Топлива используемые в двигателях внутреннего сгорания. Виды топлива и их свойства

Введение

В качестве автомобильного топлива в наше время используется бензин, сжиженный или сжатый газ, а также дизельное топливо. Наибольшее распространение получило жидкое топливо - бензин для двигателей с искровым зажиганием и дизельное топливо для дизельных двигателей. Газообразные топлива, главным образом сжиженные газы, применяют для двигателей газобаллонных автомобилей.
Актуальность темы реферата заключается в том, что для ДВС существует несколько видов топлив, как жидких, так и газообразных, разных по своему составу и свойствам.
Цель работы - более полное изучение топлив, используемых в двигателях внутреннего сгорания.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть жидкие топлива - это бензины и дизельное топливо, а также газовые топлива для двигателей внутреннего сгорания.
Структура реферата включает в себя введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из шести источников литературы.


1. Жидкое топливо
Жидкое топливо является основным видом топлива для двигателей внутреннего сгорания всех типов и назначений. По происхождению топливо классифицируют на две группы: нефтяного и ненефтяного происхождения. Нефтяные топлива можно дополнительно классифицировать по их технологическим признакам. Например, бензины могут быть подразделены на бензины, полученные прямой перегонкой (прямогонные), бензины термического или каталитического крекинга.
Продукты перегонки сырой нефти - основная масса искусственного жидкого топлива:
- бензин — топливо для двигателей внутреннего сгорания. Легкокипящая фракция нефти Ткип = 200о С. Низшая рабочая теплота сгорания бензина Qнр = 41900 кДж/кг
- дизельное топливо — топливо для тракторных двигателей. Температура кипения 240-400о С. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/кг (10180 ккал/кг).
- керосин — топливо для авиадвигателей. Температура кипения 252о С. Низшая рабочая теплота сгорания керосина Qнр = 29000 кДж/кг.
Физико-химические свойства топлива для ДВС:
- температура вспышки — огнеопасность топлива. Температура нагрева топлива, при которой выделяющиеся с его поверхности пары, образуя с воздухом горючую смесь, вспыхивают при поднесении пламени. Наиболее огнеопасным являются, бензины, имеющие температуру вспышки ниже 21° С. Керосины имеют температуру вспышки от 21 до 65° С.
- вязкость;
- удельный вес;
- температура застывания;
- теплота сгорания топлива;


