Детонационная стойкость

Под детонационной стойкостью понимают способность топ­лива сгорать в цилиндре двигателя с принудительным зажигани­ем без детонации (от лат. detono — «гремлю»), т. е. без взрыва. Углеводороды, входящие в бензин, сгорают с образованием пер­оксидов, которые разлагаются со взрывом. Явление детонации —

следствие аномального горения топливно-воздушной смеси (ТВС) в цилиндре.

Характер горения топлива, пары которого сжаты в смеси с воздухом, определяют: химический состав топлива (бензина), т. е. соотношение в нем различных групп углеводородов, и испа­ряемость бензина, т. е. его фракционный состав по точкам вы­кипания 50 и 90 % об.

Нормальным считается горение, когда от точки зажигания (свечи) фронт пламени в цилиндре распространяется по радиу­сам сферы во все стороны со скоростью порядка 20—50 м/с.

Аномальное горение — это горение, когда одновременно с фронтом нормального горения, распространяющимся от свечи, в объеме ТВС, отдаленном от этого фронта, возникают множествен­ные очаги самовозгорания (микровзрывы), от которых ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью (до 200 м/с) во все стороны по несгоревшей части ТВС и многократно отража­ется от стенок цилиндра. Ударное действие этих волн проявляется в виде слышимого металлического стука.

Причиной возникновения очагов микровзрывов в несгорев­шей части ТВС является следующее. После момента зажигания давление в цилиндре начинает резко расти, и соответственно на­растает парциальное давление кислорода в еще не сгоревшей части ТВС. Это способствует интенсивному окислению углево­дородов, в том числе образованию пероксидов. Распадаясь, эти соединения создают множество очагов самовоспламенения по всему объему, что приводит к резкому всплеску давления в ци­линдре двигателя.

Детонационное горение определяется химическим составом топлива, т. е. его склонностью к образованию пероксидов.

Наиболее детонационно стойкими являются ароматические углеводороды, причем с увеличением длины боковых алкильных цепей в них снижается детонационная стойкость.

К ароматическим углеводородам по детонационной стойко­сти приближаются изоалканы, причем, чем они разветвленнее, тем выше эта стойкость.

Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное поло­жение, и для них, как и для ароматических углеводородов, уве­личение алкильных цепей уменьшает детонационную стойкость, а разветвление этих цепей — увеличивает. Олефины по детона­ционной стойкости близки к нафтенам. Уменьшение длины Цепи увеличивает их стойкость.

Влияет на нее и положение двойной связи: чем ближе она к краю цепи, тем выше детонационная стойкость. Наименьшей стойкостью обладают нормальные алканы, причем увеличение длины цепи ее снижает.

Мерой детонационной стойкости топлива является октановое число (ОЧ) по условно принятой шкале. В этой шкале за 100 при­нята детонационная стойкость изооктана (2,2,4-триметилпентана)

а за 0 принята детонационная стойкость н-гептана

Октановым числом испытуемого бензина называют количе­ство изооктана (в % об.) в его смеси с w-гептаном (эталонная смесь), при котором детонационная стойкость такой смеси эк­вивалентна детонационной стойкости испытуемого бензина в стандартных условиях испытания.

Существует три стандартных метода определения детонаци­онной стойкости автомобильных бензинов.

Исследовательский метод определения октанового числа (ГОСТ 8226—82) состоит в том, что детонационную стойкость испытуемого бензина сравнивают с детонационной стойкостью эталонной смеси подбором соотношения в ней изооктана с геп­таном. Сравнительное испытание проводят на стандартной од­ноцилиндровой установке УИТ-65, позволяющей изменять сте­пень сжатия, а начало детонации фиксировать электронным дат­чиком. Испытание проводят с частотой вращения вала двигателя 600 ± 6 об/мин с постоянным углом опережения зажигания 13°, при температуре воздуха, поступающего в карбюратор, 52 ± 1 °С. Получаемое исследовательским методом октановое число (ОЧ_и) соответствует относительно мягким условиям работы двигателя (городская езда автомобилей с небольшими нагрузками).

Моторный метод определения октанового числа (ГОСТ 511—82) реализуют также на установке УИТ-65 и определяют сравнением детонационных стойкостей бензина с эталонной смесью, состав которой подбирают в процессе испытания; по содержанию в ней изооктана находят искомое октановое число. Однако условия испытания в этом случае жестче: частота враще­ния вала 900 ± 9 об/мин, угол опережения зажигания от 26 до 15°, температура воздуха на входе в карбюратор 50 ± 5 °С, а температура ТВС на входе в цилиндр 149 ± 1 °С.

Полученное этим методом значение октанового числа (ОЧ_м) соответствует работе двигателей с повышенной нагрузкой (заго­родная езда нагруженных автомобилей) и всегда ниже, чем ОЧ_и.

Разность ОЧ_и - ОЧ_м называют чувствительностью бензина. В за­висимости от химического состава бензинов она составляет от 1-2 до 8-12.

Методы детонационных испытаний полноразмерных серий­ных двигателей в стендовых и дорожных условиях по ГОСТу 10373—75 значительно сложнее исследовательского и моторного методов, требуют больших трудозатрат и расхода эталонных сме­сей, поэтому они предназначены для квалификационной оценки серийных двигателей или для определенных исследований пара­метров их работы.

По результатам определения этими методами октанового числа строят серию графиков его зависимости от важнейших па­раметров двигателя — угла опережения зажигания, частоты вра­щения вала, мощности двигателя и др.

Для прямогонных бензинов предложена формула:

где — относительная плотность бензина.

Для таких же прямогонных бензинов с концом кипения до 200 “С:

где А, Н, ИП и НП — массовые доли ароматических, нафтено­вых, изопарафиновых и н-парафиновых углеводородов в бензине.

Существует также расчетный метод, основанный на хромато­графическом анализе бензина.

Достоинство расчетных методов состоит в том, что они не требуют для анализа больших количеств бензина, что важно при проведении лабораторных исследователь-ских работ. Недостаток их — в большой погрешности, достигающей иногда 10 % и более.

Поиск по сайту: