Степень сжатия и октановое число бензина

Октановое число бензнина, что это такое и как его повысить

Октановое число топлива оказывает влияние на большое количество характеристик автомобиля. Этот показатель характеризует степень стойкости вида горючего к самопроизвольному возгоранию — детонации.

Что такое октановое число бензина и на что оно влияет?

Многие не знают, октановое число бензина — что это такое, какое воздействие этот показатель топлива оказывает на функционирование бензинового двигателя внутреннего сгорания.

Показатель является мерой химической устойчивости бензина к самопроизвольному горению. Чем он выше, тем более стойкое топливо к детонированию. Самопроизвольное горение провоцирует повышенный износ мотора и уменьшает его рабочий ресурс.

В процессе функционирования бензинового ДВС в момент осуществления сжатия поршень начинает сжимать топливную смесь. При достижении высокого давления она способна самопроизвольно загораться. Такое явление представляет проблему, если оно происходит до того момента, как свеча подаст искру.

Детонирующая топливно-воздушная смесь провоцирует появление волн высокого давления, сталкивающихся между собой. Такое состояние приводит к прогоранию поршней в цилиндрах двигателя и к повышенному износу всей конструкции.

Для исключения возникновения негативного явления на новых автомобилях устанавливается система предупреждения. Она обеспечивает контроль развития негативных процессов при работе мотора. Такая система состоит из специальных датчиков, регистрирующих характерные для детонации изменения и управляемых компьютерным блоком.

При появлении изменений происходит смена режима работы двигателя, которая препятствует детонации.

Октановое число и степень сжатия

Высокая степень сжатия в двигателе обеспечивает выработку большей мощности при использовании меньшего количества топлива. Это значение представляет собой показатель того, насколько сильно сжимается топливно-воздушная смесь в камере сгорания цилиндра двигателя.

В новых бензиновых ДВС этот показатель достигает значения 10 к 1. Такие автомоторы оснащаются системами прямого впрыска топлива. Если мотор оснащается наддувом, то значение степени сжатия меньше.

Детонационная устойчивость топливной смеси оказывает существенное влияние на работу двигателя.

Высокое сжатие применяется в ДВС спортивных автомобилей. Для моторов спорткаров требуется высокооктановый бензин . Наличие высокого показателя сжатия в цилиндрах требует от топлива большой степени детонационной устойчивости для предупреждения повреждения мотора в процессе работы.

Как закладывается октановое число бензина при производстве?

Нужный показатель детонационной устойчивости топлива достигается при производстве путем смещения баланса между составляющими бензина в ту или иную сторону. Основными составляющими бензина являются изооктан и н-гептан, остальные компоненты не оказывают существенного влияния на показатель.

Изооктан представляет собой практически не взрывоопасное соединение. Он не реагирует на повышение давления и температуры до некоторого предела. Стойкость этого соединения принята за 100 ед.

Н-гептан представляет собой полную противоположность изооктана. Этот компонент топлива практически не обладает стойкостью к повышению давления и температуры. Это соединение способно самодетонировать, по этой причине его стойкость принята за 0 ед.

Смесь основных компонентов в разных соотношениях позволяет регулировать показатель, получая топливо со значениями 80, 92, 95, 98.

Существует топливо с показателем более 100 ед., для его получения к чистому изооктану добавляются разные присадки.

Измерение ОЧИ и ОЧМ

Разработано 2 метода определения ОЧ:

  • исследовательский;
  • моторный.

Первый метод предусматривает проведение проверки топлива на степень устойчивости к детонации путем умеренной нагрузки на бензиновый ДВС.

Исследования горючего осуществляются на оборудованном стенде. При этом применяется одноцилиндровый ДВС при переменной нагрузке на него и удержании 600 об/мин. Температура воздуха, подаваемого для получения воздушно-топливной смеси, должна составлять +52°C при угле опережения зажигания 13°.

Запуск двигателя проводится на исследуемом горючем. После появления детонационных изменений двигатель переводится на эталонные смеси изооктана с н-гептаном в разном соотношении. После фиксирования возникновения детонации на эталонной смеси испытания прекращаются. Объем изооктана в исследуемом образце бензина представляет собой октановое значение данного вида топлива.

Если в маркировке топлива имеется буква «И», то показатель получен исследовательским методом.

Моторный метод предполагает определение детонационной устойчивости в условиях езды при увеличенной нагрузке на мотор. Количество оборотов при проведении определения должно быть 900 в минуту, а температура воздушно-топливной смеси — +49°C, угол опережения зажигания — переменный.

Сам процесс определения показателя устойчивости топлива является аналогичным тому, который применяется в исследовательском методе.

Использование приборов

Для установления величины содержания изооктана в топливе можно применять специализированный прибор — цифровой октанометр. Устройство является простым и удобным в применении.

Принцип его функционирования основан на проведении сравнения исследуемого бензина с эталонными образцами. Для этого используются диэлектрические особенности топлива при разных соотношениях в нем изооктана и н-гептана.

Эта методика не является сертифицированной на территории России, и по этой причине прибор не может использоваться официально для проведения исследований.

При применении разных методик исследования показатель детонационной устойчивости одного и того же вида топлива может незначительно отличаться.

Влияние бензина с октановым числом выше или ниже рекомендуемого производителем на двигатель

Каждая марка автомобиля должна эксплуатироваться на топливе, предусмотренном заводом-изготовителем. При заправке автомобиля не соответствующим видом бензина следует прислушаться к работе мотора.

Если его функциональность является стабильной, но имеется потеря мощности, то ничего страшного не происходит, требуется удалить весь заправленный бензин и залить в машину топливо с нужным значением стойкости к детонации. В процессе эксплуатации на неподходящем топливе следует избегать динамичной езды, это позволит предупредить появление детонации и перегрузок.

Если при работе мотора на несоответствующем горючем появляются звонкие звуки, которые неопытные автовладельцы путают со стуком клапанов, то эксплуатация автомобиля нежелательна.

Распространение детонационной волны приводит к износу двигателя и может спровоцировать прогорание поршней. Длительная работа двигателя даже в условиях возникновения естественной детонации является недопустимой.

При использовании высокооктанового топлива в двигателе, предназначенном для работы на низкооктановых видах бензина, требуется полная перенастройка системы впуска-выпуска, в некоторых случаях может потребоваться замена комплектующих.

При использовании высокооктанового топлива время взрыва воздушно-топливной смеси является затянутым, что требует перенастройки работы клапанов и системы зажигания. Эксплуатация двигателя в ненастроенном состоянии провоцирует увеличение его износа и потерю мощности, что связано с запозданием сгорания топлива.

Сгорание бензина с разной величиной октанового числа

От значения детонационной стойкости зависит скорость сгорания воздушно-топливной смеси. При высоком значении детонационной стойкости наблюдается более длительное горение смеси.

Горение такого бензина не провоцирует появления ударных нагрузок, а мотор работает равномерно. Такой эффект от горения топлива является причиной того, что все новые автомобили производятся с двигателями, рассчитанными на высокооктановые разновидности топлива.

В чем заключается пагубность детонации для двигателя?

Появление детонации приводит к разрушению элементов кривошипно-шатунного механизма двигателя и прогоранию поршней. Увеличивается степень общего износа двигателя, что снижает ресурс его работы.

Помимо износа двигателя, его рывковые движения способствуют уменьшению рабочего ресурса коробки передач и всей системы передачи крутящего момента на ведущие оси автомобиля.

Повышение и понижение октанового числа бензина

На заправках не реализуется топливо с АИ-76 и АИ-80, но имеется большое количество техники, которая работает с использованием низкооктанового горючего.

При эксплуатации устройств, предназначенных для работы на 76 бензине, на 92 горючем наблюдается неровная функциональность техники. Двигатели на неподходящем бензине либо плохо заводятся, либо сразу глохнут после запуска. По этой причине, прежде чем применять 92 бензин для такой техники, следует снизить его детонационную стойкость до необходимого уровня.

Существует несколько способов осуществления данной процедуры:

  • можно оставить канистру с горючим открытой на несколько дней;
  • применить в качестве добавки к топливу керосин.

При помощи первого способа можно добиться снижения стойкости к детонации на 0,5 ед. в сутки. Второй способ является более сложным, т. к. трудно подобрать требуемые пропорции.

Применение обоих методов требует первоначального измерения имеющегося значения стойкости к детонированию.

В случае возникновения необходимости увеличения стойкости топлива к детонации к нему добавляются разные присадки, представляющие собой парафиновые и ароматические углеводороды. При этом важно, чтобы компоненты таких присадок имели разветвленную химическую структуру. Чем сильнее запах бензина, тем выше его стойкость. По этой причине не рекомендуется хранение горючего в открытой таре. Такой способ ведет к снижению устойчивости бензина к детонации.

Читайте также:  Снегоход Буран ААЕ цена, устройство, фото и видеообзор, отзывы и характеристики

Самые распространенные присадки

Наиболее распространенной присадкой является тетраэтилсвинец, но это соединение считается ядовитым, что связано с наличием в составе присадки свинца.

При производстве бензина отказываются от использования этого типа компонента и переходят на применение новых видов, изготовленных на основе марганца, но такие разновидности добавок приносят вред окружающей среде.

