Введение
Топливо - это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии.
Вообще, формулировка «топливо» включает все вещества, которые дают при сжигании большое количество теплоты. Наиболее распространены в природе и добываются промышленным способом такие виды топлива, как нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут, дизельное топливо), уголь, природный горючий газ, древесина
В данной исследовательской работе мы рассмотрим автомобильные виды топлива, а так же его влияния на долговечность ДВС.
Виды топлива и их свойства
Основные виды топлива для автомобилей - продукты переработки нефти - бензины и дизельные топлива. Они представляют собой смеси углеводородов и присадок, предназначенных для улучшения их эксплуатационных свойств. В состав бензинов входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 «С, а в состав дизельных топлив - углеводороды, выкипающие в пределах 180…360 «С.
Бензины в силу своих физико-химических свойств применяются в двигателях с принудительным зажиганием (от искры). Более тяжелые дизельные топлива вследствие лучшей само воспламеняемости применяются в двигателях с воспламенением от сжатия, т.е. дизелях.
К автомобильным бензинам предъявляются следующие требования:
•бесперебойная подача бензина в систему питания двигателя;
•образование топливовоздушной смеси требуемого состава;
•нормальное (без детонации) и полное сгорание смеси в двигателях;
•обеспечение быстрого и надежного пуска двигателя при различных температурах окружающего воздуха;
•отсутствие коррозии и коррозионных износов;
•минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах, камере сгорания;
•сохранение качества при хранении и транспортировке;
•минимизация вредных выбросов в атмосферу.
Для выполнения этих требований бензины должны обладать рядом свойств. Рассмотрим наиболее важные из них.
Карбо-анионные свойства. Бензин, подаваемый в систему питания смешивается с воздухом и образует топливовоздушную смесь. Для полного сгорания необходимо обеспечить однородность смеси с определенным соотношением паров бензина и воздуха.
На протекание процессов смесеобразования влияют следующие физико-химические свойства.
Плотность топлива - при +20С должна составлять 690…750 кг/м. При низкой плотности поплавок карбюратора тонет и бензин свободно вытекает из распылителя, пере обогащая смесь. Плотность бензина со снижением температуры на каждые 10С возрастает примерно на 1%.
Вязкость - с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до -40°С расход бензина через жиклер меняется на 20…30%.
Испаряемость - способность переходить из жидкого состояния в газообразное. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе.
Давление насыщенных паров - чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Бензины с высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах.
Низкотемпературные свойства - характеризуют работоспособность топливоподающей системы зимой. При низких температурах происходит выпадение кристаллов льда в бензине и обледенение деталей карбюратора. В бензине в растворенном состоянии находится несколько сотых долей процента воды. С понижением температуры растворимость воды в бензине падает, и она образует кристаллы льда, которые нарушают подачу бензина в двигатель.
Сгорание бензина. Под «сгоранием» применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500…2400°С.
Теплота сгорания (теплотворная способность) - количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или твердого и м3 газообразного топлива.
От теплоты сгорания зависит топливная экономичность: чем выше теплота, тем меньше топлива необходимо для м смеси.
Нормальное и детонационное сгорание. При нормальном сгорании процесс протекает плавно с почти полным окислением топлива и скоростью распространения пламени 10 - 40 м/с. Когда скорость распространения пламени возрастает и достигает 1500-2000 м/с, возникает детонационное сгорание, характеризующееся неравномерным протеканием процесса, скачкообразным изменением скорости движения пламени и возникновением ударной волны.
Детонация вызывается самовоспламенением наиболее удаленной от запальной свечи части бензина-воздушной смеси, горение которой приобретает взрывной характер. Условия для детонации наиболее благоприятны в той части камеры сгорания, где выше температура и больше время пребывания смеси. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков - результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн.
Отечественная промышленность выпускает бензины следующих марок; А-76, А-80, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98.
Маркировка бензинов включает одну или две буквы и цифру: буква «А» - бензин автомобильный, «И» - исследовательский метод определения 04 (если нет «И» - то моторный), цифра указывает на октановое число.
Автомобильные бензины, за исключением марки АИ-98, подразделяются на виды:
летний - для применения во всех районах, кроме северных и северовосточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всего года;
зимний - для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах; в остальных районах - с 1 октября до 1 апреля.
Дизельные топлива
Дизельные двигатели в силу особенностей рабочего процесса на 25-30% экономичнее бензиновых двигателей, что и предопределило их широкое применение. В настоящие время они устанавливается на большинство грузовых автомобилей и автобусов, а также на часть легковых.
Эксплуатационные требования к дизельным топливам (ДТ):
•бесперебойная подача топлива в систему питания двигателя;
•обеспечение хорошего смесеобразования;
•отсутствие коррозии и коррозионных износов;
•минимальное образование отложений в выпускном тракте, камере сгорания, на игле и распылителе форсунки;
•сохранение качества при хранении и транспортировке. Наиболее важными эксплуатационными свойствами дизельного топлива являются его испаряемость, воспламеняемость и низкотемпературные свойства.
•минимизация вредных выбросов в атмосферу.
Температура вскипания 96% топлива регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов.
Воспламеняемость ДТ характеризует его способность к самовоспламенению в камере сгорания. Это свойство в значительной мере определяет подготовительную фазу процесса сгорания - период задержки воспламенения, который в свою очередь складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешение паров потлива с воздухом (физическая составляющая), а также времени, необходимого для завершения пред пламенных реакций и формирование очагов самовоспламенения (химическая составляющая).
