Детонационная стойкость бензинов
Детонационная стойкость бензиновДетонационная стойкость бензинов зависит главным образом от способности углеводородов к холоднопламенному окислению с образованием пероксидных соединений. Химический состав углеводородов, входящих в состав бензинов, оказывает решающее влияние на детонационную стойкость топлив. Нормальные парафиновые углеводороды легко окисляются в паровой фазе и поэтому склонны к детонации. Чем выше молекулярная масса н-парафиновых углеводородов, тем легче они окисляются. Ароматические углеводороды стойки к окислению, имеют высокую детонационную стойкость. Нафтеновые и непредельные углеводороды по склонности к детонации занимают промеж точное положение между «-парафиновыми и ароматическими углеводородами. Изопарафиновые углеводороды имеют высокую детонационную стойкость. Таким образом, при одинаковом фракционном составе бензин, содержащий большое количество парафиновых углеводородов изомерного строения и ароматических углеводородов, обладает лучшими антидетонационными свойствами по сравнению с бензином, содержащим большое количество н-парафиновых углеводородов.
Бензин облегченного фракционного состава, при одинаковом групповом химическом составе, обладает лучшей детонационной стойкостью по сравнению с бензином, имеющим более тяжелый фракционный состав.
Условным показателем детонационной стойкости бензина является октановое число, которое определяется двумя методами: моторным и исследовательским. Октановое число определяют на стандартных одноцилиндровых двигателях с переменной степенью сжатия от 4 до 10. При определении октановых чисел по моторному методу применяются установки ИТ9-2М или УИТ-65 (ГОСТ 511—82), а по исследовательскому методу — установки ИТ9-6 или УИТ-65 (ГОСТ 8226—82). Таким образом, на установке УИТ-65 можно определить октановое число бензина обоими методами.
Сущность определения детонационной стойкости бензинов на установках состоит в том, что испытуемый бензин сравнивается с эталонными топливами по их способности к детонации. Подбираются такие смеси эталонных топлив, которые сгорают, в установках с такой же интенсивностью детонации, как и.
испытуемый бензин. Эталонные топлива составляют путем смешивания двух химически чистых углеводородов — изооктана и н-гептана. Детонационная стойкость изооктана (2,2,4-триметилпентана), выраженная в октановых числах, условно принимается за 100, а н-гептана — за 0. При смешивании изооктана и н-гептана в различных соотношениях по объему получают ряд эталонных топлив, обладающих различной детонационной стойкостью. Чем выше содержание изооктана в эталонном топливе, тем сильнее его способность противостоять детонации.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Вследствие высокой стоимости первичных эталонных топлив, т. е. изооктана и н-гептана, для повседневной оценки октановых чисел бензинов пользуются вторичными эталонными топливами, антидетонационные свойства которых предварительно тарируются (оцениваются) по первичным. В качестве вторичных эталонных топлив используются смеси бензола с авиационным бензином Б-70, смесь бензина Б-70 с уайт-спиритом и некоторые другие.
Для каждой смеси первичных эталонных топлив подбирается равноценная по антидетонационным качествам смесь вторичных эталонов.
При определении октанового числа испытуемого бензина повышают степень сжатия -установки до появления стандартной интенсивности детонации. Затем на этой же установке подбирают эталонное топливо, которое имеет стандартную интенсивность при той же степени сжатия.
Октановым числом называется процентное (объемное) содержание изооктана в смеси с н-гептаном, которая по своим антидетонационйым свойствам аналогична испытуемому топливу. Например, если октановое число бензина равно 76, то это значит, что бензин имеет такие же антидетонационные свойства при испытании на стандартной установке, как смесь, состоящая из 76% изооктана и 24% н-гептана. Октановое число бензина зависит от его химического состава.
Октановые числа углеводородов одного и того же бензина, – определенные различными методами, не совпадают. По моторному методу величина октанового числа ниже, чем величина октанового числа, определенная по исследовательскому методу.
В табл. 1 приведены стандартные условия испытания детонационной стойкости бензинов по моторному и исследовательскому методам. Как видно из табл.
1, стандартные условия испытаний по моторному методу более жесткие, чем по исследовательскому, поэтому октановые числа
Таблица 1.
Условия испытаний автомобильных бензинов
Значение октанового числа бензина зависит от условий эксплуатации, поэтому необходимо определять детонационную стойкость бензина на автомобильных двигателях. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 10373—75 в стендовых и дорожных условиях. В результате испытаний определяют фактические октановые числа при стендовых и дорожных испытаниях.
Для обеспечения бездетонационной работы двигателя необходимо использовать бензины с октановыми числами, предназначенными для данного двигателя. Необходимое октановое число бензина прежде всего зависит от степени сжатия. Кроме того, на величину октанового числа бензина влияет ряд других факторов, например, диаметр цилиндра, материал, из которого изготовлены головки, расположение и количество свечей и т. д. В табл. 2 указаны требования к детонационной стойкости автомобильных бензинов в зависимости от степени сжатия и диаметра цилиндра.
Для современных автомобилей необходимы бензины с высокими октановыми числами (80 и более по исследовательскому методу).
Повышение детонационной стойкости товарных бензинов достигается несколькими способами: переработка дистиллятов путем каталитического крекинга и риформинга, добавление к базовым бензинам высокооктановых компонентов и применение антидетонационных присадок. Бензины, полученные путем каталитического крекинга и риформинга, имеют высокие октановые числа (77—90 и более по моторному методу, т. е. выше 80—95 по исследовательскому методу).
К высокооктановым компонентам бензинов относятся изооктан технический, толуол, бензол, алкилаты, изопентан и другие. При добавлении высокооктановых компонентов к базовым бензинам в количестве 15—40% получают бензины с высокой детонационной стойкостью.
Несмотря на высокие октановые числа, индивидуальные углеводороды не находят применения в чистом виде в качестве топлива для современных автотракторных двигателей. При их использовании не обеспечиваются другие эксплуатационные свойства: испаряемость, теплота сгорания топливовоздушной смеси, температура застывания и ряд других.
Таблица 3.
Высокооктановые компоненты бензинов
Самым эффективным способом повышения детонационной стойкости бензинов является добавление к ним антидетонаторов. Антидетонаторами называются металлоорганические соединения, при добавлении которых в незначительном количестве резко повышаются антидетонационные свойства бензинов.
В качестве антидетонаторов наиболее часто применяются марганцовые и свинцовые органические соединения, например, ЦТМ (циклопентадиенилтрнкарбонил марганца), МЦТМ (метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца), ТЭС (тетраэтилсвинец), ТМС (тетраметилсвинец) и некоторые другие. Антидетонаторы ЦТМ и МЦТМ хорошо растворимы в бензине, эффективно повышают октановое число, нетоксичны. Тем не менее они не нашли промышленного применения. Для превращения в газообразное состояние и полного удаления из камеры сгорания марганца и его оксидов, образующихся при сгорании ЦТМ и МЦТМ, не. найден качественный и дешевый выноситель. При использовании этих антидетонаторов наблюдается повышенное на-гарообразование, неполнота сгорания и перерасход топлива.
Фирмой «Shell» исследовано влияние более шестидесяти соединений . на октановые числа бензина. Установлено, что более экономичным является вторичная переработка низкооктановых бензинов с целью повышения октановых чисел по сравнению с изысканием и применением новых антидетонаторов.
В настоящее время наиболее широко используемым антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС), представляющий собой бесцветную маслянистую жидкость с плотностью 1,65 • 10s кг/м3. ТЭС нерастворим в воде, однако растворим в бензине и органических растворителях, кипит с разложением при температуре 200 °C, легко воспламеняется и горит. Тетраэтилсвинец ядовит, поражает главным образом центральную нервную систему, обладает свойством накопления в организме, может попадать в организм через неповрежденную кожу, а также через дыхательные пути. Значительное одновременное попадание ТЭС или постепенное продолжительное отравление им вызывает смерть. ТЭС применяется с 1923 года во многих странах мира в качестве высокоэффективного антидетонатора в автомобильных бензинах. Тетраэтилсвинец неустойчив, под действием температуры, солнечного света, воздуха разлагается с образованием белого осадка. Для предотвращения разложения ТЭС применяются специальные вещества — стабилизаторы.
Действие тетраэтилсвинца заключается в обрыве цепных реакций образования пероксидов.
Тем самым предотвращается или значительно снижается детонационное сгорание рабочей смеси.
Так, в жидкости Р-9 в качестве выносителя используется бромистый этил и монохлорнафталин; использование ее для приготовления летних бензинов не рекомендуется, так как температура кипения бромистого этила составляет 38,4 °C. Жидкость 1-ТС содержит в качестве выносителя дибромэтан. Применение этой жидкости нерационально зимой, поскольку дибромэтан имеет высокую температуру кристаллизации, равную + 10 °C. Жидкость П-2 лишена того и другого недостатка, так как выноситель — дибромпропан — имеет температуру кипения 141,6 °C и температуру кристаллизации — 55.5 °C.Для предупреждения о ядовитости этилированные бензины окрашивают, причем каждую марку в свой цвет. Масса красителя составляет 5—6 мг на 1 кг бензина.
Эффективность добавления этиловой жидкости зависит от химического состава бензина. Свойство бензина повышать свою детонационную стойкость при введении ТЭС называется приемистостью (или чувствительностью) бензина к ТЭС. Наибольшей приемистостью обладают «-парафиновые углеводороды, наименьшей — ароматические.
Наиболее эффективно повышают октановое число бензинов небольшие количества тетраэтилсвинца. Повышение его концентрации сверх определенных пределов не вызывает ощутимого улучшения детонационной стойкости бензина. Поэтому ТЭС вводят в бензин в небольших количествах — масса свинца на 1 кг бензина составляет от 0,24 ДР 0,5 г.
Сернистые соединения снижают октановое число бензина и приемистость бензина к ТЭС.
Таблица 4.
Влияние сернистых соединений на октановое число бензина и приемистость бензина к ТЭС (температура конца кипения бензина 120 °C)
При работе двигателей на этилированных бензинах отмечаются следующие особенности. Наблюдаются повышенное нагарообразование, более частое возникновение калильного зажигания, уменьшение срока службы свечей зажигания, образование свинцовых отложений на опорных поверхностях клапанов и гнезд, в связи с чем клапана прогорают. Наблюдается неравномерное распределение ТЭС и выносителя по цилиндрам.
Этилированные бензины оказывают значительное коррозионное действие на металлы в присутствии воды. В процессе хранения бензина ТЭС подвергается окислению, в результате чего в бензине могут образоваться нерастворимые продукты, вызывающие помутнение бензина. В связи с высокой токсичностью отработавших газов автомобилей, работающих на этилированных бензинах, применение последних в крупных городах с интенсивным автомобильным движением и в курортных зонах запрещено.
При отсутствии бензина с необходимым октановым числом, его можно заменить бензином более высокооктановым. Однако необходимо помнить следующее. Если двигатель работал на неэтилированном бензине, заменять соответствующий бензин следует только неэтилированным. При замене этилированным бензином отработавшие газы будут иметь более высокую температуру. Повышение температуры происходит вследствие догорания несгоревшего высокооктанового топлива и за счет свинцовых соединений. Именно содержание свинцовых соединений в отработавших газах является причиной прогорания выпускных клапанов двигателя.