Еще одной новой добавкой к горючему является ферроцен. Она содержит большое количество железа в своем составе. Эксплуатация автомобиля на топливе с такой присадкой ведет к образованию на свечах зажигания трудно выводимого налета, который обладает хорошей токопроводностью.

Свечи на таком автомобиле имеют нагар ярко-красного цвета.

Наличие налета на свечах приводит к снижению эффективности работы мотора и уменьшает сроки эксплуатации свечей зажигания.

Безвредной присадкой к горючему является антидетонационная смесь, изготовленная на основе метил-трет-бутилового эфира. Эта разновидность добавки к бензину распространена на территории России, Украины и Европы.

При применении качественной присадки к топливу можно получить бензин с октановым значением 110. Если в состав горючего добавляется газовый конденсат, то детонационная устойчивость превышает 110 ед.

Установка смешения бензинов

Изготовление, сборка, тестирование и испытание установок (оборудования) смешения бензинов
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Инжиниринговая компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH, являясь официальным дистрибьютором различных производителей промышленного оборудования, уже на протяжении 15 лет предлагает различные уникальные запатентованные установки (оборудование) смешения бензинов.

Общая информация

Источник энергии является необходимым условием существования любой развивающейся системы, в том числе и человечества в целом. Конечно же, в глобальном смысле в такой роли для нас выступает Солнце, но если спуститься на более приземленный уровень, то речь пойдет о различных видах топлив, необходимых для работы сконструированных человеком машин и механизмов, без которых невозможно представить существование современных. Конечно же, осваивание возобновляемых видов энергии, таких как ветровая, геотермальная, солнечная и .т.д., призваны сократить потребление невозобновляемых ресурсов, но полный отказ от вторых в настоящее время попросту невозможен. Здесь вопрос как в разнице стоимости получения энергии из разных источников, так и в том, что существующая промышленность прочно завязана на использовании природных топлив. В данном тексте речь пойдет о бензинах, как основном виде топлива для двигателей (автомобильных и не только) с искровым зажиганием.

Бензинами называют смесь углеводородов, получаемую в результате переработки нефти и являющуюся ее наиболее легкой фракцией. Очевидно, что состав бензина может сильно варьироваться в зависимости от состава и соотношения компонентов, а значит, меняются и характеристики, что во многом определяет его качество и область применения. Среди огромного числа характеристик бензина выделяют ряд основополагающих, на основе которых делается вывод о качестве:

  • Октановое число (детонационная стойкость);
  • Давление насыщенных паров;
  • Коррозионная активность;
  • Химическая стабильность;
  • Токсичность и опасность для окружающей среды;
  • Склонность к образованию отложений.

Наиболее известным и одним из наиболее важных показателей бензина является его октановое число, характеризующее детонационную стойкость. Немного углубившись в теорию, уточним, что октановое число бензина – это процентное содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая детонирует при тех же условиях сжатия, что и рассматриваемый бензин. При этом октановое число изооктана принято как 100, а нормального гептана как 0, поэтому и производят сравнение многокомпонентного бензина с двухкомпонентной смесью вышеназванных веществ.

Детонационная стойкость отображает способность паров бензина противостоять детонации, то есть самовоспламенению, при сжатии. Важность этого параметра сложно переоценить, поскольку от него во многом зависти безопасная и эффективная эксплуатация двигателя. Если сопротивляемость самовоспламенению недостаточна, то при работе поршня двигателя детонация бензина может происходить до срабатывания свечей зажигания в момент уменьшения рабочего объема поршня и его хода вверх. Таким образом, получается, что работа расширяющегося газа будет направлена против хода поршня, препятствуя передаче движущей силы на коленчатый вал, а также это оказывает негативное механическое воздействие на детали двигателя.

Другим показателем, значительно влияющим на качество бензина, является давление насыщенных паров. Это условная величина, соответствующая давлению пара над жидкостью, который находится с ней в состоянии равновесия. Данная величина в частности характеризует меру летучести паров бензина, что важно знать, поскольку для успешного пуска двигателя в рабочую камеру поршня топливо должно поступать в парообразном состоянии и в достаточном количестве.

В случае пуска двигателя при низкой температуре или при недостаточной испаряемости в рабочее пространство поршня может поступить недостаточное количество бензина, из-за чего не образуется воспламеняемая смесь, и двигатель не заработает. В противоположном случае пуска при высокой температуре расширение паров бензина может протекать наоборот слишком быстро, из-за чего не произойдет смешения с воздухом и образования воспламеняемой смеси. Такая противоположность требований диктует использование “зимних” и “летних” вариантов топлива, характеристики которых подобраны оптимальным образом под условия времен года.

