Детонационная стойкость углеводородов

Таблица 5.2.

Углеводороды	Октановое число
	Моторный метод		Исследовательский метод без ТЭС
	без ТЭС	с ТЭС 1,6 г/л
1	2	3	4
Алканы
Бутан	92	-	94
Изобутан (2-метилпропан)	99	-	101
Пентан	62	83	62
Изопентан (2-метилпентан)	90	-	92
Гексан	25	-	25
Изогексан (2,2-диметилбутан)	94	110	92
2,3-Диметилбутан	95	110	102
2-Метилпентан	73	91	73
Гептан	0	47	0
2,4-Диметилпентан	93	111	93
Тринтан (2,2,3-триметилбутан)	102	112	106
Октан	–20	28	0
Изооктан (2,2,4-триметил-пентан)	100	112	100
2,5-Диметилгексан	54	83	55
Алкены
Пропен	85	-	101
2-Пентен	80	-	98
2-Гексен	78	-	89
2-Метил-2-гексен	79	-	90
2,4,4-Триметил-1-пентен	86	-	103
2-Октен	56	-	56
Циклоалканы
Циклопентан	87	95	100
Метилциклопентан	81	93	91
Этилциклопентан	61	81	67
Циклогексан	77	87	83
Метилциклогексан	72	86	75
Декалин	38	-	-
Тетралин	65	-	-
Арены
Бензол	107	-	113
Толуол	101	104	112
Этилбензол	97	102	103
о-ксилол	100	101	100
µ-ксилол	103	105	100
n-ксилол	103	105	100
Кумол (изопропилбензол)	99	102	108

Конструкционные факторы двигателя.

Степень сжатия– основной фактор, влияющий на возникновение детонации. С увеличением степени сжатия возрастают температура и давление в цилиндре двигателя, что способствует интенсивному образованию гидроперекисей.

Форма камеры сгорания.Оказывает влияние на возникновение детонации через время, в течение которого пламя от свечи может дойти до наиболее отдаленных точек камеры сгорания. Чем больше это время, тем вероятнее образование перекисей и возникновение детонации.

Диаметр цилиндра. С увеличением диаметра цилиндра возрастает длина пути который проходит пламя, и, следовательно, повышается возможность образования перекисей и возникновения детонации.

Свечи зажиганиявлияют на возникновение детонации в случае их перегрева.

Выпускной клапанявляется наиболее горячей деталью в головке цилиндра (750… 800ºС), и его температура способствует ускоренному образованию перекисей и возникновению детонации.

Эксплуатационные факторы.

Состав горючей смеси. Обогащенные смеси (α ≤ 0,9) сгорают с наибольшей скоростью и приводят к максимальным давлению и температуре цикла, что увеличивает скорость развития предпламенных реакций и вероятность появления детонации.

Частота вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения детонация уменьшается, так как при этом сокращается время, отводимое на химическую подготовку части топлива, окисляющейся в последнюю очередь.

Нагар на поршне и головке цилиндраувеличивает интенсивность детонации посредством увеличения температуры газов. Теплопроводность нагара, покрывающего стенки головки и днища поршня, примерно в 50 раз меньше теплопроводности чугуна. Кроме того, отложения нагара уменьшают объем камеры сгорания и повышают степень сжатия, что способствует повышению температуры газов, образованию перекисей и детонации.

Опережение зажигания.Увеличение угла опережения зажигания сдвигает точку максимального давления ближе к ВМТ, что способствует уменьшению задержки самовоспламенения последней части топлива и возрастанию детонации.

Температура охлаждающей жидкости. Повышение температуры охлаждающей жидкости увеличивает температуру стенок цилиндра, головки и днища поршня, что способствует образованию перекисей и усилению детонации.

Атмосферные условия. Атмосферное давление, влажность воздуха и температура вызывают соответствующие изменения этих показателей в горючей смеси. Повышение атмосферного давления воздуха и температуры сопровождается повышением детонации, а снижение – уменьшением детонации. С повышением влажности воздуха, поступающего в двигатель, возрастает количество водяного пара в рабочей смеси, снижается температура, в результате чего снижается интенсивность детонации.