Замена одних бензинов другими с более низкими октановыми числами недопустима, например, замена бензина А-76 бензином А-72. При подобных заменах неизбежно явление детонации, что влечет за собой уменьшение мощности и экономичности двигателя, его преждевременный выход из эксплуатации. Изменение угла опережения зажигания часто не дает желаемого эффекта. Чем больше разница в октановых числах бензинов, тем меньше вероятность устранения детонации. Кроме разрушительного эффекта, замена высокооктановых бензинов на низкооктановые вызы-рает перерасход топлива от 1,5 до 5%.
Рис. 1. Схема определения октанового числа смеси бензинов.
Более экономичным является смешивание двух бензинов: с более высоким и более низким октановым числом, чем требуется для данного двигателя. Октановые числа — величины аддитивные, поэтому подсчет необходимых количеств бензинов для смешивания можно производить по относительным количествам каждого из бензинов. Проще воспользоваться «правилом креста».
При расчетах октановые числа всех бензинов должны быть определены одним и тем же методом. Бензин АИ-93 имеет октановое число, определенное по исследовательскому методу, равное 93, а по моторному — 85; бензин АИ-98 имеет октановые числа, равные 98 и 89 соответственно.
Допустим, необходимо получить бензин с октановым числом 76 из бензинов марок АИ-93 и А-72. По схеме («кресту»), указанной на рис. 1, определяем разницу в октановых числах между 76 и 72, 85 и 76. Для того чтобы получить смесь с октановым числом 76, необходимо взять 9 объемов v бензина А-72 и 4 объема бензина АИ-93. Подобные смеси готовят для одноразового пользования, но не для хранения.
При работе двигателя внутреннего сгорания детонация -проявляется тем интенсивнее, чем больше наполнение цилиндров двигателя, т. е. чем больше открыт дроссель. Поэтому требование автомобильных двигателей к антидето-иационной стойкости топлив может изменяться в зависимости от нагрузки. Установлено, что для обеспечения нор
мальной работы двигателя требуется около 20% высокооктанового бензина, остальные 80% могут быть с более низким октановым числом.
Только в особо трудных условиях эксплуатации автомобилей (например, при перевозках в горах) время работы двигателя на полной мощности увеличивается и высокооктанового бензина требуется около 50%. Таким образом, можно значительно экономить высокооктановый бензин, если добиться, чтобы он использовался только на кратковременных форсированных режимах, а низкооктановый — на основных длительных режимах.
Для предотвращения детонации к бензину можно добавлять воду. Использование воды в качестве добавки к топливу проводилось многими исследователями более 100 лет тому назад. Антидетонационный эффект от впрыскивания воды заключается в охлаждении рабочей смеси, охлаждении цилиндров и их деталей, действии водяного пара как инертного газа, т. е. на снижении температуры горения в цилиндрах, что влияет на скорость цепной реакции образования пероксидов и гидропероксидов в догорающей части рабочей смеси. Нагарообразование в двигателях, работающих длительное время на низкооктановых бензинах с впрыскиванием воды, меньше, чем при работе двигателя на бензине без впрыскивания воды.
Вода впрыскивается только при работе двигателя с полной нагрузкой, т. е. когда двигатель имеет высокие температуры и вода полностью испаряется. В автомобильные двигатели воду обычно вводят во впускной трубопровод непосредственно После карбюратора. Впрыскивание воды позволяет повысить степень сжатия без повышения октанового числа бензина, использовать топлива с меньшим октановым числом, чем требуется для данного двигателя. Впрыск 10% воды равноценен по антидетонационному эффекту увеличению октанового числа бензина на 3—4 единицы. Вода действует несколько эффективнее на этилированные бензины, чем на неэтилированные.
Таблица 5.
Влияние добавления воды на октановое число бензина
Однако имеются серьезные препятствия широкому использованию воды как добавки к топливу. Вода имеет высокую температуру замерзания, добавление ее к бензину повышает коррозионный износ ЦПГ, резко ухудшает качество масла. Вода должна применяться только чистая, дистиллированная, но для получения ее расходуются значительные количества топливно-энергетических ресурсов.
Обычная вода содержит соли, образующие отложения в камере сгорания.
Проводились работы по использованию воды в виде водно-бензиновых эмульсий. Для образования эмульсии необходимы специальные поверхностно-активные вещества — эмульгаторы. Эффективные эмульгаторы, стойкие при хранении и изменении температуры, еще не найдены. При колебании температуры на 8—10 °C пленка, обволакивающая капельку воды, лопается и вода оседает на дно. Используемые в настоящее время эмульгаторы повышают нагарообразование.
Для улучшения антидетонационных свойств к бензинам можно добавлять спирты или их водные растворы. Антидетонационный эффект от их введения выше, чем от введения воды. Водные растворы метанола, в свою очередь, более эффективны, чем водные растворы этанола. Спирты обладают меньшей скрытой теплотой испарения, чем вода, и большей летучестью. Кроме того, спирты сами являются топливами о высокими октановыми числами. Октановые числа метанола, этанола и изопропанола составляют 98, 99, 100 соответственно.
Но спирты обладают рядом недостатков. Это, прежде всего, расслаивание спиртоводно-бензиновых смесей, плохой пуск двигателя, более низкая теплота сгорания по сравнению с теплотой сгорания бензинов, требующая увеличения подачи топлива.
Склонностью к расслаиванию с бензинами не обладают изоспирты, эфиры и некоторые другие соединения. На практике применяются смеси бензина с добавлением до 20—25% метанола и изобутанола и до 8—10% метилтретичнобути-лового эфира (МТБЭ). Бензинометанольные смеси готовят Для зимней и летней эксплуатации.
В настоящее время применяются неэтилированные бензины АИ-93 и А-76 с добавлением спиртов и МТБЭ.
Таблица 6.
