Детонационная стойкость бензина это: Детонационная стойкость топлив | это… Что такое Детонационная стойкость топлив?

Детонационная стойкость бензинов

Детонационная стойкость бензинов

Детонационная стойкость бензинов зависит главным образом от способности углеводородов к холоднопламенному окислению с образованием пероксидных соединений. Химический состав углеводородов, входящих в состав бензинов, оказывает решающее влияние на детонационную стойкость топлив. Нормальные парафиновые углеводороды легко окисляются в паровой фазе и поэтому склонны к детонации. Чем выше молекулярная масса н-парафиновых углеводородов, тем легче они окисляются. Ароматические углеводороды стойки к окислению, имеют высокую детонационную стойкость. Нафтеновые и непредельные углеводороды по склонности к детонации занимают промеж точное положение между «-парафиновыми и ароматическими углеводородами. Изопарафиновые углеводороды имеют высокую детонационную стойкость. Таким образом, при одинаковом фракционном составе бензин, содержащий большое количество парафиновых углеводородов изомерного строения и ароматических углеводородов, обладает лучшими антидетонационными свойствами по сравнению с бензином, содержащим большое количество н-парафиновых углеводородов. Бензин облегченного фракционного состава, при одинаковом групповом химическом составе, обладает лучшей детонационной стойкостью по сравнению с бензином, имеющим более тяжелый фракционный состав.

Условным показателем детонационной стойкости бензина является октановое число, которое определяется двумя методами: моторным и исследовательским. Октановое число определяют на стандартных одноцилиндровых двигателях с переменной степенью сжатия от 4 до 10. При определении октановых чисел по моторному методу применяются установки ИТ9-2М или УИТ-65 (ГОСТ 511—82), а по исследовательскому методу — установки ИТ9-6 или УИТ-65 (ГОСТ 8226—82). Таким образом, на установке УИТ-65 можно определить октановое число бензина обоими методами.

Сущность определения детонационной стойкости бензинов на установках состоит в том, что испытуемый бензин сравнивается с эталонными топливами по их способности к детонации. Подбираются такие смеси эталонных топлив, которые сгорают, в установках с такой же интенсивностью детонации, как и. испытуемый бензин. Эталонные топлива составляют путем смешивания двух химически чистых углеводородов — изооктана и н-гептана. Детонационная стойкость изооктана (2,2,4-триметилпентана), выраженная в октановых числах, условно принимается за 100, а н-гептана — за 0. При смешивании изооктана и н-гептана в различных соотношениях по объему получают ряд эталонных топлив, обладающих различной детонационной стойкостью. Чем выше содержание изооктана в эталонном топливе, тем сильнее его способность противостоять детонации.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Вследствие высокой стоимости первичных эталонных топлив, т. е. изооктана и н-гептана, для повседневной оценки октановых чисел бензинов пользуются вторичными эталонными топливами, антидетонационные свойства которых предварительно тарируются (оцениваются) по первичным. В качестве вторичных эталонных топлив используются смеси бензола с авиационным бензином Б-70, смесь бензина Б-70 с уайт-спиритом и некоторые другие. Для каждой смеси первичных эталонных топлив подбирается равноценная по антидетонационным качествам смесь вторичных эталонов.

При определении октанового числа испытуемого бензина повышают степень сжатия -установки до появления стандартной интенсивности детонации. Затем на этой же установке подбирают эталонное топливо, которое имеет стандартную интенсивность при той же степени сжатия.

Октановым числом называется процентное (объемное) содержание изооктана в смеси с н-гептаном, которая по своим антидетонационйым свойствам аналогична испытуемому топливу. Например, если октановое число бензина равно 76, то это значит, что бензин имеет такие же антидетонационные свойства при испытании на стандартной установке, как смесь, состоящая из 76% изооктана и 24% н-гептана. Октановое число бензина зависит от его химического состава. Октановые числа углеводородов одного и того же бензина, – определенные различными методами, не совпадают. По моторному методу величина октанового числа ниже, чем величина октанового числа, определенная по исследовательскому методу. Например, для бензина АИ-93 значения октановых чисел по исследовательскому и моторному методам соответственно равны 93 и 85, для бензина АИ-98 значения октановых чисел соответственно равны 98 и 89. Разница в октановых числах бензина, определенных обоими методами, называется чувствительностью бензина. Она зависит oj углеводородногс состава бензина. Наибольшей чувствительностью обладают бензины каталитического крекинга и риформинга: в зависимости от содержания ароматических и непредельных углеводородов чувствительность бензинов составляет от 8 до 12 октановых единиц. Чувствительность бензинов термического крекинга и коксования с большим содержанием непредельных углеводородов находится в пределах от 4 до 7 единиц. Наименее чувствительны к режиму испытания бензины, состоящие из н-парафиновых и изопарафиновых углеводородов, разница составляет 1—2 единицы.

