Калильное зажигание

В двигателях с высокой степенью сжатия иногда возникает так называемое калильное зажигание или воспламенение смеси от нагретых поверхностей.

Калильное зажигание – неуправляемое воспламенение топливовоздушной смеси под воздействием раскалённого тела. В зависимости от инициатора воспламенения различают:

– зажигание тлеющим нагаром;

– зажигание перегретыми деталями.

Наиболее характерным проявлением калильного зажигания является неравномерная, рывками работа двигателя после выключения зажигания. Калильное воспламенение смеси при работе двигателя вызывает преждевременное возгорание рабочей смеси в процессе такта сжатия. Неуправляемое развитие процесса горения приводит к негативным последствиям:

– появлению стука;

– нарушению плавного хода работы двигателя;

– перегреву двигателя;

– снижению мощности двигателя;

– возникновению детонации;

– износу и разрушению деталей цилиндро-поршневой группы при интенсивном калильном зажигании.

Зажигание тлеющим нагаром – происходит в основном при переходе двигателя с режима малых нагрузок, способствующих накоплению нагара в камере сгорания, на режим высоких нагрузок, при которых удаляется нагар. Отделяющиеся тлеющие частицы нагара являются источниками воспламенения смеси. Зажигание тлеющим нагаром длится несколько десятков секунд, в течение которых происходит выгорание нагара. Такое зажигание взаимосвязано с детонацией. Детонационные волны механически снимают нагар со стенок камеры сгорания, вызывая этим калильное зажигание. При этом вследствие увеличения количества очагов воспламенения и горения, скорость сгорания смеси также увеличивается. Детонация прекращается по окончании выноса частиц нагара из камеры сгорания. Интенсивность калильного зажигания увеличивается при наличии в нагаре окислов металлов, например входящих в состав антидетонаторов.

Калильное зажигание перегретыми деталями отличается от зажигания тлеющим нагаром, имеющего временный характер. Зажигание перегретыми деталями характеризуется прогрессивным самоувеличением по причине повышения температуры газа в цилиндре и увеличения продолжительности пребывания деталей при высоких температурах.

Обычно источником такого зажигания являются центральные электроды и юбки изоляторов свечей зажигания.

Для борьбы с неуправляемым воспламенением за рубежом применяются антикалильные присадки на основе фосфоросодержащих соединений. Их используют главным образом в этилированных бензинах. Действие этих присадок связано с их реакцией с продуктами сгорания тетраэтилсвинца (антидетонационной присадки) и образованием фосфатов свинца, имеющих более высокую температуру воспламенения (активного «зажигания») по сравнению с окислами свинца [1].

Конструктивные и эксплуатационные факторы, влияющие на процесс сгорания

Влияние любого фактора связано, прежде всего, с изменением температуры, давления, состава бензовоздушной смеси, гидродинамических характеристик среды, времени развития всего процесса и отдельных его стадий.

Рассмотрим основные факторы.

1. С увеличением степени сжатия возрастают термический, индикаторный и эффективный КПД, а вместе с этим и мощность двигателя. Однако при этом повышаются температура и давление топливовоздушной смеси. Это способствует возникновению детонации при применении бензинов с недостаточной детонационной стойкостью. Степень сжатия – основной фактор, влияющий на возникновение детонации.

2. Форма камеры сгорания и расположение в ней свечи обуславливают характер изменения поверхности фронта пламени и его распространение, т. е. скорость горения. Для создания условий нормального сгорания начальные стадии горения необходимо осуществлять в наиболее нагретой части камеры сгорания, а завершаться процесс должен в наименее нагретой зоне.

3. Увеличение геометрических размеров камеры сгорания способствует детонационному сгоранию. Это обусловлено недостаточным охлаждением сжатой смеси на периферии камеры. Кроме того, увеличивается длина пути фронта пламени от свечи до отдельных участков камеры сгорания. В целях сокращения длины пути фронта пламени в ряде двигателей вместо одной устанавливают две свечи зажигания в разные места камеры сгорания.

