Глава 4

ТОПЛИВО ДЛЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

§ 1. Классификация автотрвкторных топлив

Автотракторные топлива по физическому состоянию, в котором они находятся при поступлении в двигатель, делятся на жидкие и газооб- разные. По роду исходного сырья топлива разделяются на две груп- пы: нефтяные и ненефтяные.

К первой группе жидких топлив относятся бензин, керосин и ди- зельное топливо. Эти топлива получаются в результате прямой перегон- ки или деструктивной¹ переработки нефти, а также при смешивании топлив, получаемых обоими методами. Вторую группу образуют такие сорта бензинов и керосинов, которые получают путем переработки сланцев, торфа и углей.

Из газообразных топлив в настоящее время для автомобильных двигателей используют сжатые и сжиженные газы нефтяного и ненеф- тяного происхождения. Сжатые газы характеризуются тем, что при температуре (20° С) и весьма высоком давлении остаются в га- зообразном состоянии, а сжиженные газы — тем, что при нормаль- ной температуре превращаются в жидкость при сравнительно невысо- ком давлении (до 1,6 МПа). Газообразное топливо обладает рядом ценных качеств. Оно значительно дешевле жидкого и наиболее полно используется при сгорании. Огромные масштабы газификации в СССР создают значительные перспективы для использования газообразных топлив в автотракторных двигателях.

В процессе сгорания химическая энергия топлива превращается в тепловую энергию.

Сгорание топлива может быть полным и неполным. Полное сго- рание характеризуется тем, что весь углерод топлива соединяется с кислородом, образуя углекислый газ (С0₂), а весь водород соединя- ется с кислородом, образуя воду. Неполное сгорание означает, что часть углерода окисляется не полностью, поэтому, кроме углекисло- го газа и воды, образуется еще окись углерода (СО). Она обладает способностью соединяться с кислородом и может быть использована как топливо.

Важнейшим показателем, определяющим ценность топлива, явля- ется его удельная теплота сгорания Q. Она характеризуется количест- вом теплоты (МДж), которая выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или 1 м³ газообразного² топлива. Различают высшую Q_B и

низшую Qн удельную теплоту сгорания топлива. Высшая удельная теплота сгорания определяется при условии, что вода, образую- щаяся в процессе сгорания топлива, и влага, содержащаяся в нем, на- ходятся в жидком состоянии, а низшая — при условии, что вода, об- разующаяся при сгорании топлива, и влага, содержащаяся в нем, будут в парообразном состоянии. Низшая теплотворная способность бензина и дизельного топлива равна 42—44 МДж/кг.

§ 2. Топливо для карбюраторных автотракторных двигателей

Современные автотракторные карбюраторные двигатели работают на бензине.

Для обеспечения надежной и экономичной работы карбюраторного двигателя в разных эксплуатационных условиях топливо должно обла- дать хорошей испаряемостью, достаточной детонационной стойкостью, хорошей физической и химической стабильностью, минимальной способ- ностью образовывать смолистые отложения и вызывать коррозию дета- лей. Оно не должно иметь механических примесей и воды.

Испаряемость топлива, то есть способность его перехо- дить из жидкого состояния в парообразное, оценивается по температу- рам выкипания 10, 50 и 90% топлива.

Температура выкипания 10% топлива характеризует его пусковые свойства. Чем ниже эта температура, тем легче на таком топливе за- пустить двигатель. Однако при этом повышается опасность образования газовых пробок в топливной системе двигателя.

По температуре выкипания 50% топлива можно судить об испаряе- мости средних фракций. Чем ниже эта температура, тем устойчивее работа двигателя.

Температура выкипания 90% топлива характеризует полноту его испарения. Чем ниже эта температура, тем меньше тяжелых фракций содержит топливо.

Детонацонная стойкость. Процесс сгорания топлива в дви- гателях протекает в течение малого промежутка времени. Например, при частоте вращения коленчатого вала 2000 об/мин время сгорания со- ставляет 0,003—0,004 с. Продолжительность процесса сгорания топлива находится в прямой зависимости от скорости распространения в цилин- дре фронта пламени¹. При нормальном сгорании фронт пламени рас- пространяется в цилиндре со скоростью 20—30 м/с.

Однако процесс сгорания в двигателе может принимать детонаци- онный (взрывной) характер, при котором скорость распространения фронта пламени достигает 2000—2500 м/с.

