Испытательная лаборатория должна обеспечивать контроль качества нефтепродуктов при приеме, хранении, отпуске (отгрузке) нефтепродуктов путем проведения испытаний продукции в объеме требований технического регламента, национальных стандартов и требований, установленных "Руководством по качеству".

В своей деятельности лаборатория должна руководствуется законами Российской Федерации, приказами и распоряжениями Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии, документами Системы сертификации ГОСТ Р. А также документом "Требования к испытательным лабораториям и порядок их аккредитации", нормативными документами на продукцию и методы испытаний, утвержденных перечнем анализируемых показателей согласно заявленной области аккредитации и нормативными документами самой испытательной лаборатории.

Лаборатория должна располагать квалифицированным персоналом, имеющим специальное образование, опыт работы по проведению испытаний нефтепродуктов.

Испытательная лаборатория должна иметь необходимые помещения, обладать испытательным оборудованием, средствами измерений, необходимыми химическими реактивами и лабораторной посудой для проведения испытаний в соответствии с заявленной областью аккредитации.

Согласно нормативным документам деятельность лаборатории состоит из следующих видов работ:

- проведение испытаний нефтепродуктов;

- обеспечение достоверной и объективной информации о качестве испытываемой продукции;

- проведение отбора образцов по договору с заказчиком;

- контроль качества проведения испытаний, совершенствование системы менеджмента качества;

- формирование, актуализация и управление фондом документации;

- идентификация и определение качества продукции в пределах своей компетенции при решении спорных вопросов.

И соответственно в процессе своей деятельности, исходя из требований нормативных документов, должна проводится поверка средств измерений и аттестация испытательного оборудования во ФГУ "Новосибирский ЦСМ".

Испытательная лаборатория должна располагать актуализированным фондом нормативной документации на продукцию и методы испытаний, который постоянно должен обновляться.

Одним из главных аспектов успешного функционирования лаборатории является ее аккредитация Ростехрегулированием в системе ГОСТ Р на техническую компетентность и независимость.

Но чтобы проводить испытание нефтепродуктов, а в частности автомобильных бензинов, нужно в первую очередь знать химмотологию работы двигателя, что я и хотел рассмотреть в следующем разделе.

1.2 Химмотологические процессы, протекающие в ДВС

1.2.1 Подача и прокачиваемость автомобильных бензинов

Необходимым условием надежной работы двигателя является непрерывное поступление топлива в камеру сгорания в соответствии с заданными параметрами подачи.

На подачу топлива влияют конструкция топливной системы, условия эксплуатации и физико-химические свойства топлива.

Конструкция топливной системы влияет на величину гидравлических потерь, создаваемых местными сопротивлениями топливной аппаратуры.

Условия эксплуатации определяются параметрами внешней среды (температура, давление, влажность и др.), режимом эксплуатации и степенью изношенности двигателя.

Физико-химические свойства определяют показатели вязкости, плотности, давлением паров, температуры фазовых переходов (кристаллизации, помутнения, застывания).

Прокачиваемость - эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процесса подачи бензина в двигатель, зависящее от комплекса обобщенных и единичных показателей.

Содержание воды в бензинах не допускается. Если количество воды превышает ее растворимость при данных условиях, она выделяется в виде капель и топливо мутнеет. Вода опасна, прежде всего, при температуре ниже 0С, так как, замерзая, образует кристаллы льда, которые забивают топливные фильтры. Вода способствует осмолению бензина, вымывает ингибитор окисления, ускоряет процессы коррозии. Опасные условия для забивки фильтров и ухудшения перекачки топлива создаются в случае заправки топливом при положительной температуре с последующей эксплуатацией техники при низкой температуре.

Механические примеси ухудшают прокачиваемость, забивают фильтры, топливопроводы, жиклеры, являются причинами отказов системы питания, центрами кристаллизации воды или других компонентов топлива при пониженных температурах. Попадая в двигатель, механические примеси увеличивают износ цилиндров и поршневых колец и отложения нагара.

При отрицательных температурах прокачиваемость бензинов зависит от низкотемпературных свойств бензинов, компонентов добавляемых для достижения требуемых свойств, присадок и загрязнений.