4. Теплопроводность материала камеры сгорания и эффективность работы системы охлаждения оказывают влияние на отвод тепла и, соответственно, на температуру газов в цилиндре двигателя. Применение материалов с высокой теплопроводностью позволяет уменьшить склонность бензинов к детонационному сгоранию и увеличить степень сжатия топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя.

5. Наиболее нагретой деталью в головке блока цилиндров является выпускной клапан, температура которого может достигать 750…800 °С. Влияние выпускного клапана на образование перекисей, а следовательно, и детонацию существенно. На двигателе ЗИЛ-130 для снижения температурного режима выпускной клапан, он имеет натриевое наполнение.

6. Теплопроводность нагара на поршне и головке цилиндра примерно в 50 раз меньше теплопроводности металла. Вследствие перегрева поршня и головки блока температура в камере сгорания повышается. При сильном нагарообразовании уменьшается объём камеры сгорания, т. е. увеличивается степень сжатия. Всё это способствует образованию перекисей, увеличивая детонацию. Такое же влияние оказывает отложение накипи на стенках рубашки охлаждения.

7. С увеличением угла опережения зажигания максимальное давление при сгорании увеличивается, а максимум давления в камере сгорания приближается к ВМТ, что улучшает мощностные характеристики двигателя. Горение начинается при более низких температурах и давлении, но заканчивается при более высоких, что способствует возникновению детонации. Чем больше угол опережения зажигания, тем вероятнее детонационное сгорание смеси. Одним из способов борьбы с детонацией является уменьшение угла опережения зажигания. Однако при слишком позднем зажигании сильно увеличиваются температура и давление газов в цилиндре к моменту открытия выпускных клапанов (третья фаза сгорания). Это приводит к перегреву выпускного коллектора, падению мощности и экономичности двигателя.

8. Коэффициент избытка воздуха оказывает влияние на скорость сгорания рабочей смеси и количество выделяющегося при этом тепла. Максимальная мощность двигателя достигается при . Дальнейшее обогащение рабочей смеси снижает мощность двигателя, но одновременно уменьшает интенсивность детонации. При достигается максимальная температура газов в цилиндре двигателя, т. е. наибольшая опасность возникно-вения детонации.

9. С повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя усиливается турбулентность среды, повышается содержание продуктов сгорания в рабочей смеси, уменьшается время, отводимое на процесс сгорания. Всё это уменьшает детонацию, несмотря на некоторое повышение температуры и давления рабочей смеси.

10. Влияние атмосферных условий на процесс горения существенно. Изменение атмосферного давления и влажности воздуха вызывает соответствующие изменения давления и влажности смеси, поступающей в цилиндры. Повышение атмосферного давления увеличивает детонацию и наоборот. С повышением влажности воздуха уменьшается давление сухого воздуха, поступающего в двигатель, и возрастает количество водяного пара в рабочей смеси. Опыт показывает, что увеличение влажности воздуха в значительной степени уменьшает интенсивность детонации [5].

Всё вышеизложенное позволяет сформулировать требования к качеству автомобильных бензинов:

– оптимальные антидетонационные свойства на бедных и богатых смесях при различных режимах работы двигателя;

– хорошая испаряемость, обеспечивающая:

а) лёгкий пуск двигателя при низких температурах без последующего образования паровых пробок;

б) быстрый прогрев и высокую приемистость (резкий переход от низких на высокие обороты);

в) полноту сгорания.

– надёжная прокачиваемость в различных условиях эксплуатации, отсутствие выделяемой твёрдой фазы при низких температурах;

– высокая стабильность физико-химических свойств при хранении и применении;

– отсутствие склонности к образованию отложений в системе питания двигателя;

– нейтральность к конструкционным материалам бензинов и продуктов их сгорания;

– безопасность в обращении;

– экологичность;

– дешевизна и широкая сырьевая база;

– цветовая индикация ядовитых присадок.

2.2. Основные эксплуатационные свойства бензинов

Основными эксплуатационными свойствами бензинов являются:

– прокачиваемость;

– испаряемость;

– детонационная стойкость;

– склонность к отложениям;

– коррозионные свойства.

1. Прокачиваемостьбензинов характеризуют такие их физико-химические показатели, как вязкость, содержание механических примесей и воды и давление насыщенных паров.

