Файл: Топливо и смазочные материалы.pdf

12 под действием собственной массы также при 20 °С.
Вязкость нефтепродукта при температуре t °C находится по формуле:
(4) где С — постоянная вискозиметра;
- время, за которое нефтепродукт перетекает от метки «а» к метки
«б».

13
- масса чистого фильтра, г;
- масса исследуемого топлива, г.
1.7 ПОЛУЧЕНИЕ ЖИДКОГО ТОПЛИВА ИЗ НЕ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ
Бурное развитие машиностроения вызвало необходимость расширения сырьевой базы для получения жидкого топлива и смазочных масел. Благодаря достижениям науки теперь для получения жидкого топлива могут служить угли, сланцы, торф, газообразные продукты, а также спирты (этиловый и метиловый). Промышленная технология располагает следующими основными способами получения жидкого топлива: термическая переработка твердых горючих ископаемых (с получением смол для последующей перегонки); деструктивная гидрогенизация; синтез газов.
Термическая переработка. При такой переработке твердое горючее нагревают без доступа воздуха до температуры 500 ... 550 °С. Конечным продуктом является полукокс, смола и газы. Полученную смолу подвергают фракционной перегонке как нефть. При этом получают бензина 18 ... 22 %, керосина 20 ... 25 % и мазута 50 ... 60 %. Последний
- используют как сырье для крекинг-процесса.
Деструктивная гидрогенизация заключается в расщеплении исходного сырья и гидрирования с целью присоединения водорода для получения смеси углеводородов. Процесс происходит следующим образом. Исходное сырье измельчают в порошок, а затем смешивают со смолой или остатком нефти. Полученную пасту вводят в реактор, где находится водород и определенные катализаторы. При температуре 480
... 500 °С и давлении 20 ... 30 МПа пасту насыщают водородом, и она сжижается. И далее полученную жидкую массу направляют на фракционную перегонку. При гидрогенизации угля выход бензина доходит до 60 %, газа до 30 %.
Синтез газов основан на получении углеводородов путем взаимодействия оксида углерода СО с водородом, при повышенном давлении в присутствии катализатора. В результате синтеза газов полу- чается бензин и конденсатное масло. Выход бензина составляет 40 ... 45
%, дизельного топлива 15 ... 20 % и тяжелой фракции 10 ... 17 %.
Спирты - этиловый и метиловый могут служить заменителями бензина. Они обладают высоким октановым числом (90 - 94), имеют большую, чем у бензина, скрытую теплоту испарения, что снижает тепловую напряженность деталей двигателя, но одновременно затрудняет пуск двигателя особенно в холодную погоду. Из-за меньшей теплопроводности спиртов их расход увеличивается, однако высокая

14 полнота сгорания обуславливает значительно меньше выделение оксида азота и нагаро-отложение. В перспективе спирты могут применяться в виде добавок к бензинам. При опытной эксплуатации автомобилей на бензинометанольной смеси, содержащей 3 ... 5 % метилового спирта, экономия бензина составила 1,5 ... 3 %.
Получение синтетических масел. Основную массу смазочных масел получают путем перегонки нефтяного мазута, однако, для современных машин требуются масла более высокого качества с заранее заданными эксплутационными свойствами.
Такие масла называются синтетическими или полусинтетическими, их получают путем синтезирования определенных групп углеводородов с введением ряда специализированных соединений.
Различают две группы синтетических масел. Одни из них обладают устойчивостью к воздействию высоких температур, низкой температурой застывания, и хорошими антикоррозийными свойствами.
Вместе с тем смазывающая способность у них по сравнению с нефтяными несколько хуже. Они называются полисилоксановые масла.
Другой группой синтетических масел, является полиалкиленглюколи, это продукт конденсации двухатомных спиртов.
Эти масла не образуют отложений на нагретых деталях двигателя, обладают хорошими смазывающими качествами и вязкостными свойствами, а также низкой температурой замерзания. Применение таких масел ограничено их высокой стоимостью.
2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ
2.1 ТРЕБОВАНИЯ И ОЦЕНКА ЭКСПЛУТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ
Карбюраторный двигатель - это разновидность двигателей внутреннего сгорания, который представляет собой устройство, в котором химическая энергия топлива при сгорании преобразуется вна- чале в тепловую энергию, а затем в механическую работу. К этому типу относятся поршневые и реактивные двигатели и газовые турбины. На автомобилях и тракторах в основном используются поршневые двигатели.
У поршневых двигателей в полезную работу превращается 20 ... 40
% теплоты, а остальное количество теплоты растрачивается.
Основными составляющими потерь являются: нагрев деталей двигателя