Склонность бензинов к образованию паровых пробок является важнейшим свойством, влияющим на его подачу. При повышении температуры количество паров может достичь такой величины, когда образующиеся в топливной системы паровые пробки вызовут прекращение подачи жидкого топлива. Показателем склонности бензина к образованию паровых пробок принято критическое значение показателя соотношения пар - жидкость, исключающее образование паровых пробок в широком диапазоне оборотов и нагрузок двигателя. На практике за показатель склонности бензина к образованию паровых пробок принимают температуру, при которой достигается предельно допустимое соотношение "пар-жидкость", 20:

1. Индекс паровой пробки рассчитывают по формуле:

ИПП=10ДНП+7V_70, (1)

где ДНП - давление насыщенных паров, кПа;

V_{70 -} объем бензина, выкипающего до 70С, мл.

Давление насыщенных паров характеризует способность бензина выделять газы и пары, которые в топливной системе образуют паровые пробки, уменьшают подачу топлива и вызывают кавитацию насоса. Разность между давлением на входе в насос Р_вх и давлением насыщенных паров, тем большее давление Р_нас называют кавитационным запасом (Р_{вх -} Р_нас). С его уменьшением кавитация возрастает, и подача топлива прекращается при Р_вх = Р_нас. Чем выше давление насыщенных паров, тем больше должно быть давление на входе в насос.

1.2.2 Смесеобразование

Смесеобразование - процесс приготовления в двигателе горючей смеси топлива с воздухом, требуемого состава. Состоит из последовательно или одновременно протекающих процессов испарения, распыления и смещения топлива с воздухом. Качество горючей смеси зависит от способа смешения топлива с воздухом и физико-химических свойств топлива.

Состав смеси характеризуют соотношением "воздух-топливо", измеряемым коэффициентом избытка воздуха б. При уменьшении б < 1 увеличивается содержание топлива в цикловом заряде, а при б > 1 уменьшается. Теплота сгорания смеси при б < 1 увеличивается и возрастает цикловая работа. При б > 1 удельная теплота сгорания и цикловая работа воздушного заряда уменьшаются.

Состав смеси влияет на составляющие технических потерь. Обогащение горючей смеси до б = 0,9.1,0 снижает потери за счет улучшения динамики сгорания и увеличивает потери, связанные с изменением теплоемкости рабочего тела.

На номинальных режимах работы при б = 0,8.0,95 за счет обогащения горючей смеси и повышения скорости сгорания цикловая работа, и мощность двигателя возрастают, а удельные расходы топлива снижаются.

При изменении коэффициента избытка воздуха б от 1,0 до 0,8 мощность повышается на 15%. Обогащенная смесь, обеспечивающая получение максимальной мощности называется мощностной. При дальнейшем обогащении горючей смеси (б < 0,8) существенно возрастает неполнота сгорания и ухудшается его динамика. Переобогащение смеси не увеличивает реальную теплоту сгорания смеси, так как избыточное топливо не сгорает, а технические потери уменьшают КПД, снижают цикловую работу и мощность двигателя. При обеднении горючей смеси (б > 1,0) избыток воздуха обеспечивает полное окисление топлива, в связи, с чем резко снижаются потери, обусловленные неполнотой сгорания. Кроме того, вследствие понижения температуры продуктов сгорания и увеличения содержания двухатомных газов - азота и кислорода в избыточном воздухе, уменьшаются потери, связанные с изменением теплоемкости рабочего тела. Минимум технических потерь приходится на обедненную смесь с б = 1,05.1,15. Потери из-за ухудшающейся динамики сгорания компенсируются более полным сгоранием топлива и снижением теплоемкости рабочего тела. Такую смесь называют экономичной.

Дальнейшее обеднение горючей смеси (б > 1,2) приводит к неустойчивой работе двигателя вследствие неидентичности циклов и разного состава смеси в зоне формирования очага пламени. Обедненная смесь ухудшает воспламенение, затягивает формирование пламени, и снижает тепловыделение. Максимальное давление и цикловая работа снижаются и возникают перебои в работе двигателя.

При пуске холодного двигателя или при перебоях в подаче топлива на холостом ходу возможны вспышки горючей смеси во впускном трубопроводе и карбюраторе. Вспышки являются следствием медленного развития процесса сгорания при поджигании свежего заряда горячими отработавшими газами.

Для эффективного энергообразования необходим минимальный разброс количественных характеристик дозирования топлива. Отклонение от оптимального состава горючей смеси в пределах ±5% увеличивает расход топлива на 5-6 %. Оптимальные составы смеси находятся в сложной зависимости от внешних условий и режимов работы двигателя. При увеличении температуры, давление в зоне зажигания и энергии искрового разряда оптимальные значения б увеличиваются.

