki.
Knock wzrasta wraz ze wzrostem sprężania silnika, zwiększając średnicę cylindra, stosując żeliwne tłoki i głowice. Te czynniki są konstruktywne.
Cechy osiągów poprawiające stukanie obejmują wzrost obciążenia silnika przy stałej prędkości wału korbowego lub spadek prędkości silnika przy stałym obciążeniu wraz ze wzrostem kąta wyprzedzenia zapłonu, zmniejszenie wilgotności powietrza, zwiększenie warstwa sadzy w komorze spalania i temperatura spalania chłodziwa.
Poza tym detonacja jest spowodowana wpływem czynników fizycznych i chemicznych. Te ostatnie wynikają z faktu, że paliwo jest zdolne do tworzenia związków nadtlenkowych, które po osiągnięciu określonego stężenia przyczyniają się do powstawaniatego zjawiska. Rozkład tych związków przebiega dość szybko, podczas gdy uwalniane jest ciepło i powstaje „zimny” płomień, który po rozprzestrzenieniu nasyca mieszaninę nadtlenkowymi produktami rozpadu. Zawierają aktywne centra, dzięki którym pojawia się front gorącego płomienia.
Głównym czynnikiem fizycznym jest stopień sprężania silnika. Jest wprost proporcjonalna do ciśnienia i temperatury w komorze spalania. Po osiągnięciu wartości krytycznych część mieszaniny roboczej zapala się i spala z prędkością wybuchową.
Odporność na uderzenia różnych typów silników
Wysoka odporność na stukanie benzyny silnikowej jest typowa dla silników na lekkie paliwo. Zapewnia normalne spalanie tego rodzaju paliw w różnych trybach pracy silnika. Proces detonacji w tym przypadku został omówiony powyżej.
Aby zapewnić normalny cykl pracy w silnikach wysokoprężnych, które działają na zasadzie samozapłonu w wyniku sprężania mieszaniny roboczej, odporność paliwa na stuki musi być niska. W przypadku tych silników wykorzystuje się charakterystykę typu „liczba cetanowa”, która pokazuje czas od wejścia paliwa do cylindra do rozpoczęcia jego spalania. Im wyższe, tym krótsze opóźnienie, tym płynniej przebiega spalanie mieszanki paliwowej.
Klasa benzyny
Oprócz odporności benzyny na stukanie w przypadku tego paliwa w lotnictwie stosowana jest koncepcja gatunku. jestpokazuje, jak bardzo zmienia się moc, gdy silnik jednocylindrowy pracuje na bogatej mieszance na badanym paliwie, w porównaniu z mocą rozwijaną przez ten sam silnik na izooktanie, którego moc przyjmuje się jako 100 jednostek klasy lub 100%.
Na zakończenie
Odporność na spalanie stukowe benzyny to parametr charakteryzujący odporność tego rodzaju paliwa na samozapłon podczas sprężania. Odnosi się do najważniejszych cech każdego paliwa, w tym dla danego typu. W przypadku silników na lekkie paliwo określa się ją na podstawie liczby oktanowej. W celu podwyższenia tego wskaźnika stosowane są wysokooktanowe dodatki, wprowadzane są środki przeciwstukowe, dobierane są surowce i opracowywane są technologie ich przetwarzania.