Состав бензинометанольной смеси
Три мифа о бензине, в которые многие верят
Российская Газетаиещё 1
Миф 1. Качество бензина зависит от октанового числа
© Российская ГазетаНа самом деле октановое число определяет детонационную стойкость топлива, а никак не его качество.
Скажем, 92-ой бензин не подходит для высокопроизводительных спорткаров, где «заряженные», преимущественно турбированные моторы работают под высоким давлением. Однако при этом «народное» 92-е топливо может иметь наивысшее качество. К слову, любой мотор изначально проектируется под топливо с определенной антидетонационной стойкостью.
Видео дня
Однако при этом массовые автопроизводители, как правило, настраивают блоки управления двигателей своих новинок таким образом, чтобы агрегаты без проблем переваривали 92-й, 95-й и 98-й бензин. Обнаружив низкооктановое топливо, датчики скорректируют угол опережения зажигания, чтобы исключить детонацию. Есть, впрочем, и исключения. Например, моторы Skyactiv у ряда новинок Mazda имеют очень высокую степень сжатия, и им подавай исключительно высокооктановый продукт.
Миф 2. Качество бензина можно проверить по цвету
В советские времена по цвету топлива можно было проверить не качество, а октановое число бензина. Топливо А-72 было розовым, А-76 — желтым, АИ-93 — оранжево-красным, а АИ-98 — синим.
Сегодня цвет автомобильного бензина в теории тоже может иметь различные оттенки. В частности, в соответствии ГОСТом 32513-2013 и Техническим регламентом Таможенного союза бензин может содержать разные красители, кроме зеленого и голубого.
Однако, во-первых, такая окраска никак ни связана ни с качеством топлива, ни с его октановым числом. А, во-вторых, сегодня топливо в большинстве случаев выпускается все-таки бледно-желтым, без добавления красителей. В то же время на некачественное горючее может указать не цвет, а мутноватость, взвеси и осадок, свидетельствующие чаще всего о присутствии дешевых присадок. В любом случае, если на АЗС вы обнаружили, что топливо не бледно-желтое, попросите у менеджера технический паспорт на продукцию. В нем должен быть указан цвет используемого горючего.
Миф 3. Смешивание бензинов чревато расслоением смеси
Многие водители опасаются смешивать в баке бензин с октановым числом, опасаясь того, что произойдет расслоение смеси.
В частности, существует расхожее мнение, что если смешать в баке примерно в равных пропорциях топливо АИ-92 и АИ-98, то вы не только не получите некий аналог АИ-95, а спровоцируете детонацию и повышенную нагрузку на силовой агрегат.
Мол, из-за разной плотности горючего АИ-98 якобы будет собираться на поверхности 92-го, поэтому сначала бензонасос выкачает менее калорийное топливо, а потом примется за высокооктановое, что в ряде случаев якобы чревато прогоранием выпускных клапанов (ввиду того, что температура в камере сгорания поднимется до ненормативных значений).
На самом деле итоговое октановое топливо после смешения АИ-92 и АИ-98 будет чуть ниже 95, на работу двигателя такая «химия» никак не повлияет. Поэтому смешивать низко- и высокооктановые бензин для большинства «гражданских», массовых моделей совершенно безопасно.
Автоэксперт, Mazda
Российская Газета: главные новостиТрамп считает, что найденный в Белом доме кокаин принадлежит Байдену или его сыну
Наставник мадридского «Реала» Карло Анчелотти станет главным тренером сборной Бразилии
Адель снова поругалась со зрителями и грозила им предметом, похожим на ружье
Определение октанового числа в поршневых двигателях
Определение октанового числа в поршневых двигателях Октановое число, присвоенное моторному топливу, очень мало связано с
фактические химические «октаны» в топливе и все, что связано с тем, насколько хорошо
топливо сопротивляется детонации (что напрямую связано с количеством энергии
(тепло), необходимое для сжигания топлива в первую очередь).
Таким образом, можно присвоить ЗНАЧЕНИЯ октанового числа топливу, не содержащему октан любой.
ПОЧЕМУ НАМ НУЖЕН ОКТАН? ЧТО ТАКОЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАЖИГАНИЕ? ЧТО ТАКОЕ ДЕТОНАЦИЯ?
Октановое число топлива является эмпирической мерой его способности противостоять детонация и, в ограниченной степени, преждевременное зажигание. Технически октановое число измерить способность топлива сопротивляться самовозгоранию несгоревших конечных газов в контролируемых условиях испытаний.
Что такое преждевременное зажигание?
Преждевременное зажигание происходит, когда топливно-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется. до загорается свеча зажигания.Это может быть вызвано сжиганием загрязняющих веществ (таких как углерод или свеча зажигания). неправильного диапазона нагрева) в цилиндре или из-за сильного перегрева.
Что такое детонация?
Детонация происходит, когда фронт пламени в цилиндре не проходит плавно от точки зажигания (свечи зажигания) к противоположной стороне цилиндр.
Относится к самовозгоранию всего заряд в цилиндр. Это воспламенение часто вызывается экстремальным повышением давления в цилиндра, возникающем при первом воспламенении заряда (свечей зажигания).
ЧТО О ТОПЛИВЕ?
При сравнении углеводородного топлива необходимо учитывать шесть факторов:
1. Волатильность. Короче говоря, какова склонность топлива к испарению. Этот влияет на способность легко смешивать топливо с воздухом и склонность топлива к паровой замок. Он также определяет характеристики загрязнения топлива, где загрязнение испарениями вызывает озабоченность.2. Предварительное зажигание и детонация сопротивление. Называется «октановое число». Сколько энергии нужно, чтобы получить горение топлива — насколько оно сопротивляется самовоспламенению от сжатия нагревать? Кроме того, какова скорость сгорания топлива (что влияет на скорость повышение давления)?