От вязкости зависит количество топлива, протекающего через жиклёры карбюратора, т. е. поступающего непосредственно в цилиндры двигателя. Бензины обладают наименьшей вязкостью из всех нефтяных углеводородных топлив: 0,4–0,8 сСт при 20 °С и 12–15 сСт при минус 40 °С. Такие значения обеспечивают надёжную подачу бензина по системе питания двигателей с воспламенением от искры. Ввиду значительного запаса надёжности по подаче у товарных бензинов вязкость не нормируется.

Механические примеси могут попадать в бензин при обращении с ним в виде пыли, песка, окалины и т. п. Механические примеси в бензине не допускаются, так как они могут вызвать засорение фильтров и жиклёров и этим нарушить подачу топлива. Примеси абразивного типа, например песок, попадая в камеру сгорания вместе с рабочей смесью, вызывают дополнительный износ деталей цилиндро-поршневой группы двигателя.

Вода может попадать в бензин аналогично примесям, а также за счёт конденсации паров воды из воздуха при попадании воздуха в бак во время его опорожнения. Наличие воды особенно опасно при отрицательных температурах, так как образующиеся кристаллы льда могут в значительной степени затруднить, а то и вовсе прекратить подачу бензина по системе питания двигателя. Нарушение подачи бензина из-за выделения из него высокоплавких углеводородов и кристаллов льда определяются составом бензина и возможны лишь при очень низких температурах. Поэтому температура начала кристаллизации для автомобильных бензинов не нормируется.

В некоторых случаях подача бензина может быть нарушена или вообще прекратиться из-за образования в топливной системе паровых или паровоздушных пробок. Об этом судят по давлению насыщенных паров. Чем выше давление насыщенных паров, тем интенсивнее испаряется бензин. Если давление насыщенных паров сравняется с внешним давлением, бензин вскипает. Величина давления насыщенных паров зависит от температуры. С повышением температуры увеличивается опасность возникновения паровых и паровоздушных пробок. Поэтому давление насыщенных паров у автомобильных бензинов ограничено:

– для летних бензинов – 500 мм рт. ст. (66 661 Па);

– для зимних бензинов – 700 мм рт. ст. (93 325 Па).

2. Испаряемость бензинов влияет на лёгкость пуска холодного двигателя, продолжительность прогрева и устойчивость работы двигателя. От испаряемости зависит полнота сгорания и эффективность применения бензина. Испаряемость бензина характеризуют такие его физические показатели, как фракционный состав, давление насыщенных паров, теплопроводность, теплоёмкость и скрытая теплота испарения.

Фракционный состав наиболее полно характеризует испаряемость топлива, показывает зависимость между температурой и количеством фракций, выкипающих при этой температуре. Оценивают фракционный состав по показателям: температуре начала перегонки (кипения), температурам перегонки 10, 50, 90% и температуре конца перегонки (кипения), а также по остатку в колбе.

При пуске холодного двигателя частота вращения коленчатого вала, как правило, незначительна и колеблется от 40–50 мин^-1 (вручную) до 100–150 мин^-1 (от стартера). Скорость воздушного потока в диффузоре карбюратора всего 3–4 м/с. Образующиеся капельки бензина велики, площадь, а следовательно, и интенсивность испарения малы. Смесь оказывается переобеднённой ( ), тогда как в пересчёте на всё расходуемое при этом количество бензина . Для устранения этого явления горючую смесь искусственно обогащают до за счёт прикрытия воздушной заслонки карбюратора при открытых жиклёрах. Работают почти все системы карбюратора. При этом в пересчёте на всё поданное горючее коэффициент избытка воздуха составляет 0,1–0,2, а в цилиндры попадает в испарившемся виде лишь около 10% бензина при температуре 0 °С [4,10]. Поэтому во избежание переобогащения смеси по мере прогрева двигателя воздушную заслонку карбюратора приоткрывают до полного открытия при полностью прогретом двигателе. Чем ниже температуры начала кипения (t_нк) и выкипания 10% фракции (t_10%), тем легче пустить холодный двигатель.