15 и далее охлаждающей жидкости; унос теплоты с отработавшими газами в атмосферу; некачественное сгорание топлива. В связи с этим работа по повышению экономичности поршневых ДВС проводятся в следующих направлениях: усовершенствование конструкции самого двигателя и режима его эксплуатации; изыскания новых качественных видов топлива.
Поэтому одним из важных факторов, от которого зависят технико- экономические показатели двигателя - это качество применяемого топлива и поэтому оно должно обладать определенными свойствами и характеристиками, и отвечать следующим требованиям:
1 Иметь высокую теплоту сгорания.
2
Обладать хорошими смесеобразующими свойствами, обуславливающие легкий пуск двигателя, плавный переход с одного режима работы на другой и устойчивую работу двигателя при эксплуатации в различных климатических условиях.
3 Не детонировать на всех эксплутационных режимах.
4 Не образовывать нагароотложений, приводящие к перегреву и повышенному износу двигателя.
5 Не вызывать коррозию деталей как при непосредственном контакте с ним, так и от образующихся продуктов сгорания.
6 Быть стабильным при транспортировке и хранении, т.е. не изменять своих первоначальных свойств.
7 Иметь низкую температуру застывания, чтобы обеспечивать хорошую прокачиваемость при отрицательных температурах окружающего воздуха.
8 Не оказывать вредного воздействия на человека и окружающию среду.
2.2 УСЛОВИЯ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА В КАРБЮРАТОРНОМ ДВИГАТЕЛЕ
Рабочий процесс в карбюраторном двигателе состоит из четырех тактов. При первом такте (всасывание) рабочая смесь попадает в камеру сгорания цилиндра.
При втором такте (сжатие) в зависимости от степени сжатия е давление в камере сгорания повышается до 1 ... 1,2 МПа, а температура смеси возрастает до 260 ... 370 °С.
При третьем такте
(рабочий ход) приготовленная смесь воспламеняется от свечи зажигания. Выделившаяся теплота, за счет расширения газов, преобразуется в механическую работу.
При четвертом такте (выпуск) продукты сгорания топлива в виде газов удаляются из цилиндра в атмосферу. После этого весь рабочий

16 процесс в двигателе повторяется.
Теплота сгорания. Количество теплоты, выделяемое при сгорании топливно-воздушной смеси, зависит от теплоты сгорания топлива и состава смеси. Чем выше теплота сгорания, тем меньше затрат топлива на единицу мощности.
Воспламенение топливно-воздушной смеси зависит от ее состава и вида топлива. Также на воспламенение смеси оказывает влияние температура и давление, с возрастанием их значений пределы воспламеняемости увеличиваются. Различают верхний и нижний пределы воспламеняемости. За верхний предел принято такое содержание топлива в воздухе, при котором дальнейшее обогащение смеси делает ее невоспламеняемой. Нижний предел определяется недостатком топлива в воздухе, т.е. таким состоянием смеси, при котором дальнейшее обеднение делает ее невоспламеняемой.
Состав горючей смеси оценивают по коэффициенту избытка воздуха а, который представляет собой отношение массы воздуха
, действительно участвующего в процессе сгорания, к его теоретически необходимой массе
(6)
Нормальная рабочая смесь - считается, при = 1 т.е.
. Для сгорания 1 кг топлива нужно около 15 кг воздуха. Двигатель, работающий на "нормальной" смеси развивает мощность близкую к максимальной, его удельный расход топлива несколько выше минимального.
Обедненная рабочая смесь. На 1 кг топлива приходится свыше 15 кг, но не более 16,5 кг воздуха. При работе на обедненной смеси мощность двигателя несколько снижается в следствии замедления скорости сгорания смеси, но экономичность повышается.
Бедная рабочая смесь. На 1 кг топлива приходится более 16,5 кг воздуха. Работа двигателя на бедной смеси сопровождается резким падением мощности и увеличением удельного расхода топлива. Смесь, у которой на 1 кг топлива приходится более 19,5 кг воздуха в цилиндре не воспламеняется.
Обогащенная рабочая смесь. На 1 кг топлива приходится менее 15 кг, но не менее 13 кг воздуха. В этом случае двигатель развивает максимальную мощность вследствие увеличения скорости горения, но экономичность его ухудшается.
Богатая рабочая смесь. На 1 кг бензина приходится менее 13 кг воздуха. Работа двигателя на богатой смеси вызывает падение