Детонационное сгорание смеси сопровождается звонкими метал- лическими стуками, периодическими выхлопами черного дыма из вы- пускной трубы, перегревом двигателя, понижением его мощности и эко- номичности. При детонационном сгорании происходит повышенный износ деталей, а иногда разрушение вкладышей подшипников, выгора- ние днищ поршней и обгорание клапанов. Причина детонационного сгорания заключается в образовании и затем распаде в конце процес- са сгорания топлива нестойких кислородсодержащих веществ, называ- емых пероксидами.

Способность топлива противостоять детонационному сгоранию на- зывается детонационной стойкостью. Она зависит от того, какие угле- водороды преобладают в топливе. Детонационная стойкость топлива оценивается октановым числом, которое может определяться моторным или исследовательским методом.

Моторный метод заключается в подборе такой смеси эталонных топлив, которая дает в одноцилиндровом двигателе при стандартных условиях работы такую же интенсивность детонации, как и испытуемое топливо. Исследовательский метод испытания топлива отличается от моторного только менее напряженным режимом работы одноцилиндро- вого двигателя, соответствующим работе двигателя при движении ав- томобиля в городских условиях. В качестве эталонных топлив приняты два углеводорода: нормальный гептан, детонационная стойкость кото- рого условно принята равной нулю, и изооктан, детонационная стой- кость которого условно принята равной 100 единицам.

Октановым числом топлива называется процентное (по объ- ему) содержание изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая по детонационной стойкости равноценна испытываемому топливу.

Детонационное сгорание в большинстве случаев возникает при не- соответствии между степенью сжатия двигателя и детонационной стой- костью применяемого топлива. Кроме того, на возникновение детона- ционного сгорания оказывают влияние форма камеры сгорания, диа- метр цилиндра, количество свечей, их расположение и другие факторы.

В карбюраторных двигателях в зависимости от сорта топлива, на- значения двигателя и других параметров степень сжатия находится в пределах от 6,5 до 10. Чем выше октановое число топлива, тем выше максимально допустимая степень сжатия.

Если топливо склонно к детонационному сгоранию, то его окта- новое число можно повысить, добавив незначительное количество (0,04-^0,08%) веществ, известных под названием антидетонаторов. Антидетонаторы не изменяют физико-химические свойства топлива. Наиболее широкое применение из числа антидетонаторов получил те- траэтиловый свинец (ТЭС), который вводят в топливо в виде этиловой жидкости марки Р-9. Топливо с добавлением этиловой жидкости на- зывают этилированным. Оно ядовито, поэтому при обращении с ним должны соблюдаться специальные правила предосторожности. В эти- лированное топливо вводят специальный краситель; таким образом, по цвету топлива можно узнать о том, что оно ядовито. В настоящее время начинают применять новые неядовитые марганцевые антидето- наторы марок 2Ц-8 и ЗЦ-8. Эффективность их не меньше, чем анти- детонатора ТЭС.

Стабильностью топлива называется его способность сохра- нять свои начальные физические и химические свойства при хранении, транспортировании и употреблении.

Склонность топлива к образованию отложений вызывается главным образом наличием в нем смолистых веществ и зависит от его химической стабильности. Отложение смолистых ве- ществ в фильтрах и в каналах карбюратора нарушает нормальную подачу топлива. Смолистые вещества, отлагаясь на клапанах, поршнях и других деталях, обугливаются и превращаются в нагар, который ухудшает отвод тепла и увеличивает износ деталей. В связи с этим содержание смол в топливе строго ограничивается.

Коррозионное действие топлива. Чтобы предохранить детали двигателя от коррозионного изнашивания, топливо очищают от водорастворимых кислот и щелочей. Кроме того, ограничивают со- держание в нем органических кислот и сернистых соединений.

Механические примеси и вода в топливе увеличивают износ деталей двигателя. Они могут вызвать засорение фильтров, то- пливопроводов и каналов карбюратора и этим нарушить нормальную подачу топлива. Присутствие воды в топливе затрудняет пуск двига- теля, а зимой при замерзании воды может произойти закупоривание топливопроводов,

S7

Марки бензинов. В соответствии с ГОСТом 2084—67 вы- пускается пять марок автомобильных бензинов: А-66, А-72, А-76, АИ-93 и АИ-98. Буквой «А» обозначено, что бензин автомобильный, а цифрой — минимальное октановое число бензина. В первых трех марках бензина октановое число определяется моторным методом, а в последних двух — исследовательским. На это указывает буква «И», стоящая в названии марки после буквы «А». Автомобильные бензины, за исключением бензина марки АИ-98, подразделяются на летние и зимние.