- температура самовоспламенения, при которой топливо воспламеняется в воздухе без воздействия огня;
- содержание воды, механических примесей, золы и серы;
- коксуемость — образование кокса вследствие разложения частиц топлива при высокой температуре. Коксование вызывает засорение поршневых канавок для колец, закупорку отверстий форсунок.
1.1 Топливо для двигателей с искровым зажиганием
Основным способом получения автомобильных бензинов является термический крекинг-процесс, при котором в условиях высоких давлений (5-6 МПа) нефтепродукты нагревают до температуры 500-600 градусов по Цельсию. Вследствие разложения нефтепродуктов получают крекинг-бензин; его выход составляет около 70% основного сырья.
Автомобильный бензин — это легковоспламеняющаяся горючая жидкость, в состав которой входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 °С. Основным свойством бензина является его способность в состоянии газообразной смеси воспламеняться и сгорать со скоростью распространения фронта пламени 25 — 35 м/с, в результате чего давление газов в цилиндрах повышается быстро, но плавно. В некоторых случаях процесс горения может приобрести взрывной, детонационный характер. а скорость распространения фронта пламени достигает 2000-2500 м/с. Такое сгорание сопровождается резким повышением давления и звонким металлическим стуком в цилиндрах, что приводит к повышенному изнашиванию или разрушению деталей двигателя, вибрацию и перегрев. Наряду с этим происходит неполное сгорание топлива, что является причиной уменьшения мощности и экономичности двигателя, а также повышения токсичности отработавших газов.
Детонационная стойкость определяет возможность повышения степени сжатия двигателя для увеличения его мощности и снижения расхода топлива. Стойкость бензина против детонации определяется его октановым числом О.Ч. Чем больше это число, тем выше детонационная стойкость бензина. Октановое число определяют на одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия путем сравнительных испытаний данного бензина со смесью эталонного топлива, состоящей из двух углеводородов - изооктана и гептана. Изоктан обладает высокой детонационной стойкостью (О.Ч. = 100), а вто­рой детонирует очень легко (О.Ч. = 0). Если при испытаниях на указанном двигателе оказывается, что стойкость испытуемого бензина против детонации одинакова со стойкостью смеси, содержащей 72% изооктана и 28% гептана, то окта­новое число бензина равно 72. Таким образом, октановое число равно процентному содержанию изооктана в эталонной смеси изооктана и гептана, равноценной по детонации стойкости испытуемого бензина.
Для нормального сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя бензин должен быть однородная смесь. Способность бензина противостоять взрывообразному горению называется детонационной стойкостью. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе. Плотность топлива - при +20 "С должна составлять 690...750 кг/м. С увеличением вязкости затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до —40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20...30%.
Испаряемость – оценивается  давлением насыщенных паров и фракционным составом.Чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Чем больше скорость испарения бензина, тем выше качество приготовления горючей смеси, лучше пуск холодного двигателя, ниже концентрация паров на деталях поршневой группы, вследствие чего масло на стенках цилиндров и в картере двигателя меньше разжижается. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом - до 670 ГПа и зимой - от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя.
Теплота сгорания бензина является основным тепловым показателем т.е. количеством теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг топлива. Теплота сгорания автомобильных бензинов находится в пределах 44,1-46,2 МДж/кг.
Для автомобильных двигателей с искровым зажиганием выпускаются бензины следующих марок указанных в таблице 1.
Таблица 1: Основные показатели качества автомобильных бензинов
Показатели АИ-80 АИ-92 АИ-95 АИ-98 Евро-92
(АИ-92) Евро-95
(АИ-95) Евро-98
(АИ-98)
Октановое число 80 92 95 98 92 95 98
Содержание свинца, г/дм3 не более 0,010 0,005
Содержание смол, мг/100см3, не более 5,0 5,0
Массовая доля серы, %, не более 0,05 0,015
Доля бензола, %, не более 5,0 1,0
Внешний вид Чистый прозрачный Чистый прозрачный


Буквы в маркировке бензина означают следующее: А - автомобильный бензин, И - октановое число определено не моторным, а исследовательским методом; число соответствует минимально допустимому октановому числу.
Для повышения антидетонационных свойств бензинов используют антидетонатор - тетроэтилсвинец (ТЭС), применяемый в виде этиловой жидкости из расчета 1-1,5 см на 1 кг бензина