Способы смесеобразования. В зависимости от конструкции камеры сгорания и способа подачи мелкораспыленного топлива различают объемное, пленочное, объемно-пленочное смесеобразование.

Объемное смесеобразование происходит при впрыске топлива в мелкораспыленном виде непосредственно в объем воздушного заряда, где оно прогревается, испаряется, перемешивается с воздухом, образуя топливовоздушную смесь равномерного состава (ТВС). Таким образом, обеспечивается высокое качество смеси, за счет равномерности распределения топлива в объеме воздушного заряда и требуемой дисперсности распыления под высоким давлением (50-180 МПа).

Пленочное смесеобразование осуществляется в камере сгорания размещенной в поршне и имеющей форму узкой горловины, обеспечивающей вращательное движение заряда. Объемно-пленочное смесеобразование осуществляется в камере сгорания цилиндрической формы, выполненной в поршне и наклоненной по отношению к оси цилиндра под углом 20⁰.

Каждый из способов смесеобразования имеет свои достоинства и недостатки, проявляемые через характеристики процессов воспламенения и сгорания и показатели эффективности двигателя.

Двигатели с принудительным воспламенением очень чувствительны к составу горючей смеси и резко ухудшают мощностные и экономические показатели при отклонении концентрации топлива в воздухе от оптимальной. Состав и однородность смеси также существенно влияют на токсичность отработавших газов.

Топливную смесь в бензиновом двигателе готовят в специальном устройстве - карбюраторе, либо путем впрыскивания бензина в воздушный заряд. В режиме полной нагрузки вся цикловая подача осуществляется в процессе впуска, обеспечивая равномерный по объему состав рабочей смеси и возможность ее полного сгорания при б, близким к стехиометрическому (б = 0,9.1,0).

Впрыск топлива в трубопровод уменьшает гидравлические потери впуска и повышает коэффициент наполнения за счет создания инерционного наддува.

Эффективность смесеобразования зависит от согласования момента впрыскивания топлива с фазами впуска свежего заряда. Бензин впрыскивают циклически в виде отдельных порций или непрерывно. Циклическое впрыскивание состоит в синхронизации впрыска в зону впускного клапана с тактами рабочего цикла каждого цилиндра (фазированное впрыскивание), либо в виде группового впрыскивания парой или одновременно всеми форсунками.

Гомогенизирование ТВС включает несколько стадий: дробление струй топлива на капли, прогрев и испарение капель, смешение с воздушным зарядом. Испарение топлива ускоряют впрыскиванием на стенки впускного трубопровода и горячего впускного клапана. До 80% цикловой подачи топлива образуется из пленки. Остальное топливо испаряется с горячих поверхностей рабочей полости в процессе впуска и сжатия. Пленочный механизм испарения характерен и для внутрицилиндрового впрыска топлива.

Немаловажным фактором смесеобразования является организация вихревого движения заряда. Его достигают путем совмещения радикального перемещения масс заряда с предварительно организованным вращательным движением, которое формируют установкой на тарелке клапана специальных направляющих или за счет придания впускному клапану в головке цилиндров улиткообразной формы. Поток смеси приобретает в них движение по спирали в течение всего процесса впуска.

В конце такта сжатия вращательное движение усиливается, создавая в камере сгорания высокий уровень крупномасштабной турбулентности. При этом увеличивается скорость распространения пламени, повышается интенсивность и сокращается продолжительность тепловыделения. Поэтому турбулизация зарядов существенно улучшает антидетонационные свойства двигателей. Ускорение движения основного фронта обеспечивает нормальное сгорание смеси в периферийных зонах камеры сгорания, поскольку в них не успевают произойти самовоспламенение топлива и образоваться очаги детонации. На двигателях, в которых использовано усиленное вихревое движение заряда, оказалось возможным повысить степень сжатия без увеличения исходного октанового числа топлива.

Вихревые процессы на 10.15% расширяют пределы эффективного обеднения смеси, увеличивают оптимальные значения коэффициента избытка воздуха, уменьшают межцикловые колебания максимальных давлений при оптимальных регулировках по составу смеси и углу опережения зажигания.

1.2.3 Воспламенение и горение бензинов

Воспламеняемость топлив характеризуется показателями, определяющими возможность возникновения и распространения пламени по топливовоздушной смеси.

Пределы воспламенения топлив выражаются концентрационными и температурными пределами распространения пламени: нижним НКПР и верхним ВКПР.

НКПР - наименьшая концентрация вещества в воздухе при атмосферном давлении, при которой смесь способна воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени на весь объем смеси.