Возможность пуска холодного двигателя при данных температурах окружающего воздуха, начала кипения и выкипания 10% фракций определяют по эмпирической формуле [10]

.

Зависимость между температурой перегонки 10% бензина и его пусковыми свойствами можно выразить графически (рис. 2.3).

Температура начала кипения летнего бензина нормируется стандартом в 35 °С, зимнего не нормируется, а выкипание 10% бензина должно происходить при температурах 55 °С у зимнего и 70 °С у летнего. Как уже отмечалось, чем ниже эти значения, тем легче пустить холодный двигатель. Но при значениях, ниже указанных, возможно образование паровых и паровоздушных пробок в топливной системе.

Рис. 2.3. Зависимость между температурой перегонки 10% бензина и его пусковыми свойствами:

1 – легкий пуск двигателя; 2 – затруднённый пуск; 3 – пуск практически невозможен.

Качественные бензины зимнего вида обеспечивают пуск двигателя при температурах воздуха до минус 30 °С.

Продолжительность прогрева определяют как интервал времени от пуска двигателя до такого состояния, когда на режиме холостого хода достигается практически полное испарение бензина во впускном трубопроводе. При этом температура горючей смеси повышается за счёт начавшегося обогрева впускного коллектора и достигает около впускных клапанов 30…35 °С.

На продолжительность прогрева особенно сильное влияние оказывает температура перегонки 50 °С бензина (t_50%). Чем ниже эта температура, тем легче и полнее происходит испарение бензина при низких температурах и быстрее прогревается двигатель (табл. 2.2).

Таблица 2.2.

Влияние средней температуры перегонки бензина

на продолжительность прогрева двигателя

Для экономии горючего и сокращения продолжительности прогрева двигателя в зимнее время необходимо утеплять капот автомобиля и прикрывать жалюзи радиаторов.

Наряду с продолжительностью прогрева температура перегонки 50% фракций сильно влияет и наприемистостьдвигателя, т. е. быстроту перехода двигателя от малых оборотов на режим максимальной мощности. При резком открытии дроссельной заслонки в диффузор карбюратора и далее во впускной трубопровод поступает большое количество холодного воздуха. Условия испарения бензина ухудшаются, горючая смесь сильно обедняется. Для восстановления теплового равновесия и улучшения испарения бензина требуется время. Чем ниже температура перегонки 50% бензина, тем быстрее (при прочих равных условиях) восстановится тепловое равновесие и необходимый состав горючей смеси, а двигатель выйдет на режим максимальной мощности.

Для устойчивого, без перебоев, перехода двигателя от низких оборотов к максимальным температура перегонки 50% бензина должна быть: у летнего бензина – не выше 115 °С, у зимнего – не выше 100 °С (АИ-95 – 120 и 105 °С соответственно).

Неиспарившийся бензин не сгорает, смывает масло со стенок цилиндров и, попадая в картер, снижает вязкость моторного масла. Смазочные свойства масла ухудшаются, температура вспышки паров масла снижается. Масло начинает гореть в цилиндрах, образуя нагар и вызывая перерасход масла. Такое влияние максимально у непрогретого двигателя.

Количество неиспарившегося бензина, т. е. полнота сгорания бензина характеризуется температурой перегонки 90% фракций (t_90%). С повышением этой температуры, а также (и особенно!) температуры конца кипения увеличивается не только износ двигателя, но и относительный расход бензина (рис. 2.4.).

Рис. 2.4. Влияние испаряемости бензина на мощность двигателя N_эф и расход горючего g_эф

По мере износа двигателя, особенно цилиндропоршневой группы, сильно возрастает расход горючего (табл. 2.3.).

Таблица 2.3.