. При работе на этилированном бензине на стенках камеры сгорания, днище поршня и клапанах откладывается слой окислов свинца, для удаления которых в этиловую жидкость добавляют выносители.
В процессе эксплуатации автомобилей их следует заправлять бензином только той марки, которая установлена заводом-изготовителем. с учетом времени года и климатической зоны. Бензин АИ-92 - для двигателей со степенью сжатия 8,0-9,0; АИ-98 и АИ-95 «Экстра» - для двигателей со степенью сжатия более 9,0.
Бензин 80 сгорает очень резкой вспышкой и малой продолжительности горения, типа резкого удара. Бензин 92 уже будет иметь более мягкую вспышку и немного большей продолжительностью горения, то есть чуть дольше будет толкать поршень, так и бензин 95 будет иметь еще более мягкую вспышку и еще дольше будет толкать поршень. Из этого следует что чем больше октановое число в бензине, тем он более мягко загорается и дольше толкает поршень что увеличивает мощность двигателя. Обычно при движении по прямой, увеличение мощности из-за высокооктанового бензина не очень ощущается, но в подъем машина едет намного резвей и легче.
1.2 Топливо для дизелей
Дизельное топливо – это жидкий продукт прямой перегонки нефти, который получают из керосино-газойлевых фракций. Дизельное топливо применяется в дизельных двигателях внутреннего сгорания.
Главными потребителями дизельного топлива являются легковые дизельные автомобили, железнодорожный транспорт, военная и сельскохозяйственная  техника, водный транспорт и  грузовой автотранспорт.
Различают дистиллятное маловязкое – для быстроходных, и высоковязкое, остаточное – для тихоходных (трактора, суда) двигателей. Дистиллятное состоит из гидроочищенных керосоно-газойлевых фракций прямой перегонки и до 1/5 из газойлей каткрекинга и коксования. Вязкое топливо – смесь мазутов с керосино-газойлевыми фракциями. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42600 кДж/кг.
Для обеспечения своевременного и полного сгорания за короткий промежуток времени топливо должно удовлетворять следующим требованиям:
- вязкость и плотность такова, чтобы обеспечивать нормальную подачу топлива и надежную работу топливного насоса высокого давления (при оптимальной вязкости 2-6 мм2/с и температуре 20 °С);
- обеспечивать необходимый распыл, хорошие смесеобразование и испарение; для этого топливо должно иметь оптимальную вязкость и определенный фракционный состав;
- обладать необходимой воспламеняемостью, чтобы осуществлялись легкий пуск холодного двигателя, плавное нарастание давления и полное бездымное сгорание (эти свойства зависят от химического и фракционного состава топлива, а также вязкости; химический состав топлива оценивается цетановым числом, которое характеризует воспламеняемость и является основным показателем моторных свойств топлива);
- не вызывать повышенного образования нагара и других отложений на клапанах, кольцах, поршнях, закоксовывания иглы распылителя (склонность топлива к нагару зависит от химического и фракционного состава, вязкости, содержания механических примесей и воды);
- не содержать коррозионно-активных продуктов ;
- иметь возможно более высокую теплоту сгорания;
- степень чистоты, характеризующая надёжность и долговечность работы системы фильтрования топливной аппаратуры и цилиндр-поршневой группы двигателя.
На основании исследований и эксплуатационных испытаний установлены следующие значения вязкости топлива при 20 °С для быстроходных дизельных двигателей: летом — 3,0-8,0 мм2/с, зимой — 2,2-6,0 мм2/с, для сурового климата Арктики— 1,5-4 мм2/с. Более низкая плотность и вязкость обеспечивают лучшее распыливание топлива; с повышением указанных показателей качества увеличивается диаметр капель и уменьшается полное их сгорание, в результате увеличивается удельный расход топлива, растёт дымность отработанных газов.
С увеличением вязкости топлива возрастает сопротивление топливной системы, уменьшается наполнение насоса, что может привести к перебоям в его работе. При уменьшении вязкости дизельного топлива количество его, просачивающееся между плунжером и втулкой, возрастает по сравнению с работой на более вязком топливе, в результате снижается производительность насоса.
Прокачиваемость топлива зависит от его низкотемпературных свойств, которые влияют на подвижность топлива при низких температурах. Низкотемпературные свойства определяются температурой помутнения, начала кристаллизации и застывания.
Температура помутнения – это температура, при которой меняется фазовый состав топлива, так как наряду с жидкой фазой появляется твердая. При этой температуре топливо начинает мутнеть. При помутнении дизельное топливо не теряет текучести.
Температура застывания – это температура, при которой топливо полностью теряет текучесть и приобретает студнеобразный вид. Температура застывания ниже температуры помутнения на 5-10 °С.
Механические примеси в топливе стандартом не предусмотрены (не допускаются). Топливо загрязняется при несоблюдении правил перевозки, хранения и заправки. Этот показатель определяет эффективность и надёжность работы двигателя, особенно его топливной аппаратуры.
Чистоту топлива оценивают коэффициентом фильтруемости, который представляет собой отношение времени фильтрования через фильтр из бумаги БФДТ при атмосферном давлении десятой порции фильтруемого топлива к первой.
На фильтруемость топлив влияет наличие воды, механических примесей, смолистых веществ, мыл нафтеновых кислот.
В товарных дизельных топливах содержится в основном растворённая вода от 0,002 до 0,008%, которая не влияет на коэффициент фильтруемости. Не растворённая в топливе вода -0,01% и более - приводит к повышению коэффициента.
Присутствие в топливе поверхностно-активных веществ - мыл нафтеновых кислот, смолистых и серо-органических соединений - усугубляет отрицательное влияние эмульсионной воды на фильтруемость топлива. Содержание механических примесей в товарных дизельных топливах, выпускаемых НПЗ, составляет 0,002-0,004%. Это количество не отражается на коэффициенте фильтруемости при исключении других отрицательных факторов. Коэффициент фильтруемости дизельных топлив, отправляемых с предприятий, находится в пределах 1,5-2,5.
В топливе в большей или меньшей степени постоянно присутствует в растворенном состоянии вода