ВПКР - наибольшая концентрация вещества в воздухе при атмосферном давлении, при которой смесь теряет способность воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени.

В зависимости от значений НКПР производства подразделяют на две категории:

А - где применяют вещества, у которых НКПР 10% и менее;

Б - где применяют вещества, у которых НКПР более 10%.

Если НКПР вещества выше 50%, то вещество считают взрывобезопасным.

Температурные пределы воспламенения выражают температурами, ниже и выше которых при заданных условиях насыщенные пары топлива в смеси с воздухом не воспламеняются.

Температура воспламенения - температура, при которой вещество, нагреваемое в стандартных условиях, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд. Температура воспламенения на несколько градусов выше температуры вспышки.

Температура самовоспламенения - самая низкая температура, при которой вещество в стандартных условиях может воспламениться без открытого пламени.

Топлива с низкой температурой вспышки имеют более высокую температуру самовоспламенения, чем топлива с высокой температурой вспышки.

При воспламенении жидкости открытым пламенем фронт пламени заранее сформирован, для его возникновения требуется меньшая концентрация паров, и она быстрее образуется у легколетучих жидкостей. По этой причине тяжелые углеводороды дизельного топлива самовоспламеняются при более низкой температуре, чем легкие термически стойкие углеводороды бензина.

Таблица 1 - Концентрационные и температурные пределы воспламенения бензинов

Воспламенение и горение топлива представляют собой сложный комплекс физико-химических процессов, связанных с возникновением и распространением реакций окисления топлива кислородом, сопровождающихся интенсивным выделением теплоты и световым излучением.

Воспламенение - начальная стадия процесса горения, возникающая под воздействием высоковольтного электрического разряда в двигателе с принудительным воспламенением.

Горение - последующая за воспламенением стадия превращения топлива, связанная с распространением пламени в пространстве и световым излучением вследствие процессов переноса теплоты и активных химических продуктов окисления.

Горение в ДВС - периодический и циклический процесс, каждый акт которого развивается в условиях прогрессивного самоускорения, связанного с повышением температуры и накопления активных промежуточных продуктов окисления.

Условия воспламенения и распространения пламени:

· Топливо должно находиться в газообразном фазовом состоянии;

· Концентрация топлива в смеси с воздухом должна быть в пределах воспламенения;

· Скорость накопления теплоты и активных продуктов реакции должна обеспечивать прогрессивное самоускорение реакций.

В поршневых двигателях воспламенение и горение протекают по цепочно-тепловому механизму. При искровом зажигании инициатором цепных реакций являются активные атомы и ионы, которые возникают при электрическом разряде. Развитие химических реакций происходит за счет экзотермических реакций окисления. Выделение тепла увеличивает скорость цепных реакций и рождение новых активных центров.

Распространение пламени из зоны воспламенения в свежие участки ТВС происходит путем диффузии активных центров воспламенения и теплопроводности. Пламя может перемешаться сплошным фронтом, имеющим определенные ширину зоны и скорость, что характерно для гомогенных горючих смесей при ламинарном и слаботурбулентном движении.

Горение может происходить без четко выраженного фронта пламени, распространяться по всему объему горючей смеси и иметь многоочаговый характер воспламенения в различных точках объема смеси. Такое объемное горение характерно для гетерогенных горючих смесей. Различают диффузионное и кинетическое горение, нормальное и детонационное горение.

Скорость горения автомобильных бензинов

Нормальная скорость характеризует горение однородных смесей в узком интервале температур зоны химической реакции, ширина которой мала по сравнению с шириной фронта пламени.

Турбулентная скорость характеризует горение в диффузионной области. Она выше нормальной скорости за счет увеличения скорости смешения топлива с воздухом, улучшения качества распыления и увеличения поверхности испарения жидкого топлива.

Линейная скорость учитывает искривление поверхности фронта пламени. Она возрастает обратно пропорционально соs б угла наклона нормальной скорости к направлению распространения фронта пламени.

Массовая скорость сгорания характеризует процесс сгорания в реальном двигателе при турбулентной скорости распространения пламени. Турбулентность увеличивает скорость горения за счет процессов турбулентной теплопроводности и диффузии, которые увеличивают теплопроводность горючей среды и толщину зоны пламени. Мелкомасштабная турбулентность увеличивает интенсивность переноса тепла и вещества в зоне пламени. При крупномасштабной турбулентности разрушается целостность фронта пламени и появляются отдельные беспорядочно движущиеся объемы невоспламененной и горящей смеси, резко увеличивающие зону горения, и скорость горения в целом. В ламинарном потоке ширина зоны горения составляет доли миллиметра, а при турбулентном горении - десятки и сотни миллиметров.