В табл. 1 приведены стандартные условия испытания детонационной стойкости бензинов по моторному и исследовательскому методам. Как видно из табл. 1, стандартные условия испытаний по моторному методу более жесткие, чем по исследовательскому, поэтому октановые числа

Таблица 1.
Условия испытаний автомобильных бензинов

Значение октанового числа бензина зависит от условий эксплуатации, поэтому необходимо определять детонационную стойкость бензина на автомобильных двигателях. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 10373—75 в стендовых и дорожных условиях. В результате испытаний определяют фактические октановые числа при стендовых и дорожных испытаниях.

Для обеспечения бездетонационной работы двигателя необходимо использовать бензины с октановыми числами, предназначенными для данного двигателя. Необходимое октановое число бензина прежде всего зависит от степени сжатия. Кроме того, на величину октанового числа бензина влияет ряд других факторов, например, диаметр цилиндра, материал, из которого изготовлены головки, расположение и количество свечей и т. д. В табл. 2 указаны требования к детонационной стойкости автомобильных бензинов в зависимости от степени сжатия и диаметра цилиндра.

Как видно из таблицы, с увеличением степени сжатия и диаметра цилиндра повышаются требования к детонационной стойкости бензина. Двигатели с более высокими степенями сжатия и диаметром цилиндра должны работать на бензинах с более высокими октановыми числами.

Для современных автомобилей необходимы бензины с высокими октановыми числами (80 и более по исследовательскому методу).

Повышение детонационной стойкости товарных бензинов достигается несколькими способами: переработка дистиллятов путем каталитического крекинга и риформинга, добавление к базовым бензинам высокооктановых компонентов и применение антидетонационных присадок. Бензины, полученные путем каталитического крекинга и риформинга, имеют высокие октановые числа (77—90 и более по моторному методу, т. е. выше 80—95 по исследовательскому методу).

К высокооктановым компонентам бензинов относятся изооктан технический, толуол, бензол, алкилаты, изопентан и другие. При добавлении высокооктановых компонентов к базовым бензинам в количестве 15—40% получают бензины с высокой детонационной стойкостью.

При выборе высокооктанового компонента необходимо учитывать температуру окружающего воздуха. Изопентан, например, нельзя использовать летом, поскольку у него низкая температура кипения, а бензол — зимой, так как он обладает высокой температурой кристаллизации (4-5,5 °C). Добавляя ароматические углеводороды (бензол, толуол, кумол и т. п.), необходимо помнить о их высокой нагарообразующей способности.

Несмотря на высокие октановые числа, индивидуальные углеводороды не находят применения в чистом виде в качестве топлива для современных автотракторных двигателей. При их использовании не обеспечиваются другие эксплуатационные свойства: испаряемость, теплота сгорания топливовоздушной смеси, температура застывания и ряд других.

Таблица 3.
Высокооктановые компоненты бензинов

Самым эффективным способом повышения детонационной стойкости бензинов является добавление к ним антидетонаторов. Антидетонаторами называются металлоорганические соединения, при добавлении которых в незначительном количестве резко повышаются антидетонационные свойства бензинов.

В качестве антидетонаторов наиболее часто применяются марганцовые и свинцовые органические соединения, например, ЦТМ (циклопентадиенилтрнкарбонил марганца), МЦТМ (метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца), ТЭС (тетраэтилсвинец), ТМС (тетраметилсвинец) и некоторые другие. Антидетонаторы ЦТМ и МЦТМ хорошо растворимы в бензине, эффективно повышают октановое число, нетоксичны. Тем не менее они не нашли промышленного применения. Для превращения в газообразное состояние и полного удаления из камеры сгорания марганца и его оксидов, образующихся при сгорании ЦТМ и МЦТМ, не. найден качественный и дешевый выноситель. При использовании этих антидетонаторов наблюдается повышенное на-гарообразование, неполнота сгорания и перерасход топлива.

Фирмой «Shell» исследовано влияние более шестидесяти соединений . на октановые числа бензина. Установлено, что более экономичным является вторичная переработка низкооктановых бензинов с целью повышения октановых чисел по сравнению с изысканием и применением новых антидетонаторов.