Остальные качества бензина не оказывают столь значительного влияния непосредственно на работу двигателя, зато во многом определяют степень экологичности, возможность длительного, безопасного и безвредного хранения, а также вред, который может быть нанесен деталям двигателя вследствие контакта. Подобным характеристикам в последнее время уделяется все больше внимания, а также предъявляются и ужесточаются требования для них.

Актуальность процесса

Ужесточение требований к бензинам обусловлено целым рядом причин. Так в современном мире все острее встает вопрос экологии, а выхлопные газы автомобилей являются одним из ключевых факторов загрязнения атмосферы и составляют около трети от всех вредных выбросов. Кроме того, создание и эксплуатация экономичных и мощных двигателей влечет за собой повышение требований к используемому бензину, которое уже не может быть достигнуто одной лишь качественной переработкой нефти. Добавление большого числа различных присадок (антидетонаторы, ингибиторы коррозии, антиокислители и т.д.) стало неотъемлемой частью топливной промышленности любой страны.

Кроме того, пусть топливный кризис еще не на пороге, но с каждым годом добыча нефти и разработка новых месторождений становится все сложнее и затратнее ввиду отдаленности и труднодоступности последних. Это подталкивает к поиску альтернативных видов топлив, одним из перспективных вариантов которых является этанол. Сам по себе этанол однозначно не лучше или хуже обычного бензина. С одной стороны продукты сгорания этанола значительно меньше загрязняют окружающую среду, его октановое число существенно выше, что позволяет повышать степень сжатия ДВС, а технология производства уже отработана, но с другой стороны использование этанола сопровождается большим коррозионным воздействием на детали двигателя и топливной системы, а теплотворная способность почти вдвое ниже.

Выходом же из такой ситуации стал компромисс в виде смесевых бензинов, фактически являющихся смесью этанола и классического бензина, получаемого из нефти. Такие бензины выгодно сочетают в себе достоинства отдельных компонентов, пусть и выраженные в меньшей степени, что наглядно показано в увеличении октанового числа смеси, а также снижении загрязняющего эффекта. Однако при эксплуатации таких топлив необходимо учитывать и привнесенные недостатки, хотя опытным путем установлено, что смесевой бензин с долей этанола до 10% может заменить обычный бензин без необходимости модернизации двигателя. В свою очередь последующее увеличение содержания этанола уже повлечет за собой изменение требований к двигателю и топливной системе.

Так или иначе, при современном производстве обычного или смесевого бензинов встает необходимость смешивания нескольких компонентов. Качество получаемого продукта при этом будет зависеть не только от качества и соотношения компонентов, но и от того, как и в какой степени был организован процесс смешения. Смеситель должен обеспечивать равномерность состава и стабильность получаемой смеси при достаточной производительности, а также по возможности при минимальных затратах, так как это напрямую отразится на удорожании получаемого топлива.

Теория

Процесс смешивания топлива с определенным количеством присадок в заданных пропорциях с последующей гомогенизацией смеси называют компаундированием топлива. Целью процесса является улучшение качеств бензина, таких как увеличение октанового числа, увеличение химической стойкости, снижение коррозионного воздействия и т.д. Технологически же процесс может быть реализован в двух вариантах:

  • смешение в объеме;
  • смешение в потоке.

В первом случае речь идет о наиболее простои и старом способе смешения. Топливо и необходимые присадки в заданном соотношении помещаются в емкость, где и подвергаются перемешиванию. Надежность такого метода невысока, производительность относительно низка ввиду периодического режима работы, а получаемый бензин часто уступает в качестве тому, который был получен смешением в потоке.

Читайте также:  Предельная температура фильтруемости Амистад

С момента появления данный процесс подвергался множеству усовершенствований, таких как использование более продуманных конструкций мешалок и установка дополнительных ребер для улучшения условий циркуляции, организация нескольких точек ввода присадок, распределенных по объему емкости, с целью добиться большей гомогенности смеси и т.д. Однако ни один из способов не смог обеспечить достаточной надежности процесса и качества получаемого топлива, что в итоге и определило данный способ как устаревший. В настоящее время смешение в объеме все еще может применяться, но крайне ограниченно и лишь в небольших емкостях.

Альтернативный способ заключается в смешении компонентов в потоке. Эта технология более современная, и как следствие более совершенная. Ключевыми ее отличиями от варианта смешения в объеме является значительно возросшая производительность и высокое качество получаемого бензина. В дополнение можно назвать такие преимущества как возможность работы с большим количеством присадок, возможность в реальном времени регулировать расход смешиваемых компонентов, а также в целом большую технологичность.

Сам процесс смешения в потоке также может быть реализован несколькими способами, и наиболее распространенными принято считать:

  • впрыском;
  • эжекцией.

В качестве примера рассмотрим принцип работы эжекционной установки компаундирования бензинов.

Ключевым элементом всей установки является смеситель, где, как следует из названия, происходит взаимное смешивание потоков, причем его конструкция и принцип действия могут отличаться от модели к модели. Основной поток бензина подается в смеситель из емкости под напором с помощью насоса. На его пути обычно устанавливается фильтрующий элемент и необходимые приборы контроля и учета, такие как ротаметры и манометры, а также запорно-регулирующая арматура.

Проходя через эжекторное сопло, поток топлива создает зону пониженного давления, обеспечивающую подсос потоков присадок. Этого оказывается достаточно, чтобы подводить жидкости самотеком без необходимости установки дополнительных насосов, хотя в некоторых случаях может потребоваться дополнительная подкачка. Далее совмещенные потоки поступают в сопло, где они подвергаются гидродинамическому и кавитационному воздействию, вследствие чего происходит интенсивное перемешивание компонентов и гомогенизация потока.

Присадки перед попаданием в смеситель также проходят стадию предварительной очистки в фильтре, а их расход также регулируется и контролируется. В зависимости от модели, общий контроль и управление установкой может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме, и способ управления определяется в первую очередь областью применения установки смешения. Для производств относительно малых объемов смесевого бензина, где нет необходимости часто изменять состав получаемого продукта, вполне подходят варианты с ручным управлением, в то время как на крупных предприятиях, выпускающих множество марок смесевого бензина с разным составом, будет требоваться автоматическая система.

Заключение

В настоящее время смесевые бензины уже не воспринимаются как непонятная диковинка, или еще хуже, как дешевая подделка в виде разведенного “нормального” бензина. Они уже прочно заняли свое место в топливной индустрии и на практике доказали, что являются перспективным направлением, сулящим множество выгод как экономического, так и экологического характера. Поэтому в будущем можно ожидать дальнейшее развитие технологии, что во многом будет выражаться в совершенствовании установок смешения для получения более качественного и стабильного смесевого бензина, а также в общем удешевлении производства.

Мы предлагаем все необходимые системы и подсистемы, необходимый инжиниринг для установки (оборудования) смешения бензинов, которая будет осуществлять управление исходным сырьем, дальнейшее смешивание, управление продукцией, регулировку процесса дальнейшей погрузки, хранение готовой продукции.

Предлагаемая установка (оборудование) будет изготовлена в соответствии со всеми мировыми стандартами – ISO, API и др.

Комплектация установки (оборудования) смешения бензинов / Технология процесса смешения бензинов

Комплектация установки (оборудования) смешения бензина: интегрированный комплекс, монтированный на опорной раме, состоит из:

  • Измерительные приборы (в том числе дозаторы готовой продукции, детекторы жидкости, которые контролируют наличие продукта в установке (оборудовании) смешения, массовые расходомеры для определения параметров исходного материала)
  • Шаровые пневматические клапаны, в том числе для подачи сырья к установке (оборудованию) смешения, регулировка исходного материала
  • Насосы. Линия подачи сырья оснащена центробежными насосами, приводами насосов будут служить взрывозащищенные электродвигатели, со стороны всаса — фильтры грубой очистки. Внутри корпуса центробежного насоса есть датчик температуры для отображения температуры жидкости внутри насоса. Насосы могут быть смонтированы на общей раме с установкой (оборудованием) смешения.
  • Все необходимое программное обеспечения для бесперебойной работы всей системы и для оптимизации процесса смешения и т.д. Система управления состоит из встроенных аппаратных средств для управления процессом смешивания, а также исходным сырьем и фиксации конечного продукта. Система состоит из комбинации программируемых контроллеров и компьютеров.
  • Резервуары для хранения готового продукта
  • Устройство аварийного отключения

Исходное сырья поступает в коллектор, где происходит добавление присадок и смешивание с ними. Линия подачи присадок оснащена ротационным лопастным насосом, который всасывает продукт в резервуар для хранения и подает присадки через расходомеры перед впрыском в потоки сырья. Смешанное сырье перед выходом проходит через смеситель. На выходе смешанный продукт обрабатывается инфракрасным анализатором. Инфракрасный анализатор позволяет быстро определить характеристики и качество потоков конечного продукта.

Данные о качество продукта доступны в реальном времени для отправки на особый оптимизатор процесса смешивания, таким образом обеспечивается наиболее экономное смешивание.