В камере сгорания скорость горения увеличивают за счет увеличения поверхности фронта пламени, нормальной скорости горения и удельной массы горючей смеси:

U_m = S•U_n•с_cм / V_к, ₍2)

где S - поверхность фронта пламени, м²;

U_{n -} нормальная скорость распространения пламени, м/с;

с_{cм -} удельная масса горючей смеси, кг/м³;

V_{к -} объем камеры сгорания, м³.

Виды и фазы горения автомобильных бензинов

Процесс сгорания в бензиновом двигателе, в зависимости от кинетики предпламенных химических реакций, скорости тепловыделения и распространения пламени может быть нормальным и детонационным.

Нормальное горение сопровождается плавным повышением давления в камере сгорания и относительно невысокой скоростью распространения фронта пламени - 40-50 м/с.

Выделяют три основные фазы горения:

· начальная - период задержки воспламенения от момента подачи искры до возникновения пламени;

· основная - от возникновения пламени до максимального давления;

· завершающая - период догорания горючей смеси в отдельных объемах, образующихся при разрушении фронта пламени.

Основные факторы определяющие скорость нормального распространения пламени: химический состав топлива, начальная температура и давление, состав смеси, турбулентность смеси.

Нормальная скорость распространения пламени уменьшается в следующей последовательности:

алканы < алкены < алкадиены < алкины

С увеличением длины алканов скорость распространения пламени снижается. Нафтеновые углеводороды имеют скорость близкую к алканам. Введение в молекулу углеводорода атома кислорода увеличивает нормальную скорость распространения пламени, а введение азота - снижает. Нормальная скорость горения для бензино-воздушных смесей примерно равна 40-50 м/с. С увеличением температуры нормальная скорость горения существенно возрастает, а давление оказывает несущественное влияние.

Максимальная скорость распространения пламени лежит в обогащенной области б = 0,8-0,95, когда создаются наиболее благоприятные условия для воспламенения и горения.

При дальнейшем обогащении или обеднении смеси скорость распространения пламени снижается. Также присутствие инертных газов и продуктов сгорания сужают область воспламенения горючей смеси.

Турбулентность увеличивает скорость горения за счет возрастания теплопроводности смеси и ширины фронта пламени.

Мелкомасштабная турбулентность увеличивает интенсивность переноса тепла и вещества. Крупномасштабная турбулентность разрушает целостность фронта пламени и образует отдельные беспорядочно движущиеся объемы невоспламененной и горящей смеси, резко увеличивающие ширину зоны горения и массовую скорость горения.

Детонационное горение - процесс химического превращения вещества (сгорания), сопровождающийся выделением теплоты и распространяющийся со скоростью, превышающей скорость звука.

В отличие от нормального сгорания, где распространение пламени обусловлено медленными процессами диффузии, и теплопроводности детонация представляет собой комплекс мощной ударной волны и следующей за ее фронтом зоны химического превращении смеси (детонационная волна).

Ударная волна сжимает ТВС, вызывая в ней химические реакции, продукты которых, быстро расширяясь, вызывают взрыв.

Энергия, выделяющаяся в результате химических реакций, поддерживает ударную волну, не давая ей затухнуть. Скорость детонационных волн достигает 1-3 км/с в газовых смесях и 8-9 км/с в конденсированных, а давление при фронте ударной волны составляет 1-5 МПа и 10 ГПа соответственно.

Скорость V_гд газовой детонации вычисляют по формуле:

V_гд = (2q (г² - 1)) ^1|2, (3)

где V_гд - скорость газовой детонации, м/с;

q - тепловой эффект реакции, Дж/кг;

г - показатель адиабаты.

Детонационное распространение пламени происходит при воспламенении горючей смеси вследствие сжатия ее в ударной волне. Ударная волна, проходя по горючей смеси, вызывает ее нагрев. Степень нагрева смеси зависит от скорости ударной волны, температуры и давления. Если степень сжатия достаточна для воспламенения смеси, то возникает детонационная волна. Детонационная волна представляет собой совместное распространение механической ударной волны с фронтом пламени. Скорость распространения детонационных волн в зависимости от условий составляет 1,2-3,5 км/с. Детонационное сгорание вызвано накоплением нестабильных промежуточных продуктов предпламенного окисления углеводородов и быстрым их сгоранием во фронте ударной волны.

Таблица 2 - Характеристики ударных волн детонации

В результате большой скорости и взрывного характера детонационного сгорания часть топлива и промежуточных продуктов сгорания "разбрасываются" по объему камеры сгорания, перемешиваются с конечными продуктами и не успевают полностью сгореть. Выхлоп становится дымным, экономичность и мощность двигателя падают. Повышается отдача тепла стенкам камеры сгорания и днищу поршня из-за высоких температур в детонационной волне и увеличение теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа с поверхности металла. Все это приводит перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения камеры сгорания и днища поршня.

Одновременно с перегревом ударные волны при своем многократном отражении от стенок могут механически удалять масляную пленку с поверхности гильзы цилиндра и приводить к увеличению износа цилиндров и колец. Вибрационные нагрузки на поршень могут вызвать повышенный износ шатунных подшипников. При длительной работе двигателя с детонацией даже в тех случаях, когда и не наблюдается аварийных разрушений, ресурс его работы уменьшается в 1,5-3 раза.

Явление детонации вызвано особенностями реакций окисления углеводородов. При окислении углеводородов кислородом воздуха в период подготовки топлива к сгоранию образуются гидроперекиси R-О-О-Н, которые распадаются с выделением свободных радикалов. Свободные радикалы инициируют цепные реакции окисления. После того как рабочая смесь воспламенится от искры, в несгоревшей части смеси возрастает концентрация активных частиц, которые при достижении некоторой предельной концентрации реагируют со скоростью взрыва. Несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется, и происходит детонационное сгорание.

Чем больше скорость образования гидроперекисей в ТВС, тем скорее возникнет взрывное сгорание и нормальное распространение пламени перейдет в детонационное.

Факторы, влияющие на детонационную стойкость бензинов

Зависит от химического состава бензина, а детонационная стойкость углеводородов зависит в свою очередь от химического строения.

Октановое число - показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному по объему содержанию изооктана в смеси с нормальным гептаном, эквивалентной по своей детонационной стойкости бензину, испытуемому в стандартных условиях. При этом детонационная стойкость изооктана принята за 100 единиц, а н-гептана за 0 единиц. Октановые числа определяют на одноцилиндровых моторных установках в лабораторных условиях на режиме стандартной интенсивности детонации. Разница между ОЧ (ИМ) и ОЧ (ММ) называют "чувствительностью" бензина к детонации.

Сортность - показатель детонационной стойкости авиационного бензина, численно равный сортности такого эталонного топлива, которое при испытании в стандартных условиях имеет с испытуемым топливом одинаковое значение среднего индикаторного давления.

Чем выше показатель сортности, тем выше детонационная стойкость авиационного бензина при работе двигателя на богатой смеси. При маркировке авиационных бензинов в числители дроби указывают ОЧ (ММ), а в знаменателе - сортность на богатой смеси.

Разница между показателями сортности и ОЧ (ММ) показывает степень форсирования двигателя на богатой смеси по мощности до возникновения детонации.

Детонационная стойкость углеводородов нормального строения мала, растет с степенью разветвленности углеводородной цепи и в

ряду классов углеводородов:

парафины < олефины < нафтены < арены

Также важную роль играют конструкционные факторы:

Степень сжатия. С увеличением степени сжатия возрастают температура и давление в цилиндре двигателя, что способствует интенсивному образованию гидроперекисей.

Форма камеры сгорания. Оказывает влияние на возникновение детонации через время, в течение которого пламя свечи может дойти до наиболее отдаленных точек камеры сгорания. Чем больше это время, тем вероятнее образование перекисей и возникновение детонации.

Диаметр цилиндра. С увеличением диметра возрастает длина пути, которую проходит пламя, и, следовательно, повышается возможность образования перекисей и возникновения детонации.

Свечи зажигания влияют на возникновение детонации в случае их перегрева.

Впускной клапан является наиболее горячей деталью в цилиндре (750-800С), и его температура способствует ускоренному образованию перекисей и возникновению детонации.

К эксплуатационным факторам можно отнести:

Состав горючей смеси. Обогащенные смеси (б ? 0,9) сгорают с наибольшей скоростью и приводят к максимальному давлению и температуре цикла, что увеличивает скорость предпламенных реакций и вероятность возникновение детонации.

Частота вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения детонация уменьшается, так как при этом время, отводимое на химическую подготовку части топлива, окисляющейся в последнюю очередь.