Влияние температуры конца кипения на износ

двигателя и расход бензина

Температуры перегонки 90% и конца кипения бензина для обеспечения оптимальных условий работы двигателя должны быть: выкипание 90% для летнего бензина – не выше 180 °С, для зимнего – не выше 160 °С. Температуры конца перегонки – 195…205 °С и 185…195 °С соответственно. Специальными исследованиями установлена, а длительной эксплуатацией карбюраторных двигателей подтверждена непосредственная связь между фракционным составом бензина и работой двигателя. Эта связь устанавливается на основе эксплуатационной оценки бензинов по их фракционному составу. Для этой оценки используют номограмму (рис. 2.5.). На ней по горизонтальной оси отложены температуры характерных точек разгонки топлива, а по вертикальной – температуры наружного воздуха t_в в интервале от 60 до минус 30 °С. Всё поле номограммы разделено на три зоны, соответствующие колебаниям возможных температур у современных бензинов, при которых отгоняется 10; 50 и 90% фракций. Эти температуры характеризуют соответственно: пусковые свойства бензина; обеспечение быстрого прогрева и хорошей приемистости; влияние бензина на степень разжижения моторного масла в картере двигателя.

Влияние давления насыщенных паров, теплопроводности, теплоёмкости и скрытой теплоты испарения на работу двигателя рассмотрено выше.

Рис. 2.5. Номограмма для эксплуатационной оценки бензинов по данным их разгонки.

Области: 1 – возможного образования паровых пробок; 2 – легкого пуска двигателя; 3 – затруднённого пуска двигателя; 4 – практически невозможного пуска холодного двигателя; 5 – быстрого прогрева и хорошей приемистости; 6 – медленного прогрева и плохой приемистости; 7 – незначительного разжижения масла в картере; 8 – заметного разжижения масла в картере; 9 – интенсивного разжижения масла в картере.

3. Детонационная стойкостьавтомобильных бензинов характеризует их способность обеспечить работу двигателя без детонации.

Оценивают детонационную стойкость по октановому числу.

Октановое число – условная величина, численно равная процентному (по объёму) содержанию изооктана (2, 2, 4–триметил пентана) в такой его смеси с нормальным гептаном, которая по своей детонационной стойкости в стандартных условиях испытания на специальных моторных установках эквивалентна испытуемому топливу. При этом детонационная стойкость изооктана условно принята за 100 единиц, а нормального гептана – за 0.

Интересно, что детонационная стойкость нормального октана (с рядным расположением атомов углерода) ниже 0 [4].

Для автомобильных бензинов нормируется октановое число, определяемое по моторному (ОЧМ) и исследовательскому (ОЧИ) методам. Детонационную стойкость как важнейший показатель качества указывают первым пунктом, причём указывают оба значения.

Определяют октановые числа на специальной одноцилиндровой моторной установке УИТ-65. Методы отличаются режимами испытания – нагрузка, частота вращения коленчатого вала, температура охлаждающей жидкости, температура и влажность воздуха и т. д.

Моторный метод моделирует работу двигателей на форсированных режимах при длительных нагрузках, характерных для работы машин в загородных условиях.

Исследовательский метод моделирует работу двигателей при меньшей напряжённости, характерную для городских условий – частые остановки, неполная загрузка, ограничения по скорости движения и т. п.

Октановые числа одного и того же бензина, определённые моторным и исследовательским методом, различаются между собой. Например, для бензина АИ-95 с октановым числом по исследовательскому методу 95 единиц, детонационная стойкость, определённая по моторному методу, будет равна 85 единицам. Разность между октановыми числами, определёнными по исследовательскому и моторному методам называется чувствительностью бензина.

Установлена примерная зависимость между требуемым октановым числом (ОЧИ), степенью сжатия и диаметром цилиндра двигателя:

ОЧИ = 125,4 – 413/ + 0,183 Д,

где ОЧИ – октановое число по исследовательскому методу;

– степень сжатия;

Д – диаметр цилиндра в миллиметрах.

Различные углеводородные фракции бензина имеют разную детонационную стойкость (рис. 2.6.). Поэтому фракционирование бензина во впускном коллекторе двигателя, особенно проявляющееся при резком открывании дроссельной заслонки, в некоторых случаях приводит к появлению детонационных стуков в двигателе.

Рис. 2.6. Детонационная стойкость бензина А-76:

1 – 2 – этилированные бензины А-76; 3 – неэтилированный бензин А-76;

t – температура кипения фракций

Повышение детонационной стойкости бензинов достигается различными способами:

– подбором углеводородного состава;

– добавлением высокооктановых компонентов;

– введением специальных присадок – антидетонаторов.

Получение высокооктановых бензинов путём только подбора углеводородного состава весьма затруднительно и экономически нецелесообразно из-за небольшого выхода конечного продукта. Детонационная стойкость углеводородов зависит от их молекулярной массы и строения и возрастает в следующей последовательности:

– нормальные алканы – самая низкая;

– нормальные алкены;

– цикланы;

– изоалканы;

– арены (ароматические) – самая высокая.

Добавляемые высокооктановые компоненты – смеси изоалканов и ароматические углеводородов. Однако ароматические углеводороды могут ухудшать другие качества бензинов: повышают гигроскопичность и нагарообразующую способность, вызывают перегрев двигателя. Поэтому применение аренов ограничено.

Присадки – антидетонаторы

Антидетонационными свойствами обладают металлоорганические соединения свинца, марганца, железа, олова, хрома и др., а также органические вещества – ароматические амины, некоторые эфиры, гомологи нафталина.

Тетраэтилсвинец (ТЭС) и тетраметилсвинец (ТМС) получили наибольшее распространение. В России – ТЭС (С₂Н₅)₄ Рb.

Тетраэтилсвинец – бесцветная прозрачная жидкость с плотностью 1652,4 кг/м³, кипящая (с разложением) при 200 °С. Нерастворим в воде, хорошо растворим в углеводородах, спирте, эфире, ацетоне. ТЭС эффективно повышает октановое число бензина при добавлении до 3–4 г/л. Дальнейшее повышение концентрации ТЭС малоэффективно. Механизм действия ТЭС заключается в том, что при повышенных температурах от 200 °С соединение начинает разлагаться с образованием металлического свинца и свободного радикала:

.

При 500…600 °С происходит полное разложение ТЭС и окисление металлического свинца до двуокиси – РbO₂. Двуокись свинца РbO₂ прерывает избыточное развитие перекисей углеводородов, образующихся в рабочей смеси, тем самым останавливая процесс взрывного горения:

2 РbO + O₂ 2 РbO₂

При сгорании бензина ТЭС, содержащийся в нём, образует окись свинца, имеющую низкую летучесть (t_пл = 888 °С). Часть окиси свинца отлагается на стенках камеры сгорания, свечах, клапанах, что может привести к быстрому выходу двигателя из строя. Поэтому вместе с ТЭС в бензин добавляют выносители свинца, например С₂Н₅Вr, С₂Н₄Вr₂. Галоизоалкилы превращают свинец в летучее соединение РbВr₂, которое почти полностью выносится из камеры сгорания.

В России ТЭС применяют в основном в составе этиловой жидкости Р-9, которая состоит:

– ТЭС – 54%;

– бромистый этил – 33%;

– монохлорнафталин – 6,8 + 0,5%;

– краситель – 0,1%;

– наполнитель (керосин или бензин)-до 100% общего объёма.

Все этилированные бензины окрашены, т. к. ТЭС является сильнейшим ядом. Он проникает в организм через дыхательные пути, кожу.

Предельно допустимая концентрация ТЭС в воздухе – 5 · 10^-6 мг/л.

За рубежом чаще применяют тетраметилсвинец. Он также ядовит. В последние годы применение бензинов, содержащих соединения свинца в качестве антидетонаторов неуклонно снижается.

Постоянно идёт поиск эффективных нетоксичных присадок – антидетонаторов. В этой роли хорошо зарекомендовали себя органические соединения марганца. Но после его сгорания на стенках камеры сгорания и свечах образуется нагар. Он электропроводен, что вызывает перебои в работе свечей зажигания.

Применяют и другие антидетонаторы, хотя и не столь широко и повсеместно, как хотелось бы.

В Германии в качестве антидетонатора используют монометиланилин.

В Японии в конце прошлого века проведены исследования по эксплуатации автомобилей на бензинах с добавкой 2% ксилидина (другого аминосодержащего соединения). Установлено, что даже незначительное количество ксилидина в бензине с октановым числом 85,8 повышает его на 8 единиц [15]. Анализ состава отработавших газов показал, что при работе на бензине с небольшой добавкой ксилидина снижается содержание оксидов азота. Эта присадка не влияет на конструкционные материалы и не ухудшает эксплуатационных свойств машины.

