Vlastnosti a vlastnosti benzínu jako paliva (Shipbuilding / Technologies / 1983).

Redakční rada v poslední době dostává mnoho dopisů od autorů, kteří se ptají, zda by se mohli podělit o způsoby, jak snížit spotřebu paliva, o metody, jak ji všemi možnými způsoby ušetřit, o použitelnosti konkrétního typu paliva a o jeho vlivu na životnost motoru.

Všechny tyto otázky jsou neoddělitelně spjaty se znalostí vlastností benzínu jako paliva. V níže uvedeném článku G. Libeforta se nadšenci dozví o frakčním složení benzínu, příčinách detonace a metodách její eliminace, škodlivém vlivu tvorby pryskyřice a přítomnosti cizích nečistot na kvalitu paliva, seznámí se s pravidly skladování benzínu, vlastnostmi jeho použití na lodi a naučí se, jak se vyhnout námraze karburátoru.

Všechny tyto informace vám nejen pomohou správněji obsluhovat motor a déle udržet jeho výkon, ale také poslouží jako základ pro další úspory paliva.

Nejběžnějším kapalným palivem pro spalovací motory je benzín, lehká kapalná frakce ropy, která má teplotu varu až 200 °C. V současné době se k výrobě benzínu používá asi 30 % veškeré vyrobené ropy a v některých zemích až 50 %. Převážná část benzínu se získává rafinací ropy (přímá destilace, termické a katalytické krakování) nebo ropných plynů. Velmi malé množství se vyrábí z pryskyřic pevných paliv (břidlice, uhlí).

V SSSR se vyrábějí automobilové benziny následujících jakostí: A-66, A-72, A-76, AI-93, AI-98 a letecké benziny B-70, B-91/115, B-95/130, B-100/130. Značku benzinu, jeho jakost a základní fyzikální a chemické vlastnosti uvádí ropný sklad v pasu. Na těchto ukazatelích závisí nejen spotřeba paliva, ale i spolehlivost motoru.

Benzín musí mít dobré karburační vlastnosti, vysokou odolnost proti detonaci, nezpůsobovat tvorbu pryskyřice a uhlíku na částech motoru, zachovávat si vysoké stabilní vlastnosti při dlouhodobém skladování a mít vysoké antikorozní vlastnosti.

Automobilové benziny, s výjimkou AI-98, se vyrábějí ve dvou jakostech: letní a zimní. Letní jsou určeny k použití od 1. dubna do 1. října ve všech klimatických pásmech země, s výjimkou severních a severovýchodních oblastí. (V těchto oblastech se zimní benziny používají celoročně a v jižních oblastech letní benziny.)

Frakční složení

Informace o obrázku
Graf frakční destilace benzinu A-76

Tvorba hořlavé směsi závisí hlavně na odpařování paliva a elasticitě jeho par. Odpařování benzinu se odhaduje frakčním složením, které je v pasu uvedeno teplotami: začátek varu, var 10, 50, 90 % paliva a konec varu. Benzin je ve svém složení složitou směsí uhlovodíků s různými teplotami varu (viz obr.).

V teplotním rozmezí od začátku varu do varu 10 % benzinu dochází k odpařování lehkých uhlovodíků – startovací frakce, která je nezbytná pouze pro dobu startování a zahřívání motoru. Čím je nižší, tím lepší jsou startovací vlastnosti. Později, zejména v létě při zvýšených teplotách, se však v palivovém potrubí a palivovém čerpadle tvoří parní uzávěry. Pára vstupuje tryskou karburátoru spolu s kapalinou, v důsledku čehož se snižuje koeficient plnění válců, klesá výkon a motor se přehřívá. K tomu dochází zejména při použití zimních druhů benzinu v létě. V tomto ohledu závisí množství snadno odpařujících se uhlovodíků na bodu varu, neměl by být nižší než 35 °C.

V teplotním rozmezí od začátku varu do varu se odpařuje 10 až 90 % benzínu, uhlovodíky – pracovní podíl. Standardem je bod 50 % na křivce. Čím je nižší, tím je složení palivové a hořlavé směsi homogennější, tím je motor stabilnější, jeho zahřívání je rychlejší a odezva škrticí klapky je lepší.

Těžké uhlovodíky (od 90 % do konce varu, koncová část) se úplně neodpařují. Čím menší je rozdíl mezi těmito body, tím vyšší je kvalita benzinu, jeho spotřeba, tvorba uhlíku a opotřebení součástí válcově-pístní skupiny jsou nižší. Těžké uhlovodíky zůstávají v kapkově-kapalném stavu, pronikají do klikové skříně motoru a smývají mazací film.

Konečný bod varu hlavních značek benzinu byl snížen na 180 °C, což zvýšilo účinnost motorů (spotřeba paliva se snížila o 10 %) a prodloužilo životnost motoru (opotřebení se snížilo na polovinu). Další snížení konečného bodu varu nemá žádný vliv.

Ukazatelem přítomnosti lehkých frakcí v benzinu je tlak nasycených par. Startovací vlastnosti, sklon k tvorbě parních uzávěrů v palivovém systému, odezva škrticí klapky, rychlost zahřívání, opotřebení skupiny válec-píst a spotřeba benzinu závisí na frakčním složení a tlaku nasycených par.

V poslední době se objevil nový požadavek na kvalitu vysokooktanových benzinů – rovnoměrné rozložení oktanových čísel podle frakcí. Tato vlastnost má velký význam pro zajištění normálního provozu motoru v proměnných režimech.

Když v motorech spalují směsi paliva a vzduchu, chemická energie paliva se přeměňuje na teplo a poté na mechanickou energii. Výkon a ekonomický provoz motoru, stejně jako jeho životnost, závisí na povaze spalovacího procesu.

Detonace

V některých provozních režimech motoru spojených s vysokým zatížením (například při akceleraci automobilu nebo houpání lodi) může dojít k detonaci – explozivnímu spalování směsi paliva a vzduchu, přičemž rychlost šíření čela plamene dosahuje 1500-2000 m/s. V malém objemu spalovací komory rázová detonační vlna opakovaně naráží na její stěny a odráží se od nich.
Vnější známky detonace: výskyt charakteristického vysokého, zvonivého kovového klepání v motoru způsobeného odrazem rázových vln od stěn spalovacích komor, prudký nárůst vibrací částí motoru, nárůst kouře z výfukových plynů a přehřátí motoru.
Jednou z příčin detonace může být příliš brzké zapálení – při zmenšení úhlu předstihu zapalování dochází k jeho oslabení nebo úplnému vymizení. Detonaci ovlivňuje i složení hořlavé směsi. Nadměrná chudá směs přispívá k výskytu detonace. Hlavní příčinou detonačního spalování je však nesprávná volba benzinu – nesoulad mezi detonační odolností paliva a parametry motoru, zejména u motorů s vysokým kompresním poměrem.

Příliš rychlé spalování pracovní směsi zvyšuje maximální tlak ve válci a vede k hrubému chodu motoru. Rázové vlny vznikající v pracovní směsi zvyšují přenos tepla na stěny spalovacího prostoru a pístní dírku a mohou vést i k jejich lokálnímu zničení. Olejový film na stěnách válce se spaluje a rázovou vlnou je strháván. V důsledku detonace se mohou spálit kroužky, zničit ložiska, motor se rychle opotřebovává.

Jak ukázaly studie, detonace ovlivňuje i složení výfukových plynů, ty se stávají tmavými nebo dokonce černými. Obsah oxidů dusíku se zvyšuje 1,5-2krát s mírným poklesem obsahu oxidu uhelnatého a uhlovodíků, ale celkově se zvyšuje toxicita výfukových plynů.

Jednou z nejdůležitějších vlastností benzinu je jeho odolnost proti klepání, určená oktanovým číslem (viz tabulka).

Oktanové číslo je uvedeno v druhu benzinu. Například v druhu benzinu A-76 číslo 76 znamená oktanové číslo: jeho odolnost vůči detonaci je stejná jako u směsi sestávající ze 76 % isooktanu a 24 % heptanu.

Oktanové číslo se obvykle stanovuje dvěma metodami: motorovou a výzkumnou. První je běžnější. Druhá metoda se používá při testech, které se provádějí v provozním režimu osobního automobilu při jízdě v městských podmínkách. V tomto případě se ke značce benzinu přidává písmeno „I“. Například benzin AI-93 je automobilový benzin s oktanovým číslem nejméně 93, stanovený výzkumnou metodou.

Podle motorové metody je oktanové číslo benzinu nižší než podle výzkumné metody. Například oktanové číslo benzinu AI-93 podle motorové metody je 85. Rozdíl v hodnotě oktanových čísel se nazývá citlivost a závisí na chemickém složení benzinu.

Oktanové číslo benzinu se obvykle zvyšuje pomocí vysokooktanových složek, antidetonačních činidel. Nejběžnějším z nich je tetraethylolovo (TEL). Když palivo s TEL hoří v motoru, je inhibována tvorba peroxidových sloučenin, což snižuje riziko detonace. TEL je hustá, bezbarvá, jedovatá kapalina. Může pronikat do lidské krve póry kůže, dýchacími cestami a hromadit se v těle. I malé dávky TEL v potravinách způsobují smrtelnou otravu, proto je třeba s olovnatými benziny zacházet s velkou opatrností.