3. Энергетическая ценность. Сколько энергии можно извлечь из топлива в процентах от его объема или массы.
4. Теплота испарение.
5. Химическая стабильность, нейтральность и чистота. Что присадки, содержащиеся в топливе для замедления образования смолы? Предотвратить обледенение? Предотвратить коррозию? Уменьшить депозиты?
6. Безопасность
Первые три фактора часто путают и взаимосвязаны, когда на самом деле они измеряют три совершенно разные вещи. Нет естественного сопоставления между ними.
Общие правила:
Тяжелое топливо (дизельное, реактивное): Низкая летучесть, низкая стойкость к детонации, высокая энергия на объемЛегкие виды топлива (бензин): Высокая летучесть, высокая стойкость к детонации, низкое энергопотребление. на объем
Обратите внимание, что бензин частично компенсирует его (относительно) низкую энергоемкость на единицу объема. галлон тем, что галлон бензина весит меньше (примерно на 15%), чем галлон реактивного топлива.
Октановое число никоим образом не связано с мощностью или экономичностью двигателя.
Там
потенциальная энергия в галлоне дизельного топлива больше, чем в галлоне бензина,
однако дизельное топливо имеет гораздо более низкое октановое число (подробнее об этом ниже).
КАК ВЫ ОПРЕДЕЛЯЕТЕ ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО?
Итак, как определяется октановым числом ? Во-первых, вы идете и получаете подходящая подача топлива, которое вы хотите протестировать. Тогда вы получите себе немного гептан (изготавливается из соснового сока) и немного изооктана (производное нефти). Наконец, вы и ваши приятели произвольно соглашаетесь, что изооктан имеет октановое число. октановое число 100, тогда как гептан имеет октановое число 0.
Далее вы вызываете Waukesha
Motors и закажите себе тестовый двигатель ASTM-CFR. Убеждаться
у вас есть около 250 000 долларов на вашей VISA, прежде чем вы закажете ее. Этот
Одноцилиндровое чудо имеет четырехкамерный карбюратор и подвижную головку блока цилиндров.
который может изменять степень сжатия от 4:1 до 18:1 при работающем двигателе.
бег.
Вы заполняете ASTM-CFR своим таинственным топливом, а для автомобильного топлива вы запускаете два протокола испытаний, используя ASTM. Один протокол называется мотор протокол и другой исследовательский протокол . Вы меняете степень сжатия до появления стука и записываю всякие разные научные параметры.
Затем вы запускаете эталонное топливо, состоящее из различных пропорций гептана. и изооктан через ASTM-CFR. Вы продолжаете варьировать пропорцию гептана на изооктан, пока вы не получите топливо, которое ведет себя как так же, как (по детонации) ваше загадочное топливо. Как только вы это поймете, вы спросите себя: «Сколько гептана Я должен добавить изооктан, чтобы смесь поступала в ASTM-CFR просто как мое загадочное топливо?» Если ответ, скажем, 10% гептана на 90% изооктана, у твоего загадочного топлива октановое число 90.
Чем отличаются двигатель и протокол исследования? В основном во входных параметрах. В
протокол двигателя (ASTM D2700-92), температура воздуха на входе поддерживается на уровне 38°C,
угол опережения зажигания изменяется в зависимости от степени сжатия от 14 до 26 градусов до ВМТ,
и двигатель работает на 900 об/мин.
В протоколе исследования (ASTM D2699-92)
температура воздуха на входе колеблется от 20°С до 52°С (в зависимости от барометрического
давление), синхронизация фиксируется на уровне 13 градусов до ВМТ, а двигатель работает на скорости 600 об/мин.
Моторный метод, разработанный в 1920-х годах, был первым методом определения октанового числа.
разработан. После его введения было введено много других методов. В течение
Было обнаружено, что с 1940-х по 1960-е годы один из этих методов, метод исследования,
более тесно коррелировать с топливом и транспортными средствами, которые тогда были доступны. Однако в
автомобили начала 1970-х годов, передвигающиеся по скоростным дорогам, такие как немецкий
Автобан, начал разрушать себя от скоростного стука. Было обнаружено, что
разница в оценках между исследовательским и моторным методом, известная как
топливо чувствительность тоже была важна. Чем больше топлива
чувствительность, тем хуже он работал с точки зрения стука в требовательности,
реальный мир, приложения.
Помните, что на насосах результаты мотора и номера исследований
усредненные вместе, чтобы получить значение, которое вы видите. Чувствительность топлива не
опубликовано. Высококрекинговое топливо имеет высокую чувствительность, в то время как парафиновое топливо
часто показывают почти нулевую разницу между ними. В то время как чувствительность топлива
не публикуется на насосе, это может быть ценным индикатором реального расхода топлива.
мировые октановые показатели. Помните, тесты на октановое число проводятся в лаборатории.
с помощью специального тестового движка; чем ниже чувствительность топлива, тем больше вероятность
дело в том, что топливо действительно будет вести себя так, как ожидалось. Как правило, чем ближе
топливо исследование рейтинг к опубликованному рейтингу надежнее
опубликован рейтинг. Поскольку двигательные и исследовательские методы в первую очередь различаются
с точки зрения входных параметров (тестовый движок одинаков для обоих), тем больше
Разница, которую проявляет топливо между своим двигателем и исследовательским тестом, будет связана с
к различиям во входных параметрах (температура впуска, время и т.
д.). Топливо, имеющее
октановое число, которое зависит от параметров впуска, считается более
«чувствительный.»
КАК ВЫ ОПРЕДЕЛЯЕТЕ ОКТАННОЕ ОБЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АВИАЦИОННОГО БЕНЗИНА?
Октановое число авиационного топлива измеряется не точно так же, как было автомобильное топливо.
И снова вы начинаете с вашего надежного двигателя ASTM-CFR. Сначала вы настраиваете
ASTM-CFR для метода двигателя и использовать этот метод для определения номинальной мощности двигателя.