Сотрудниками НПО «Леннефтехим» при содействии известной голландской фирмы ICD Group b.v. разработана технология производства смеси третметилтретичнобутилового эфира и третбутанола – высокооктановой добавки «Фэтерол». Фэтерол обладает широкой сырьевой базой, технологичен в производстве. Производство фэтерола налажено на ряде нефтеперерабатывающих заводов. Киришский, Московский, Пермский и Ярославский НПЗ уже выпускают экологически чистые высокооктановые бензины АИ-93, АИ-95 и даже АИ-98. В Санкт-Петербурге налажено производство фасованного фэтерола, торговое название «Турбо-Октан 115» (115 – октановое число самого фэтерола). Эта добавка вводится прямо в бак машины. Такое использование фэтерола одобрено НИИ пассажирского и автомобильного транспорта (свидетельство одобрения № 95-005 от 13.06.95 г.). Цена добавки в пределах 10–15 руб. Как недостаток при применении фэтерола можно отметить увеличение отложений, а также выбросов альдегидов.

4. Склонность к отложениям.

В процессе хранения бензина в топливных баках и при работе двигателя на стенках бака и в системе питания образуются низкотемпературные отложения, а в камере сгорания, на поршнях и клапанах – высокотемпературные.

Склонность бензинов к отложениям оценивается по:

– содержанию смол;

– содержанию непредельных углеводородов (олефинов);

– индукционному периоду;

– периоду стабильности;

– содержанию ТЭС.

Смолы – продукты окислительной полимеризации и конденсации углеводородов. По мере усложнения состава и повышения молекулярной массы и концентрации растворимость смолистых веществ в бензине уменьшается и они выпадают в осадок в виде тёмно–коричневых липких отложений.

Смолы вызывают засорение топливной системы, откладываются на стенках топливных баков, покрывают плёнкой сетчатые топливные фильтры, уменьшают проходное сечение топливопроводов. Слой смолистых отложений на диффузоре, распылителях и других деталях карбюратора может привести к перебоям в работе двигателя. Содержание смолистых веществ в бензине оценивают показателем “концентрация (содержание) фактических смол”. Влияние содержания смол на работу двигателя отражено в табл. 2.4 [4].

Таблица 2.4

Влияние содержания смол на состояние двигателя

Опасны не только уже образовавшиеся смолы, но и так называемые потенциальные смолы, образующиеся во время приготовления горючей смеси в условиях тонкого распыла бензина, высокой турбулентности воздушного потока и повышенных температур во впускной системе.

Склонность бензинов к отложениям увеличивается с понижением химической стабильности, которая определяется в основном содержанием непредельных углеводородов (олефинов). Содержание олефинов в бензинах оценивают по йодному числу, т. е. количеству йода, реагирующего в определённых условиях с испытуемым топливом.

Для повышения химической стабильности бензинов применяют антиокислительные присадки, тормозящие развитие окислительных реакций. В качестве таких присадок используют: древесносмолистый окислитель (до 0,15%); антиокислитель ФЧ – 16 (до 10%) и параоксидифениламин (до 0,01%).

Добавка антиокислителей в бензины способствует значительному увеличению сроков хранения с минимальным образованием смол.

Наиболее достоверный результат склонности бензинов к смолообразова-нию даёт определение индукционного периода.

Индукционный период – время, в течение которого бензин устойчив к окислению в лабораторной бомбе, при повышенной температуре, в атмосфере кислорода.

Индукционный период уменьшается, если в свежий бензин ввести продукты окисления. Поэтому нельзя допускать смешения свежего бензина со старым, осмолившимся. Нельзя заливать бензин в незачищенную тару со смолистыми отложениями на стенках.

Сернистые соединения в бензинах также ускоряют процесс смолообра-зования. Аналогично действуют и цветные металлы (медь, цинк), а также ржавчина.