Ve své čisté formě se TES nezavádí do paliva, ale přidává se ve formě ethylkapalin (EL), které obsahují chloridové a bromidové sloučeniny. S jejich pomocí se ze spalovací komory odstraňují nahromaděné oxidy olova (asi 10 %); 90 % oxidu olova se odstraňuje z válců motoru výfukovými plyny.

Olovnaté benziny v naší zemi jsou natřeny následujícími barvami: A-76 – žlutě, AI-93 – oranžovočerveně, AI-98 – modře. Olovnaté benziny A-66 a A-72, vyrobené podle technických specifikací, jsou natřeny zeleně a růžově.

Hlavní nevýhodou olověných antidetonačních činidel je vysoká toxicita produktů spalování. Podle výpočtů se do atmosféry ročně uvolňuje více než 250 tisíc tun olova ve formě aerosolu. S velkou akumulací automobilů ve velkých městech vzniká reálná hrozba pro lidské zdraví. Proto je v Moskvě a Moskevské oblasti, Leningradu a řadě rekreačních oblastí používání olovnatého benzinu zakázáno.

V souvislosti s potřebou ochrany životního prostředí se v posledních letech projevuje obecný trend snižování používání olovnatých antidetonačních činidel. Například v roce 1985 se v Kanadě musí zvýšit spotřeba bezolovnatého benzinu na 60 %, v USA se musí produkce bezolovnatého benzinu zvýšit na 80 %, přičemž oktanové číslo bude omezeno na 93, což odpovídá kompresnímu poměru 8,8.

Byly vyvinuty i antidetonační činidla na bázi sloučenin manganu, ale jejich použití zkracuje životnost motoru. Antidetonační činidla se přidávají v malém množství, například do automobilových benzinů A-76 – ne více než 0,24 g Pb/kg; AI-93 a AI-98 – ne více než 0,5 g Pb/kg. V leteckých benzinech (kromě B-70) je obsah ethylkapalinu 5-6krát vyšší než v automobilových benzinech.

Při skladování olovnatých benzinů se jejich detonační odolnost snižuje v důsledku rozkladu TEL. Pokud palivo obsahuje vodu, pryskyřice, usazeniny a je skladováno při zvýšených teplotách, tento proces se urychluje. Zároveň se prudce zvyšuje tvorba uhlíkových usazenin, což zvyšuje skutečný kompresní poměr, a tedy i požadavek na antidetonační vlastnosti benzinu, a zhoršuje odvod tepla ze spalovacího prostoru.

V létě, když teplý vzduch vstupuje karburátorem, se zvyšuje sklon k detonaci. Vlhký vzduch naopak snižuje pravděpodobnost detonace, protože část tepla se vynakládá na odpařování vody. Během provozu lze možnost detonace snížit snížením úhlu předstihu zapalování – zkracuje se doba přípravy hořlavé směsi k zapálení. Zvýšení otáček také snižuje sklon k detonaci – zkracuje se doba cyklu. Hlavní podmínkou pro provoz motoru bez detonace je benzín, správně zvolený v souladu s kompresním poměrem.

Žhavící zapalování

Předzápal se chápe jako samovolné (nekontrolované) zapálení pracovní směsi bez ohledu na dobu dodávky jiskry nebo po vypnutí zapalování. Zdroji zapálení mohou být přehřáté výfukové ventily, zapalovací svíčky, okraje těsnění, doutnající uhlíkové částice atd. Předzápal se zásadně liší od detonace, protože ke spalování směsi dochází při normálních rychlostech.

S rostoucími oktanovými čísly se zvyšuje odolnost komerčních benzinů proti žhavení. Aktivita žhavení usazenin uhlíku je ovlivněna obsahem aromatických uhlovodíků a přísad popela v benzinu. Produkty spalování tepelných elektráren přítomné v usazeninách uhlíku snižují teplotu vznícení (doutnání) z 550-600 na 200-300 °C. Pro zvýšení teploty se používají fosforové přísady (například trikresylfosfát).

Tvorba pryskyřice

Téměř všechny značky benzinu obsahují pryskyřičné a pryskyřičné látky v rozpuštěném stavu, které se usazují na dně pístu, ve spalovací komoře, drážkách pístu a ucpávají trysky. Tyto látky se neustále zhutňují a částečně shoří, čímž vznikají usazeniny uhlíku. HTML Text BB kód