вашего топлива. Затем вы корректируете этот рейтинг на рейтинг «Aviation Lean», используя
таблица преобразования. Моторное октановое число ниже примерно 110 (рабочее число 110),
октановые числа для самолетов и двигателей будут различаться всего на 1 или 2.
точки. При октановом числе выше 110 различия могут быть значительными. Далее вы тянете
вышла другая версия двигателя ASTM-CFR. У этого есть фиксированная компрессия
соотношение, но позволяет вам наддува впускного коллектора. Вы оказываете давление на
впуск до все более и более высоких значений до появления детонации.
Кроме этого,
параметры те же, что и для моторного метода, используемого для автомобилей.
Затем метод наддува используется для определения значения авиационного обогащения топлива.
Предположительно метод наддува (в отличие от изменения степени сжатия)
это возврат к 1950-е и 60-е годы, когда наддув был обычным явлением в самолетах.
двигатели. Инженеры были особенно обеспокоены поведением топлива.
под наддувом.
Из-за различных способов получения автомобильного и авиационного бензина
измеряется октановое число, нужно быть очень осторожным при сравнении абсолютных чисел. 100
октановое число avgas не равно 100-октановому автогазу (но близко!). Обратите внимание, что
обедненное число авиационного двигателя будет очень близко соответствовать его
требования к номинальной мощности двигателя для автогаза (могаза) (см. вышеприведенный параграф). Таким образом, когда
покупка автогаза для вашего 91/96 О-360, надо искать заправку
при котором мотор октановое число топлива не ниже 91.
Также следует соблюдать осторожность при обеднении двигателя, так как это может снизить его октановое число. требования, чтобы превзойти то, что может обеспечить автотопливо. Ищите автотопливо с октановым числом настолько выше нижнего авиационного октанового числа, насколько это возможно. Если вы можете получить тот, который находится на уровне или выше требования к богатому октану (чем выше номер), то вы должны быть в порядке.
Таким образом, двигатель, рассчитанный на авиацию 80/87, не должен иметь никаких проблем. работает на неэтилированном бензине с октановым числом 89 (или выше). Двигатели, рассчитанные на 91/96, должны работать на неэтилированный бензин с октановым числом не менее 91 (мотор), но обратите внимание, что это ниже, чем у богатого предельные требования (96) двигателя. Поэтому особенно критично ограничить наклон с такой комбинацией двигатель / топливо при работе на высокой мощности настройки.
КАК ПОЛУЧАЮТСЯ ОКТАНОВЫЕ ЧИСЛА ВЫШЕ 100?
Часто это делается путем чистой экстраполяции.
Однако более надежным методом является
с помощью так называемых показателей производительности. Короче говоря, они пришли к
путем определения мгновенного среднего эффективного давления в цилиндре (IMEP), используя
тестируемое топливо при максимальном наддуве, при котором , а не , вызывают детонацию.
Затем это число умножается на 100 и результат делится на IMEP.
на максимальном наддуве, не вызывающем стука на 100-октановом эквиваленте
топливо.
Обратите внимание, что технически не существует такого понятия, как октановое число выше 100. Если вы на вечеринке, избегайте фраз вроде «бензин с октановым числом 110», потому что люди встанут и уйдут от вас. Вместо этого вы должны сказать: «бензиновый с исполнительским номером 110». больше шампанского.
КАК СВИНЦОВЫЙ ВЛИЯЕТ НА ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО?
Тетраэтилсвинец повышает октановое число топлива не потому, что он добавляет больше
«октановое число» к топливу, а потому, что это делает детонацию топлива более высокой.
степень сжатия в ASTM-CFR. Согласно последним исследованиям, октановое число
рейтинги снижаются при использовании топлива, состоящего из длинных прямых углеводородных цепей.
(парафиновые топлива). Топлива с разветвленными углеводородными топливами и ароматическими топливами,
имеют более высокое октановое число.
Оксигенаты и алкилсвинец влияют на пути предпламенной реакции, замедляя ветвящиеся последовательности. Ранее считалось, что свинец (многие, в том числе и я) работают за счет замедления фронта пламени, что приводит к более медленному росту давления в цилиндр. Хотя общая скорость распространения фронта пламени влияет на октановое число рейтинги, свинец существенно на него не влияет.
КАКИЕ ДРУГИЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮТ НА ТРЕБОВАНИЯ К ОКТАНОВОМУ ЧИСЛУ?
Конструкция камеры сгорания, локальные горячие точки, скорость поршня и множество все другие факторы могут способствовать склонности двигателя к пингу.
Кроме того, в мире авиации экстремальные высоты и супер/турбо
зарядка влияет на октановое число.
Повышенное индукционное давление (например,
встретится в двигателе с турбонаддувом/наддувом) вызовет более быстрое
распространение фронта пламени. Аналогичным образом, пониженное давление выхлопных газов (как это произошло бы при
высота) также имеет тенденцию к увеличению скорости распространения фронта пламени. Оба из них
эффекты могут сочетаться с повышением требований к октановому числу, особенно на высоте.
Обратите внимание, что последний эффект также влияет на правильное соотношение топливо/воздух для BEST. ЭКОНОМ эксплуатация. Причина оставлена в качестве упражнения для читателя.
КАКОЕ октановое число дизельного топлива и/или реактивного топлива по сравнению с бензином?
Дизельное и Реактивное топливо (вместе с керосином) имеют, действительно, ужасных октановые числа; обычно около 15-25 октановых чисел. Они легко воспламеняются от высокая компрессия. Их использование в бензиновом двигателе быстро разрушит двигатель.
Дизельное топливо оценивается по его цетановому числу , которое определяется, как
октановое число, запустив топливо в испытательном двигателе.