Нагар на поршне и головке цилиндра увеличивает интенсивность детонации посредством увеличения температуры газов. Теплопроводность нагаров на поршне и головке цилиндра в десятки раз меньше теплопроводности чугуна. Кроме того, отложения нагара уменьшают объем камеры сгорания и повышают степень сжатия, что способствует повышению температуры газов, образованию перекисей и детонации.

Опережение зажигания. Увеличение угла опережения зажигания сдвигает точку максимального давления ближе к ВМТ, что способствует уменьшению задержки самовоспламенения последней части топлива и возрастанию детонации.

Температура охлаждающей жидкости. Повышение ее температуры увеличивает температуру стенок цилиндра, головки и днища поршня, что способствует образованию перекисей и усилению детонации.

Атмосферные условия. Повышение атмосферного давления, температуры сопровождается повышением детонации, а снижение - ее уменьшением. С повышением влажности воздуха, поступающего в двигатель, возрастает количество водяного пара в рабочей смеси, снижается температура, в результате чего снижается интенсивность детонации.

Впрыск воды повышает антидетонационные качества ТВС, пары воды оказывают существенное влияние на скорость сгорания рабочей смеси, температуру и давление рабочего цикла. Антидетонационный эффект воды проявляется в результате охлаждения рабочей смеси, действия водяного пара как инертной среды. Вода снижает тепловые нагрузки и содержание окислов азота в отработавших газах. Распыленная вода в количестве 10% от расхода топлива эквивалентна повышению октанового числа на 2-3 единицы. Непосредственное добавление воды в бензин не дает положительного эффекта, а наоборот ухудшает, топливную экономичность и другие эксплуатационные свойства, особенно антикоррозийные.

На режимах максимальной мощности незначительное уменьшение угла опережения зажигания по сравнению с оптимальным, резко снижает детонацию при относительно небольшом уменьшении мощностных показателей.

Позднее зажигание вызывает уменьшение мощности, перегрев выпускной системы и снижение устойчивости работы двигателя.

1.2.4 Образование отложений в ДВС

Отложения в двигателе образуются в результате окисления топлива кислородом воздуха и загрязнениями продуктами износа, коррозии, неполного сгорания и примесей, поступающих вместе с воздухом.

Количество отложений и их влияние на работу двигателя зависят от физико-химических свойств топлива, конструкции системы смесеобразования и условий эксплуатации двигателя, определяющих его температурный режим.

Склонность бензинов к образованию отложений

Химическая стабильность бензина определяется скоростью реакций окисления углеводородов и гетероатомных соединений кислородом воздуха при каталитическом влиянии различных металлов при умеренных температурах в условиях транспортирования и хранения в резервуарах и баках машин.

При окислении бензинов образуются высокомолекулярные смолистые вещества, которые являются продуктом окислительной полимеризации и окислительной конденсации первичных продуктов окисления с участием неуглеродных примесей кислородных и сернистых соединений. Непредельные углеводороды являются менее стабильной частью топлива - источником образования смолистых веществ и ускорителями процесса окисления.

Термоокислительная стабильность характеризует окисляемость бензина при повышенной температуре с образованием твердой фазы, смол и кислых продуктов.

Групповой углеводородный состав характеризуют содержанием в бензине предельных, непредельных и ароматических углеводородов, по которым косвенно судят о склонности бензина к образованию низкотемпературных и высокотемпературных отложений. С увеличением содержания непредельных углеводородов количество отложений возрастает. Ароматические углеводороды увеличивают образование нагара в камере сгорания, но улучшают "моющую" способность бензина во впускной системе и повышают детонационную стойкость бензина. Поэтому содержание ароматических углеводородов в бензине оптимизируют с учетом других эксплуатационных свойств, кроме склонности к отложениям. Содержание ароматических и непредельных углеводородов определяют хроматографическим и спектрометрическим методами.

Йодное число характеризует потенциальную химическую стабильность бензина. Чем выше йодное число, тем больше содержание непредельных углеводородов, следовательно - ниже химическая стабильность при хранении и выше склонность к образованию отложений в двигателе.

Окислительная стабильность (индукционный период) характеризует стабильность против окисления. Оценивается временем, в течение которого бензин практически не окисляется в среде кислорода при температуре 98-102С и давлении 690 кПа.