В случае заинтересованности персонал компании Интех ГмбХ (Intech GmbH) готов более подробно ответить на технические вопросы по поставляемым компанией установкам (оборудованию) смешения бензинов.

Детонация в бензиновом двигателе

Причина детонации

В обычных условиях рабочая смесь топлива с воздухом воспламеняется от свечи зажигания, после чего пламя равномерно распространяется в камере сгорания со средней скоростью около 20 м/с. При неравномерном воспламенении рабочей смеси температура и давление воспламеняющейся смеси резко повышаются, так же, как давление и температура невоспламененной смеси. Если при этом в нескольких местах превышается критическая температура, возникают очаги самовоспламенения, вызывающие неравномерное ударное возгорание остатка рабочей смеси. Неравномерный процесс сгорания образует сильные ударные волны, вызывающие звонкий детонационный звук при достижении поверхности цилиндра.

Способы предотвращения детонации

На практике существуют три вида мероприятий по предотвращению детонации.

  1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя, когда она возникает во время движения автомобиля и необходимы срочные меры для предотвращения сильных повреждений двигателя.
  2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя, когда используется комплекс мер для противодействия появлению детонации.
  3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.

1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя.

Во время движения автомобиля детонация может возникнуть при разгоне или движении с большой скоростью. В обоих случаях двигатель сильно перегружается.

Детонация при разгоне возникает при ускорении транспортного средства с низких оборотов коленчатого вала путем резкого нажатия на педаль «газа». При этом резко увеличивается подача рабочей смеси в цилиндры, избыток смеси не успевает сгорать вовремя и догорание смеси вызывает детонационные процессы. В таком случае помогает переключение на следующую передачу (при наличии механической коробки передач), когда при той же мощности двигателя повышается частота вращения коленчатого вала, а крутящий момент уменьшается. Наполнение и вентиляция цилиндров двигателя происходят более равномерно, не остается сгорающих избытков рабочей смеси и детонация исчезает.

Детонация при движении с большой скоростью возникает с выходом двигателя на излишне высокую частоту вращения коленчатого вала. Ее можно легко не заметить, и так как не принимаются никакие меры, это нередко приводит к прогоранию поршня. В этом случае достаточноснизить скорость, то есть уменьшить подачу рабочей смеси в цилиндры. Двигатель выйдет на оптимальный режим работы и детонация исчезнет. Если детонация возникает в двигателе, работающем на обычном бензине, поможет замена на бензин высшего качества.

Кроме того, можно снизить склонность двигателя к детонации, настроив угол опережения зажигание на «поздний». При «позднем» зажигании давление в цилиндрах остается низким, а топливо не так часто самовоспламеняется. Обратной стороной такого решения является снижение мощности двигателя и увеличения расхода топлива.

2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя.

Выбор степени сжатия

Степень сжатия следует выбирать настолько высокую, насколько это возможно для работы двигателя без детонации на имеющемся в продаже бензине.

Обычный бензин позволяет выбрать степень сжатия E до 9.

Бензин высшего качества позволяет выбрать степень сжатия E от 8,5 до 11. При расчетах необходимо учитывать, что высокое значение степени сжатия увеличивает мощность двигателя и снижает расход топлива.

Положение свечи зажигания

Склонность двигателя к детонации снизится, если пламя будет распространяться от горячих частиц смеси к холодным. Самым горячим местом в камере сгорания является выпускной клапан. Рядом с ним должна устанавливаться свеча зажигания.

Рис. Хорошее охлаждение камеры сгорания предотвращает детонацию

Форма камеры сгорания

Читайте также:  Предпусковой подогреватель двигателя на Ваз своими руками

Форма камеры сгорания также влияет на возникновение детонации. Единая камера сгорания менее предрасположена к детонации, чем разделенная.

Частицы рабочей смеси, которые поздно охватываются пламенем, должны сохранять низкую температуру с помощью хорошо охлажденных стенок камеры сгорания для предотвращения преждевременного воспламенения. Вихревое движение топливовоздушной смеси в камере сгорания поддерживает равномерный состав смеси и распределение температур. Пламя распространяется по камере сгорания быстрее, что не вызывает взрывных реакции при сгорании. Вихревое движение смеси обеспечивается геометрией впускного канала, а также соответствующей формой камеры сгорания и поршня, что закладывается на стадии проектирования двигателя. Во впускных каналах сложной геометрии увеличивается аэродинамическое сопротивление движению потока рабочей смеси, поэтому наполнение цилиндров и, соответственно, литровая мощность двигателя снижаются.

Охлаждение

Посредством хорошего охлаждения двигателя снижается температура рабочей смеси и она остается менее склонной к самовоспламенению. Жидкостное охлаждение двигателя имеет больше преимуществ, чем воздушное.