Впрыск водыповышает антидетонационные свойства горючей бензино-воздушной смеси. Это связано с охлаждением заряда рабочей смеси и деталей цилиндро-поршневой группы. Вода имеет высокую теплоту испарения – 530 ккал/кг, а бензин – только 75…80 ккал/кг. Пары воды оказывают существенное влияние на скорость сгорания рабочей смеси, температуру и давление рабочего цикла. Антидетонационный эффект воды проявляется в результате охлаждения рабочей смеси и ЦПГ, действия водяного пара как инертной среды. Вода снижает тепловые нагрузки и содержание окислов азота в отработавших газах, повышает коэффициент наполнения. Распыленная вода в количестве 10% от расхода топлива эквивалентна повышению октанового числа бензина на 2…3 ед.

Простое добавление воды к бензину не дает положительного эффекта, а наоборот, ухудшает топливную экономичность и другие эксплуатационные свойства, особенно антикоррозионные. Исследуется применение водно-топливных эмульсий, в которых для повышения стабильности эмульсий добавляются поверхностно активные вещества (ПАВ).

Режим работы двигателя. Октановые числа бензинов зависят от режима работы двигателя.

Высокие антидетонационные качества бензина требуются двигателю на режимах со 100% отдачей мощности. Если на этих режимах несколько уменьшить угол опережения зажигания по сравнению с оптимальным, то антидетонационные требования двигателя снижаются довольно резко при относительно небольшом уменьшении мощностных показателей.

Установка позднего опережения зажигания, вызывающего уменьшение мощности более чем на 5%, приводит к перегреву выпускной системы и снижению устойчивости работы двигателя.

Принято считать минимально допустимым снижением ОЧ бензина то, которое необходимо для работы двигателя с уменьшением мощности до 5%.

Фактическое октановое число (ФОЧ)бензинов, определяемое на автомобильных двигателях в стендовых условиях отличается от лабораторного. Эта разница зависит от чувствительности бензина (различия между ОЧИ и ОЧМ), конструктивных параметров данного двигателя и режима его работы. ФОЧ резко уменьшается на переходных режимах работы карбюраторного двигателя вследствие фракционирования бензина во впускном трубопроводе.

В бензинах каталитического риформинга начальные фракции имеют низкую детонационную стойкость, а высокооктановые углеводороды концентрируются в хвостовых фракциях (табл. 5.3). На переходных режимах может наблюдаться детонация вследствие того, что в цилиндр двигателя в начале разгона попадает смесь, обогащенная углеводородами с низким ОЧ.

Наибольшей чувствительностью (9-12 ед.) отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные и ароматические углеводороды.

Менее чувствительны (1-2 ед.) алкилбензины и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов.

Октановое число по моторному методу больше соответствует условиям эксплуатации грузовых автомобилей.

Октановое число по исследовательскому методу ближе к условиям эксплуатации легковых автомобилей в городских условиях.

Дорожное октановое число (ДОЧ)определяется в дорожных условиях на реальных автомобилях.

Детонационная характеристика бензина в дорожных условиях представляет собой зависимость октановых чисел бензина от скорости движения автомобиля при оптимальном угле опережения зажигания.

Для одного и того же автомобильного бензина численные значения октанового числа будут уменьшаться от исследовательского к моторному и дорожному методу оценки, так как режим испытаний в этой последовательности ужесточается в сторону интенсификации детонационного сгорания.

Распределение детонационной стойкости по фракциям бензина. Октановое число низкокипящих фракций бензина ниже ОЧ бензина в целом. Чем неравномернее распределение детонационной стойкости по фракциям, тем выше его «дорожная чувствительность», т.е. разница между исследовательским и дорожным октановым числом. Такое явление связано с обогащением горючей смеси в цилиндрах двигателя легкоиспаряющимися фракциями бензина в момент резкого открытия дроссельной заслонки карбюратора при разгоне автомобиля.

Коэффициент распределения детонационной стойкости по фракциям К_РДС представляет отношение ОЧ_НКнизкокипящей фракции до 100ºС к ОЧ_ВКвысококипящей фракции выше 100ºС:

К_РДС= ОЧ_НК/ОЧ_ВК

При К_РДС<< 1 дорожное октановое число ниже октанового числа по исследовательскому методу. При К_РДС= 1 их значения совпадают.

Таблица 5.3