Химическая стабильность по сумме продуктов окисления (СПО) выражается суммой высокомолекулярных продуктов - смол и осадков, образующихся при 110С в течение 6 часов под давлением насыщенных паров бензина в герметичных стальных бомбах. Показатель позволяет прогнозировать образование отложений во впускной системе двигателя, допустимые сроки хранения запасов бензина и эффективность противоокислительных присадок.

Концентрация фактических смол выражается массой сухого или маслянистого остатка, образующегося при выпаривании бензина в условиях, приближенных или воспроизводящих условия применения в соответствующих двигателях.

Склонность к образованию отложений во впускной системе двигателя характеризуют способность бензина к образованию и углеродистых отложений в условиях максимально приближенным к реальным. Выражают массой отложений, образующихся на пластине, помешенной внутри впускного трубопровода одноцилиндрового двигателя (УИТ-65) при общем расходе 1,5 кг бензина в условиях регламентированного режима испытаний. Величина 100 мг принята предельной для оценочного показателя.

Склонность к нагарообразованию характеризует способность бензина образовывать высокотемпературные отложения на головке поршня, стенках камеры сгорания, свечах зажигания и на клапанах. Процесс нагарообразования включает фазу роста, равновесного состояния и заключительную фазу роста.

Начальной стадией образования нагара является жидкофазное окисление высококипящих компонентов, попадающих в камеру сгорания в виде отдельных мелких капель. Последующие стадии конденсации, полимеризации и уплотнения продуктов окисления образуют вещества для формирования нагара в определенных зонах его существования с благоприятными температурными и газодинамическими условиями для его возникновения и существования. Вне этих зон нагар выгорает. Склонность бензина к нагарообразованию зависит главным образом от химической стабильности его высококипящих фракций.

Наибольшее нагарообразование вызывают бензины с высоким содержанием непредельных и ароматических углеводородов. По возрастанию склонности к нагарообразованию базовые бензины располагают в ряд:

прямогонные бензины < каталитического крекинга < каталитического риформинга < термического крекинга

Из присутствующих в бензине гетероатомных соединений наибольшее влияние на образование нагара оказывают сернистые соединения.

Склонность к нагарообразованию оценивают косвенными и прямыми показателями. Косвенные - содержание ароматических углеводородов, фактических смол, сернистых соединений. Прямые показатели - количество нагара в регламентированных условиях работы двигателя моторной установки для определения октановых чисел. Вышеперечисленные методы позволяют дифференцировать бензины, по их склонности к нагарообразованию в зависимости от содержания в них ароматических углеводородов, соединений серы и металлосодержащих антидетонаторов.

Лаковые отложения представляют собой тонкий слой клейкого углеродистого вещества образующегося на умеренно нагретых поверхностях вследствие полимеризации тонкого слоя масла и несгоревшего топлива в присутствии кислорода. Лаком покрываются юбка и внутренняя поверхность поршня, шатуны и поршневые пальца, стержни клапанов, нижние части цилиндров.

Лаки - плотные продукты окислительных превращений топлива на горячих поверхностях металла светло-желтого цвета, являются центрами перегрева двигателя.

Отложения в канавках поршня вокруг колец препятствует их движению, вызывает залипание и прихват. Кольца не прижимаются к стенкам и не обеспечивают компрессию в цилиндрах. Мощность двигателя падает, возрастает прорыв газов в картер и увеличивается расход масла.

Нагар - твердые продукты отложений, образующиеся на поверхности днища поршня, верхней части цилиндра и выпускных клапанах.

Отложения в камере сгорания образуются из частиц углерода (кокса), в результате неполного сгорания топлива и солей металлов присадок и термического разложения остатков масла. Раскаленные частицы нагара могут вызвать преждевременное (калильное) зажигание рабочей смеси и детонационное сгорание. Нагар обладает свойством катализатора ускорения предпламенных реакций.

Отложения на верхней части поршней полируют внутренние стенки цилиндров, в результате чего снижается прочность и сохраняемость масляной пленки и повышается износ.

Засорение свечи зажигания отложениями вокруг электрода замыкают искровой промежуток, от чего искра становится слабой, а зажигание - нерегулярным. Снижается мощность двигателя и повышается детонация и расход бензина.

Отложения в проточной части форсунки изменяет ее расходные характеристики и дисперсность распыления, удлиняют период задержки воспламенения. Попадание частиц нагара под штифты или иглы распылителей форсунок может вызвать их "зависание" и подтекание топлива. В результате этого падает мощность и экономичность двигателя и возрастает дымность отработавших газов.

2. Экспериментально-теоретическая часть

2.1 Стандартные показатели испаряемости бензинов