При использовании алюминиевых сплавов вместо чугуна температура головки блока цилиндров остается низкой вследствие в три раза большей теплопроводности.

Электронная система предотвращения детонации

Детонация исчезает, если установить угол опережения зажигания в «позднее» положение. Для этого используется электронная система предотвращения детонации в сочетании с электронной системой зажигания. Датчик детонации, установленный на двигателе (датчик ускорения), улавливает детонационные вибрации, например, блока цилиндров двигателя. Сигналы датчика детонации анализируются микропроцессором, который при необходимости перестраивает работу системы зажигания согласно уровню детонации, например, на 1 градус угла поворота коленчатого вала в направлении «позднее», пока детонационные вибрации не перестанут улавливаться.

Если детонация не улавливается, электронная система зажигания управляет работой двигателя в обычном режиме. При этом, правда, возможно приближение работы двигателя к зоне возможного возникновения детонации. В противоположность этому в двигателе без электронной системы предотвращения детонации режимы работы удерживаются на относительно большой дистанции от зоны возможного возникновения детонации. Следует, однако, учитывать, что работа двигателя вблизи этой зоны означает большую литровую мощность двигателя и меньший удельный расход топлива. В двигателях с электронной системой предотвращения детонации также может увеличиться степень сжатия; кроме того, они не чувствительны к топливу с незначительным октановым числом.

3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.

Рис. Детонационная стойкость углеводородов

Горючее получают путем перегонки нефти, которая представляет собой множественные соединения углеводородов, имеющих различную детонационную стойкость. Дистиллят нефти подвергается химическим процессам для обогащения антидетонационными углеводородами.

При перегонке нефти получается бензин с диапазоном кипения 40-215 °С. Его удельная теплота сгорания составляет Нп

43 000 кДж/кг. Бензин разделяют на обычный бензин (плотность р — 0,74 г/см3), бензин высшего качества (р

0,76 г/см3) и бензин наивысшего качества. Детонационная стойкость разных сортов бензина различается вследствие различного состава. Октановые числа бензина по исследовательскому методу (ROZ) по меньшей мере, должны быть равны следующим величинам:

  • обычный бензин ROZмин= 91
  • бензин высшего качества ROZмин = 95
  • бензин наивысшего качества ROZмин = 98

Раньше для увеличения детонационной стойкости в бензин добавляли соединения свинца. Так как свинец и его соединения ядовиты и несут угрозу для окружающей среды, свинцевание бензина было запрещено на законодательном уровне. Исключением является этилированный бензин высшего качества с октановым числом ROZмин = 98 (максимальное содержание свинца 0,15 г/л). Так как все современные двигатели оснащены каталитическими нейтрализаторами для очистки отработавших газов, они не должны работать на этилированном бензине. Свинец и его соединения покрыли бы поверхность нейтрализатора и вступили с ней в химическую реакцию. Вследствие этого очистка отработавших газов стала бы невозможной.

Те соединения свинца, которые раньше добавлялись в бензин для повышения детонационной стойкости, называются антидетонаторами.

В качестве антидетонаторов использовались тетраметилсвинец (Рb(СН3)4) и тетраэтилсвинец (Рb(С2Н5)4). Оба соединения свинца очень ядовиты. Их действие заключается в том, что они вследствие высокой температуры распадаются до воспламенения смеси в камере сгорания, и возникающий свинцовый порошок предотвращает преждевременное самовоспламенение смеси.

Чтобы во время сгорания не образовывался оксид свинца, который способен ускорить износ цилиндра, в бензин добавляют соединения брома и хлора. При высокой температуре в камере сгорания двигателя свинец образовывает бромид свинца или хлорид свинца. Эти два очень ядовитых соединения свинца становятся газообразными при температуре около 800 °С и выводятся из двигателя вместе с отработавшими газами. Они считаются вредными примесями в отработавших газах и приводят к загрязнению воздуха.

Добавление в бензин спиртов, например, метанола, также повышает детонационную стойкость топлива. Разумеется, при добавлении большого количества, равного 15%, топливная аппаратура системы питания двигателя должна быть специально настроена на смесь бензина и спирта.

Определение детонационной стойкости бензина

Детонационная стойкость бензина выражается в его октановом числе.

Октановое число бензина указывает на то, что данный вид топлива обладает такой же детонационной стойкостью, что и эталонная сравнительная смесь углеводородов — изооктана и нормального гептана. Так как изооктан имеет октановое число 100, а нормальный гептан — октановое число 0, то октановое число 80 означает, что детонационная стойкость бензина равна детонационной стойкости смеси из 80% (объемных частей) изооктана и 20% (объемных частей) нормального гептана. Детонационная стойкость растет с увеличением октанового числа.