Вместо гептана и изооктана
они используют нафталин (цетановое число = 0) и н-цетан (цетановое число = 100). В
сумма противоположна октановому числу, чем выше цетановое число, тем выше
склонность топлива к детонации!
Так же, как и при использовании топлива с октановым числом выше необходимого в газовом двигатель заставит вас задуматься, используя топливо с цетановым числом выше необходимое в дизельном двигателе ничего не дает. С другой стороны, при использовании топливо со слишком низким октановым числом в газовом двигателе приведет к повреждению двигатель, использование топлива со слишком низким цетановым числом дизельного двигателя будет просто привести к неровно работающему (или вообще не работающему) двигателю без каких-либо повреждений.
ЧТО ТАКОЕ С ДИЗЕЛЕМ?
Почему дизельные двигатели могут работать на низкооктановом топливе? Во всех бензиновых двигателях
(включая инжекторные бензиновые двигатели!) топливно-воздушная смесь присутствует в
цилиндра все время, пока поршень движется вверх при его сжатии
гладить.
Это означает, что он может быть воспламенен в любое время, в то время как мы хотим, чтобы он был
воспламеняется, когда загорается свеча зажигания, за некоторое время до самого верха
гладить. Кроме того, нам нужен хороший, равномерный, стабильный рост давления в цилиндре.
в результате возгорания. Это означает, что мы хотим, чтобы фронт пламени двигался
линейно от источника воспламенения (свечи зажигания) на другую сторону. Мы делаем
не допускать случайного возгорания в смеси, так как это может вызвать
слишком быстрое повышение давления, которое сведет на нет все наши расчеты о том, где
поршень должен быть и когда.
Во-первых, в дизельном двигателе НЕТ топлива в камере сгорания, т.к.
поршень начинает свой такт сжатия. Вместо этого топливо впрыскивается при высокой
давление (до 3000 фунтов на квадратный дюйм!) в камеру сгорания в тот самый момент, когда
желательно зажигание. В дизельном двигателе со степенью сжатия около 20:1
(по сравнению с 7:1 для многих современных газовых двигателей), теплота сжатия будет иметь
поднял температуру камеры сгорания до 1000-1500F.
Инъекция
время занимает около 0,002-0,004 секунды, в течение которых топливо самовозгорается
от тепла сжатия в нужное время. Тем не менее, дизельное топливо с
слишком низкое цетановое число может не воспламениться или воспламениться плохо, особенно на
холодные дни запуска холодного двигателя.
Второе важное отличие состоит в том, что дизели настроены на сжигание топлива в немного другим способом.
В газовом двигателе обычно настраивают так, чтобы смесь воспламенялась
до того, как поршень достигнет верхней точки хода. То, к чему вы стремитесь,
смесь должна полностью сгореть в верхней части хода — таким образом, сгорание
давление достигает максимума в верхней части хода и постепенно падает по мере
поршень движется вниз на рабочем такте (и увеличивает объем в
цилиндр). Дизели, с другой стороны, настроены на впрыск топлива очень близко к
верхней части такта сжатия. Самовозгорание топлива (самовоспламенение)
и, собственно, стучит так же, как и в бензиновом двигателе (отсюда и
классический дизельный «стук»).
Давление сгорания в дизеле увеличивается
равномерно по мере опускания поршня. В результате дизельный поршень «чувствует»
постоянное давление на него при перемещении поршня из верхней мертвой точки в нижнюю
мертвой точки, тогда как поршень нормально работающего бензинового двигателя «чувствует»
постоянно снижающееся давление по мере продвижения к нижней части хода.
конечным результатом является то, что дизель чувствует намного более низкое ПИКОВОЕ давление, в то время как давление поддерживал в течение более длительного периода. Бензиновый двигатель чувствует себя намного
более высокое пиковое давление, которое начинает падать сразу же по мере движения поршня
вниз. Смысл последнего в том, что он периодически работает очень
близки к возможностям основных металлов. Что угодно, например стук, который
еще больше увеличивает эти пиковые давления, что может выйти за пределы возможностей
основных металлов и привести к повреждению двигателя.
Стук в бензиновом двигателе обычно возникает на конец сгорания,
когда давление внутри цилиндра в результате искрового зажигания достигло
очень высокие значения — значения, достаточно высокие для самовоспламенения топлива.
Стук в дизеле происходит в начале сгорания как прямой результат только сжатия поршня. Это то, что позволяет дальнейшее сгорание по мере движения поршня вниз. Это продолжающееся сгорание удерживает цилиндр постоянное давление при движении поршня к НМТ.
ЧТО ОЗНАЧАЕТ ДЛЯ МЕНЯ НИЗКОЕ ОКТАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ?
В самом худшем случае, если топливо имеет слишком низкое октановое число, это может самовозгорание до свеча зажигания загорается из-за повышения температуры от тепла сжатия или от горячих точек в самом цилиндре. Такого рода зажигания называется до -зажигание (в отличие от детонации) и является патологический случай, который просто превратит двигатель в металлолом. Дизельное топливо настолько низким октановым числом, что смешивание его с бензином может вызвать преждевременное зажигание!
Обычно происходит то, что мы обычно называем стуком или писком.
топливно-воздушная смесь не воспламеняется до зажигания свечи зажигания, но воспламеняется
спонтанно после этого.
Свеча зажигания срабатывает, и это вызывает немедленное,
быстрое повышение давления в камере сгорания. Это вызывает топливо на другой стороне
фронта пламени воспламениться до того, как фронт пламени достигнет его. В свою очередь, это
приводит к еще более быстрому росту давления в камере сгорания. В результате
взрыв внутри камеры сгорания в отличие от желаемого быстрого горения.
ЧТО ОЗНАЧАЕТ ДЛЯ МЕНЯ ВЫСОКОЕ ОКТАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ?