Для удаления отложений в системе питания (карбюратора, форсунках, впускном патрубке) используют моющие присадки, представляющие собой различные поверхностно-активные соединения. Их использование осуществляют двумя способами:

– с повышенной концентрацией, но кратковременно, для разового удаления отложений;

– регулярно с небольшой концентрацией для постоянного “вымывания” отложений.

С этой целью разработана многофункциональная присадка «Афен», обладающая кроме моющих и антиобледенительными свойствами. Концентрация: кратковременно – 0,1%, постоянно – до 0,05% [1].

К высокотемпературным отложениям относятся лаки и нагары, образующиеся в процессе сгорания горючего и отлагающиеся на деталях цилиндропоршневой группы, клапанах и частично на впускном тракте двигателя. Отложения на клапанах могут вызвать их зависание и выход двигателя из строя. Отложения на стенках камеры сгорания и днище поршня увеличивают степень сжатия. Нагар ухудшает отвод тепла и провоцирует преждевременное зажигание рабочей смеси.

Нагар является основной причиной быстрого выхода из строя двигателей при применении в качестве топлива авиационного бензина. Автомобильные двигатели конструктивно не рассчитаны на применение бензинов с высоким содержанием ТЭС. В авиационных бензинах содержится ТЭС в количестве 1,9–2,3 г/дм³ (ГОСТ 1012-72).

Антиокислительные присадки, добавляемые к бензинам, уменьшают лако-и нагарообразование.

5. Коррозионные свойства бензинов определяют присутствие в них минеральных и органических кислот, щёлочей, сернистых соединений и воды.

Водорастворимые минеральные кислоты и щёлочи отличаются сильным коррозионным воздействием. Их капельки осаждаются на поверхности металла и вызывают электрохимическую коррозию. Продукты коррозии переходят в топливо и засоряют фильтры, каналы и жиклёры карбюратора или форсунок.

Неорганические кислоты и щёлочи могут попасть в топливо в процессе очистки и быть не полностью удалены. Качественная реакция – перемешивание бензина с дистиллированной водой для перевода кислот и щелочей в воду. Образуется водная вытяжка, в которую вводят индикаторы на кислоту (метиловый оранжевый) и щёлочь (фенолфталеин). По сохранению или изменению окраски судят об отсутствии или наличии кислот и щёлочей соответственно.

Органические (нафтеновые) кислоты содержатся в нефти и могут попадать в горючее при её переработке.

Нафтеновые кислоты не обладают высокой коррозионной активностью. Они могут присутствовать в бензине, но в ограниченных количествах. Содержание органических кислот в топливе определяется кислотным числом, которое выражается количеством миллиграммов щёлочи КОН, необходимым для нейтрализации органических кислот, содержащихся в 100 мл топлива.

Сернистые соединения разделяют на активные и неактивные.

Активные соединения взаимодействуют с металлами при комнатной температуре. Это – сероводород, меркаптаны, элементарная сера. Они вызывают коррозию металлов и их содержание в бензинах не должно быть более 0,0015%. Наличие активных сернистых соединений определяют качественным методом – испытанием на медную пластинку. Если цвет пластинки после нахождения её в бензине при температуре 50 °С в течение трёх часов стал чёрным, чёрно–коричневым, серо–стальным или на ней появились чёрные точки, топливо считают невыдержавшим испытание. Допускаются малиновые пятна и разводы.

Неактивные соединения (сульфиды, дисульфиды) при обычных условиях практически не взаимодействуют с металлами. Однако при сгорании горючего они образуют сернистый и серный газ. Соединяясь с водой, окиси серы, образуют сернистую и серную кислоты, чрезвычайно коррозионно-активные.

Общее количество серы, находящейся в бензинах определяют путём сжигания навески горючего в стеклянной лампочке и поглощением образовавшегося при этом сернистого газа раствором соды. Избыток соды титруют соляной кислотой.

Наличие воды в бензине вызывает сильную коррозию конструкционных материалов топливной системы. Вода в бензине вызывает перебои в работе двигателя (при использовании воды как добавки необходима чрезвычайно точная дозировка).

Наличие воды в бензине определяют при помощи индикаторной пасты, изменяющей в присутствии воды свой цвет.