Определение октанового числа выполняется на соответствующем испытательном стенде с использованием эталонного двигателя для оценки детонационной стойкости различных видов топлива. Эталонным в данном случае считается одноцилиндровый четырехтактный бензоиновый двигатель с термосифонной системой жидкостного охлаждения, в которой отсутствует помпа, а охлаждающая жидкость испаряется, и пар низкого давления конденсируется в радиаторе, а затем в виде конденсата возвращается в рубашку охлаждения. Степень сжатия двигателя во время испытаний может изменяться в границах между 4 и 18.

Существует два стандартизированных метода испытаний: исследовательский метод и моторный метод. Соответственно, результатами являются исследовательское октановое число бензина (ROZ) и моторное октановое число бензина (MOZ). Различия основных параметров обоих методов указаны в таблице.

Таблица. Различия параметров исследовательского и моторного методов

В моторном методе смесь воздуха и бензина нагревается позади карбюратора, а в исследовательском методе — воздух нагревается перед карбюратором.

Эталонный двигатель запускается и соединяется с большим электрическим генератором, в котором крутящий момент от эталонного двигателя возбуждает электрический ток, создающий тормозной момент. Измерение октанового числа всегда проводится в режиме сильной детонации при сгорании рабочей смеси. При этом коэффициент избытка воздуха регулируется так, чтобы получить детонацию максимальной интенсивности. Индуктивный датчик и электронный усилитель сигналов замеряют уровень детонации и выводят показания на дисплей специального прибора — детонометра. Компрессия двигателя настраивается таким образом, чтобы показания детонометра исследуемого бензина находились в середине шкалы прибора. Затем в систему питания вводятся две сравнительные смеси, чьи октановые числа различаются лишь на две единицы. Одна сравнительная смесь должна вызывать более сильную, а вторая более слабую детонацию, чем бензин. Посредством линейной интерполяции определяется и округляется до десятых долей октановое число бензина.

Рис. Определение октанового числа бензина

Один и тот же бензин, испытанный по моторному методу, имеет меньшее октановое число, чем выявленное по исследовательскому методу. Октановое число, определяемое по моторному методу, в современном бензине меньше примерно на 10 единиц, чем октановое число, определяемое по исследовательскому методу. Данная разница обусловлена тем, что соотношение олефинов и ароматических углеводородов в двух методах испытаний отличаются. На сегодняшний день исследовательское октановое число в бензине равно приблизительно 92, а в бензине высшего качества — 95 единиц. Октановое число, определяемое по исследовательскому методу, указывает на то, как ведет себя топливо при ускорении (детонация при разгоне).

Октановое число, определяемое по моторному методу, наоборот, указывает на поведение при большой нагрузке (детонация при высокой частоте вращения коленчатого вала).

Наряду с исследовательским и моторым октановыми числами существует также октановое число, определяемое по дорожному методу (SOZ). Оно определяется методом дорожных испытания транспортного средства согласно «модифицированному дорожному методу». В прогретый двигатель подаются различные сравнительные смеси из изооктана и нормального гептана. Автомобиль сначала ускоряется до максимальной скорости на прямой передаче, позволяющей плавное движение без рывков. Угол опережения зажигания регулируется до тех пор, пока не исчезнет детонация. В результате данные испытаний образуют базовую кривую, отображенную на рисунке.

Рис. Определение октанового числа по дорожному методу

Затем по тому же методу определяется установка зажигания, при которой начинается детонация, для исследуемого бензина. По базовой кривой определяется октановое число бензина по дорожному методу. Эта величина в различных двигателях будет иметь различные значения для одного и того же бензина.

Ссылка на основную публикацию
Старые швейные машинки кому продать и сколько можно заработать на антикварной модели
Если у вас осталась советская швейная машинка - не спешите выбрасывать Сейчас мы расскажем вам что особенного в этих советских...
Стандартные размеры жиклеров карбюратора ваз 2107
Карбюратор ДААЗ 2107 устройство, размеры жеклеров и регулировка Как отрегулировать самостоятельно карбюратор ВАЗ-2107? Эта информация будет полезна для многих автовладельцев....
Станок для резки пенопласта своими руками Самоделки своими руками
Станок для резки пенопласта обзор моделей, как сделать своими руками, чертеж Пенопласт – востребованный стройматериал, применяемый в качестве утеплителя или...
Старый патефон история и особенности
Патефон Контент-платформа Патефон В нашем музее есть уникальная вещь, которая во время экскурсий не оставляет равнодушным никого. Это патефон. Он...
Adblock detector