Топлива, рабочие тела и их свойства.

Состав и свойства топлив для поршневых ДВС
В действительном цикле поршневых ДВС осуществляются физико-химические превращения рабочего тела, представляющего собой смесь окислителя, топлива и остаточных газов. Окислителем обычно служит кислород атмосферного воздуха. Основными топливами являются бензины и дизельные топлива, получаемые путем переработки нефти и представляющие собой смеси различных углеводородов. Это насыщенные парафиновые углеводороды или алканы С_nН_2n+2олефины или алкены С_nН_2n (обычно присутствуют в топливах в незначительном количестве); нафтены или циклоалканы, имеющие формулу С_nН_2n (как и олефины), но только с другими связями между атомами углерода; ароматические углеводороды (в основном С_nН_2n-6), характеризующиеся кольцевой молекулой. Число атомов углерода, входящих в молекулы в дизельном топливе доходит до 30, в бензине – 5-12. Используются также сжатые и сжиженные газы; синтетические топлива, получаемые переработкой угля, сланцев, битуминозных песков; спирты; эфиры (являющиеся изомерами спиртов) и др.

Для эффективного использования в двигателях, т.е. с максимальным выделением теплоты и минимальным образованием токсичных продуктов ОГ, топлива должны:
- иметь оптимальные значения плотности, вязкости, сжимаемости, прокачиваемости (при низких температурах) и другие свойства, обеспечивающие надежную подачу топлива и высококачественное смесеобразование на всех режимах работы двигателя и в широком диапазоне изменения внешних условий;

- обладать высокими экологическими качествами;

- обеспечивать надежный пуск и полноту сгорания; иметь минимальную склонность к образованию нагара и коррозионно-агрессивных продуктов сгорания; иметь высокую термическую стабильность и хорошие моющие свойства;

- сохранять свои свойства при хранении и транспортировке, не содержать механических примесей и воды, обладать возможно меньшей пожарной и экологической опасностью, быть недорогими.

Свойства топлив можно разделить на физико-химические и эксплуатационные.
К физико-химическим относятся свойства, характеризующие состояние и состав топлив (плотность, вязкость, поверхностное натяжение, химический и фракционный составы и т. д.).

К эксплуатационным относятся свойства, обеспечивающие надежность работы и необходимые энергетические, экономические и экологические показатели двигателей (испаряемость, пусковые и низкотемпературные свойства, воспламеняемость, антидетонационные свойства и др.).

• Бензины. Автомобильные бензины представляют собой смеси углеводородов, выкипающих в диапазоне температур 40...200°С. В России действуют несколько нормативных документов на производство автомобильных топлив и поэтому можно встретить бензины марок А-72, А-76 (АИ-80), АИ-93 (АИ-92), АИ-95 и АИ-98. Буква А – бензин автомобильный, И – метод определения ОЧ, цифры в марке бензина показывают октановое число (ОЧ), которое характеризует детонационную стойкость бензинов. ОЧ численно равно содержанию в процентах изооктана (ОЧ = 100%) в смеси с Н-гептаном (ОЧ=0), которая в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя имеет такую же детонационную стойкость, как и испытуемый бензин. Различают моторный метод по ГОСТ 511-82* (ОЧМ), при n =900 мин^-1 и исследовательский метод ГОСТ 8226-82* (ОЧИ), реализуемый при n=600 мин^-1; разницу между ОЧИ и ОЧМ называют чувствительностью бензина к ОЧ. На полноразмерных двигателях на стенде определяют фактическое ОЧ, непосредственно на автомобиле в условиях эксплуатации (дорожное ОЧ).

Наименьшей детонационной стойкостью обладают парафины, наибольшей - ароматические углеводороды. С увеличением количества атомов углеводорода в молекуле ОЧ уменьшается. Повышение ОЧ возможно путем добавок низкокипящих высокооктановых углеродов (бутановая, изобутановая фракции и т. д.), антидетонационных присадок (в основном алкилсвинцовых - тетраэтила свинца и тетраметила свинца, а также металлокарбонатов, алкилгалогенидов) и кислородосодержащих компонентов (метилового спирта, метил-трет-бутилового эфира).

Испаряемость бензинов определяется в основном кривой фракционной разгонки (фракционным составом) и давлением насыщенных паров. Испаряемость влияет на пусковые свойства при низких температурах, склонность к образованию паровых пробок, скорость прогрева и приемистость двигателя.

Для быстрого прогрева, хорошей приемистости и экономичности двигателя температура выкипания 50% по объему должна быть не выше 100…115°С, а 90% по объему - не выше 160...180°С.

Важными эксплуатационными свойствами бензинов являются также прокачиваемость, склонность к образованию отложений, коррозионная активность и др.

• Дизельные топлива. Топлива для автомобильных и тракторных дизелей вырабатывают в основном из гидроочищенных фракций прямой перегонки нефти с добавлением легкого газойля каталитического крекинга. Дизельные топлива могут включать следующие группы углеводородов (в процентах): нормальные парафиновые - 5...30, изопарафиновые - 18...46, нафтеновые - 23...60, ароматические - 14...35.

В России вырабатывают три сорта дизельного топлива: «л» (летнее) - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0°С и выше, с температурой конца кипения не выше 360 °С; «з» (зимнее) - для эксплуатации при температуре - 20°С и выше (температура застывания не выше -35 °С) и при -30 °С и выше (температура застывания не выше -45 °С); «а» (арктическое) - для температуры окружающего воздуха -50°С и выше

Для дизельных топлив наиболее важными эксплуатационными свойствами являются испаряемость, воспламеняемость, низкотемпературные свойства, прокачиваемость. Испаряемость определяется фракционным составом, плотностью и вязкостью топлив.