17 мощности и значительно ухудшает экономичность. Смесь, в которой соотношение топлива и воздуха менее чем 1 к 7,5 в цилиндре не воспламеняется.
Внешним признаком работы карбюраторного двигателя на бедной смеси служат вспышки (выстрелы) в карбюратор, а на богатой смеси - в выпускной трубе.
Полнота сгорания топлива определяется качеством топливно- воздушной смеси. Оно зависит с одной стороны, от конструкции карбюратора и топливоподающей системы, с другой стороны от фи- зико-химических свойств применяемого топлива. Основное из них испаряемость, которая характеризуется фракционным составом.
Фракция - это часть бензина, выкипающая в определенных пределах.
Фракционный состав определяют по ГОСТ 2177-82 при помощи специального прибора (рис. 2).
Рисунок 2 - Прибор для определения фракционного состава топлив:
1 — колба; 2 — термометр; 3 — холодильник.
Пары топлива поступают в холодильник 3, где конденсируются и далее в виде жидкой фазы поступают в мерный цилиндр 4. В процессе перегонки фиксируют температуру, при которой выкипает 10, 20, 30 % и т.д. исследуемого топлива. Перегонку заканчивают, когда после

18 достижения наивысшей температуры наблюдается небольшое ее падение. По результатам перегонки строят кривую фракционной разгонки испытуемого топлива (рис. 3).
Рисунок 3 - Кривая фракционной разгонки топлива:
1 – пусковая фракция; 2 – рабочая фракция; 3 – концевая фракция
Первая - пусковая фракция, обусловленная выкипанием 10 % топлива, характеризует его пусковые качества. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше для запуска двигателя. Для зимних сортов бензина необходимо чтобы 10 % топлива выкипало при температуре не выше 55 °С, а для летних - не выше 70 °С.
Другая часть бензина, выкипающая от 10 до 90 % называют рабочей фракцией. Температура ее испарения не должна быть выше 160
... 180 °С.
Тяжелые углеводороды бензина в интервале от 90 % выкипания до конца кипения представляют собой концевые или хвостовые фракции, которые крайне нежелательны в топливе. Наличие этих фракций приводит к отрицательным явлениям при работе двигателя: неполному сгоранию топлива, повышенному износу деталей за счет смывания смазки с гильз цилиндров и разжижения моторного масла в двигателе, увеличению нагарообразования.
2.3 НОРМАЛЬНОЕ И ДЕТОНАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ
Детонация — это процесс очень быстрого завершения процесса сгорания в результате самовоспламенения части рабочей смеси и образования ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой

19 скоростью (1500-2000 м/с), в то время как при нормальном сгорании смеси средняя скорость распространения пламени составляет 10-40 м/с.
К признакам детонационного сгорания бензина относятся: характерный резкий металлический стук в цилиндрах, вибрация и неустойчивая работа двигателя, периодически появляющийся черный дым отработавших газов. При длительной эксплуатации двигателя с детонацией могут возникнуть механические повреждения его деталей: прогар поршней и клапанов, пригорание поршневых колец, разрушение изоляции.
Детонационная стойкость бензина зависит от его углеводородного состава. Наибольшей детонационной стойкостью обладают ароматические углеводороды, меньшей — изопарафиновые углеводороды.
Детонационную стойкость бензинов оценивают октановым числом
(ОЧ). У топлив с более высоким ОЧ при прочих равных условиях менее вероятно возникновение детонации. Октановое число автомобильных бензинов определяют двумя методами — моторным (на установке ИТ9-
2М) и исследовательским (на установке ИТ9-6). Установка ИТ9-6 позволяет определять октановые числа по обоим методам.
Моторным методом ОЧ определяют на одноцилиндровой установке ИТ9-2М, позволяющей проводить испытания с переменной степенью сжатия (от 4 до 10 единиц). На ней сравнивают детонационную стойкость исследуемого бензина с эталонным топливом, в состав которого входят два углеводорода: изооктан и нор- мальный гептан. Разное строение при близких физических свойствах этих углеводородов обуславливает резкое отличие их детонационной стойкости. ОЧ изооктана — углеводорода парафинового ряда изомерного строения, отличающегося высокой детонационной стойкостью (начинает детонировать только в двигателях с очень высокой степенью сжатия), принято за 100 единиц. ОЧ сильно детонирующего гептана С
7
Н
16
— углеводорода парафинового ряда, нормального цепочного строения — принято за 0 единиц. Смесь изооктана и нормального гептана имеет ОЧ, равное процентному содержанию в ней (по объему) изооктана.
Октановое число — условную единицу измерения детонационной стойкости бензинов — указывают во всех его марках. Например, детонационная стойкость бензина марки А-76 должна быть такой же, как у эталонной смеси, состоящей из 76-77 % изооктана и 23-24 % гептана.
Исследовательским методом детонационную стойкость бензина определяют на установке ИТ9-6 в режиме работы легкового автомобиля при его движении в условиях города. В этом случае в марку бензина