Низкотемпературные свойства. При низких температурах высокоплавкие углеводороды, прежде всего нормальные парафины, кристаллизуются. По мере понижения температуры дизельное топливо проходит через три стадии; вначале мутнеет, затем достигает так называемого предела фильтруемой и, наконец, застывает. Связано это с тем, что сначала в топливе появляются разрозненные кристаллы, которые оседают на фильтрах и ухудшают подачу топлива. При дальнейшем охлаждении теряется подвижность нефтепродуктов вследствие образования из кристаллизующихся углеводородов каркаса.
Температурой помутнения называют температуру, при которой топливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов углеводородов и льда. Бесперебойная работа двигателя обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5-10°С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль.
Температурой застывания называют температуру, при которой ДТ теряет подвижность.
Ассортимент ДТ:
•ДЛ - дизельное летнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже 0 «С;
•ДЗ - дизельное зимнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -30 «С;
•ДА - дизельное арктическое - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -50 «С.
Газообразные топлива
По физическому состоянию горючие газы делятся на две группы: сжатые и сжиженные. Если критическая температура углеводородов ниже обычных температур при эксплуатации автомобилей, то их применяют в сжатом виде, а если выше-то в сжиженном виде под давлением 1,5-2,0 МПа.
Требования к газообразным топливам:
•обеспечение хорошего смесеобразования;
•высокая калорийность горючей смеси;
•отсутствие коррозии и коррозионных износов;
•минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах;
•сохранение качества при хранении и транспортировании;
•низкая стоимость производства и транспортирования.
Промышленность выпускает СНГ для автомобилей двух марок:
•СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая зимняя;
•СПБТЛ - … летняя.
В состав СНГ добавляют специальные вещества (одоранты), имеющие сильный запах, т.к. СНГ не имеет ни цвета не запаха, и обнаружить их утечку сложно. Для этой цели используют этилмеркаптан C2H4SH, имеющий резкий неприятный запах, который ощущается уже при концентрации 0,19 г. на 1000 м3 воздуха.
Иногда утечку удается определить на слух или с помощью приборов.
Эксплуатационные свойства автомобилей с газовыми двигателями, работающими на СНГ, в сравнении с автомобилями, работающими на бензине, оцениваются следующим образом:
•пусковые качества до -5 «С равноценны; при более низких температурах запуск холодного двигателя затруднен;
•показатели динамичности автомобиля ухудшается на 5…8%;
•повышается мощность и улучшается топливная экономичность двигателей, так как детонационная стойкость СНГ выше (04 выше 100 единиц), чем у бензина, и можно форсировать двигатель по степени сжатия;
•снижается токсичность отработавших газов: по окиси углерода - в 3…4 раза, по окислам азота - в 1,2…2,0 раза, по углеводородам - в 1,2…1,4 раза;
•периодичность смены масла увеличивается в 2,0…2,5 раза;
•межремонтный ресурс двигателя увеличивается в 1,4…2,0 раза;
•трудоемкость ТО и Р возрастает на 3…5%, но эти затраты перекрываются экономией от увеличения межремонтного ресурса двигателей.
В настоящее время выпускаются газобаллонные автомобили двух типов: со специальными двигателями, предназначенными для работы на СНГ и имеющими резервную систему питания для кратковременной работы на бензине; с универсальными двигателями, допускающими работу как на СНГ, так и на бензине (у автомобилей этой группы мощность снижается примерно на 10%).
Сжатые газы. Основные компоненты - метан СН», окись углерода СО и водород Нз. Получают из горючих газов различного происхождения - природных, попутных нефтяных, коксовых и других. Их называют сжатыми природными газами или СПГ. Содержание метана в СПГ составляет 40… 82%. Критическая температура метана составляет -82°С, поэтому без охлаждения СПГ перевести в жидкое состояние нельзя. Существует две марки СПГ - А и Б, которые отличаются содержанием метана и азота
Газобаллонные установки для СПГ рассчитаны на работу при давлении 19,6 МПА. Баллоны для СПГ изготавливаются толстостенными и имеют большую массу. Так, батарея из 8 50-литровых баллонов весит более 0,5 т. Следовательно, существенно снижается грузоподъемность автомобиля. Кроме того пробег автомобиля на одной заправке при работе на СПГ в 2 раза меньше, чем на бензине. Более перспективна криогенная технология хранения СПГ в сжиженном виде.
Метан легче воздуха, поэтому при утечках скапливается в верхней части помещения.
Метан имеет высокую детонационную стойкость, поэтому двигатели можно форсировать по степени сжатия.
СПГ воспламеняется в камере сгорания при температуре 635…645°С, что значительно выше температуры воспламенения бензина. Это затрудняет пуск двигателя, особенно при низких температурах воздуха. В то же время по опасности воспламенения и пожароопасносности они значительно безопаснее бензина.
Преимущества СПГ перед бензинами:
•повышается срок службы моторного масла в 2,0…3,0 раза;
•увеличивается ресурс двигателя на 35…40% вследствие отсутствия нагара на деталях цилиндро-поршневой группы;
•увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания;
•на 90% снижается выброс вредных веществ с отработавшими газами, особенно СО. Недостатки СПГ:
•цена автомобиля возрастает примерно на 27%;
•трудоемкость ТО и ТР возрастает на 7…8;
•мощность двигателя снижается на 18…20%, время разгона увеличивается на 24…30%, максимальная скорость уменьшается на 5…6%, максимальные углы преодолеваемых подъемов уменьшаются на 30…40%, эксплуатация автомобиля с прицепом затрудняется;
•дальность ездки на одной заправке не превышает 200…250 км;
•грузоподъемность автомобиля снижается 9…14%.
С учетом достоинств и недостатков автомобилей, работающих на СПГ, определена область их рационального использования - перевозки в крупных городах и прилегающих к ним районах.
Однако в последние годы большое количество водителей жалуются на некачественное топливо и небезосновательно беспокоятся за собственный транспорт.