Высокое октановое число гарантирует, что потребуется ДЕЙСТВИТЕЛЬНО горячий источник зажигания. зажечь топливо (например, свечу зажигания или сам фронт пламени), а не только повышение давления и температуры в результате нормального сгорания. Обратите внимание, что тепловое повышение в цилиндре прямо пропорционально степень сжатия двигателя (подробнее ниже). Чем выше степень сжатия, тем выше октановое число топлива, которое необходимо.
Опять же, если смесь в бензиновом двигателе воспламеняется раньше свечи зажигания
возгорания, мы называем это «преждевременным зажиганием».
Преждевременное зажигание может повредить двигатель до того, как вы
закончить чтение этого предложения. Повторяю, что нас действительно беспокоит, так это
называется «стук» и это самовоспламенение топливно-воздушной смеси впереди
фронта пламени в результате повышения давления в баллоне, вызванного
начало воспламенения (вызванное возгоранием свечи зажигания).
ЧТО О САМОЛЕТЕ?
Теперь вернемся к самолетам. Мы хотим производить авиационные двигатели со следующими характеристики:
1. Очень высокое соотношение мощности и веса2. Низкий удельный расход топлива (поэтому нам не нужно возить с собой тяжелые топливо)
Самый простой способ сделать это, не привлекая много сложной техники, может выйти из строя и добавить вес, стоит поднять степень сжатия двигателя. Ан КПД двигателя прямо пропорционален его степени сжатия. К сожалению, повышение степени сжатия означает необходимость защиты от стук/детонация. как нам это сделать? Мы используем высокооктановое (100 октановое число) топливо!
Как использование более высокого октанового числа может повлиять на топливную промышленность — Kendrick Oil
Исследования показали, что если бы большинство стандартных американских автомобилей заправлялись бензином с более высоким октановым числом, автомобильная промышленность могла бы сократить выбросы вредных парниковых газов.
Производя ежегодно на 35 000 000 тонн парниковых газов меньше, отрасль может сэкономить 6 000 000 000 долларов на расходах на бензин.
В другом исследовании, опубликованном в журнале «Наука об окружающей среде и технологии», рассматривается ситуация, при которой газ производится с измененным октановым числом. Этот рейтинг измеряет, насколько хорошо топливо противостоит детонации двигателя при сгорании.
Следующая информация подробно описывает, как будет выглядеть переход на более высокое октановое число, а также преимущества для топливной промышленности и окружающей среды.
Переход на более высокое октановое число
В настоящее время в США октановое число автомобильных двигателей обычно начинается с 87 для обычного бензина и доходит до 93 для бензина премиум-класса. Эти цифры обычно указаны на насосе. Газы с более высокими показателями менее подвержены детонации двигателя.
Предлагаемые новые октановые числа рекомендуют начинать с бензинового класса 93 для обычного топлива и повышения класса премиум до 98.
В исследовании утверждается, что повышение этих классов бензина, которые все еще могут потребляться современными двигателями, может также позволить нефтеперерабатывающим заводам производить бензин с более высоким октановым числом. Это, в свою очередь, может побудить конструкторов автомобилей создавать автомобили, использующие бензин с более высоким октановым числом, что может привести к созданию более экономичных автомобилей.
Эффективность газового двигателя можно определить по октановому числу топлива. Теория, созданная исследователями Массачусетского технологического института, заключается в том, что если производители осознают, что бензин имеет более высокое октановое число, они, вероятно, создадут двигатели с большей степенью сжатия. Это сделало бы автомобили меньше и более экономичными.
Чтобы определить экономический и экологический эффект автомобилей с более высоким октановым числом, исследователи Массачусетского технологического института сначала разработали целый парк автомобилей.
Автомобили тестировались как на обычном, так и на высокооктановом топливе. По их оценкам, на внедрение пересмотренных октановых чисел уйдет около трех лет. Автопроизводителям потребуется еще пять лет, чтобы модернизировать свои моторы, чтобы они соответствовали новым требованиям. С учетом этих ограничений аналитики предсказали, что к 2040 году 80% всех стандартных американских автомобилей можно будет адаптировать для высокооктанового бензина.
Преимущества высокооктанового топлива
Аналитики также оценили экологические и экономические издержки перехода на высокооктановое топливо. Они смоделировали процесс переработки нефти и работу автомобиля, а затем протестировали последующие выбросы CO2. Исследователи обнаружили, что автомобили, работающие на бензине с более высоким октановым числом, будут работать более эффективно, потребляя до 4,5% меньше топлива. Это привело к ожидаемой экономии чуть более 6 000 000 000 долларов в год к 2040 году.
Согласно результатам моделирования нефтепереработки, команда обнаружила, что создание высокооктанового газа повысит выброс парниковых газов на НПЗ на 6%.
На самом деле это довольно мало по сравнению с общим количеством выбросов, выделяемых при производстве топлива.
Исследования учитывали выбросы, возникающие в результате таких процессов, как добыча сырой нефти, ее транспортировка на нефтеперерабатывающие заводы и сжигание в двигателях транспортных средств. Они определили, что парк автомобилей с более высоким октановым числом будет сокращать выбросы CO2 в целом на 35 000 000 тонн каждый год, в основном за счет более экономичных автомобильных двигателей. Это будет отражать снижение выбросов CO2 на 3-4%.
В заключение аналитики Массачусетского технологического института определили, что пересмотр октанового числа американского бензина окажет глубокое влияние как на экономику, так и на окружающую среду. На самом деле изменение системы потребует времени и согласия многочисленных групп. Многие из этих групп состоят из инвесторов, которым придется прийти к соглашению. Есть надежда, что доказательство этих реальных экономических выгод поможет инвесторам понять, что большинство представителей отрасли выиграют от этого изменения.