В настоящее время наиболее широко используемым антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС), представляющий собой бесцветную маслянистую жидкость с плотностью 1,65 • 10s кг/м3. ТЭС нерастворим в воде, однако растворим в бензине и органических растворителях, кипит с разложением при температуре 200 °C, легко воспламеняется и горит. Тетраэтилсвинец ядовит, поражает главным образом центральную нервную систему, обладает свойством накопления в организме, может попадать в организм через неповрежденную кожу, а также через дыхательные пути. Значительное одновременное попадание ТЭС или постепенное продолжительное отравление им вызывает смерть. ТЭС применяется с 1923 года во многих странах мира в качестве высокоэффективного антидетонатора в автомобильных бензинах. Тетраэтилсвинец неустойчив, под действием температуры, солнечного света, воздуха разлагается с образованием белого осадка. Для предотвращения разложения ТЭС применяются специальные вещества — стабилизаторы.

Действие тетраэтилсвинца заключается в обрыве цепных реакций образования пероксидов. Тем самым предотвращается или значительно снижается детонационное сгорание рабочей смеси.

Тетраэтилсвинец в чистом виде не применяется, поскольку происходит освинцовывание деталей двигателя, т. е. отложение продуктов сгорания ТЭС (свинца и его оксидов) в камере сгорания, на днище поршня, клапанах, свечах и др. ТЭС добавляют в бензин в виде этиловой жидкости, состоящей из тетраэтилсвинца, выносителя, антиокислителя, наполнителя и красителя. Выноситель добавляется для превращения свинцовых соединений при сгорании в газообразное состояние. В качестве выноск-теля свинца используются органические галлоидные соединения углеводородов, например, бромистый этил, моно-хлорнафталин, дибромэтан, дибромпропан. Бензины, в которые добавлена этиловая жидкость, называются этилированными. Для этилирования применяются этиловые жидкости Р-9, 1-ТС, П-2. Содержание ТЭС в этиловых жидкостях составляет 54—58%, выносителя — 33—36%, остальное — наполнитель — авиационный бензин Б-70 (до 100%). Эти этиловые жидкости отличаются выносителем.

Так, в жидкости Р-9 в качестве выносителя используется бромистый этил и монохлорнафталин; использование ее для приготовления летних бензинов не рекомендуется, так как температура кипения бромистого этила составляет 38,4 °C. Жидкость 1-ТС содержит в качестве выносителя дибромэтан. Применение этой жидкости нерационально зимой, поскольку дибромэтан имеет высокую температуру кристаллизации, равную + 10 °C. Жидкость П-2 лишена того и другого недостатка, так как выноситель — дибромпропан — имеет температуру кипения 141,6 °C и температуру кристаллизации — 55.5 °C.

Для предупреждения о ядовитости этилированные бензины окрашивают, причем каждую марку в свой цвет. Масса красителя составляет 5—6 мг на 1 кг бензина.

Эффективность добавления этиловой жидкости зависит от химического состава бензина. Свойство бензина повышать свою детонационную стойкость при введении ТЭС называется приемистостью (или чувствительностью) бензина к ТЭС. Наибольшей приемистостью обладают «-парафиновые углеводороды, наименьшей — ароматические.

Бензины прямой перегонки имеют большую чувствительность к ТЭС, чем остальные бензины.

Наиболее эффективно повышают октановое число бензинов небольшие количества тетраэтилсвинца. Повышение его концентрации сверх определенных пределов не вызывает ощутимого улучшения детонационной стойкости бензина. Поэтому ТЭС вводят в бензин в небольших количествах — масса свинца на 1 кг бензина составляет от 0,24 ДР 0,5 г.

Сернистые соединения снижают октановое число бензина и приемистость бензина к ТЭС.

Таблица 4.
Влияние сернистых соединений на октановое число бензина и приемистость бензина к ТЭС (температура конца кипения бензина 120 °C)

При работе двигателей на этилированных бензинах отмечаются следующие особенности. Наблюдаются повышенное нагарообразование, более частое возникновение калильного зажигания, уменьшение срока службы свечей зажигания, образование свинцовых отложений на опорных поверхностях клапанов и гнезд, в связи с чем клапана прогорают. Наблюдается неравномерное распределение ТЭС и выносителя по цилиндрам. Этилированные бензины оказывают значительное коррозионное действие на металлы в присутствии воды. В процессе хранения бензина ТЭС подвергается окислению, в результате чего в бензине могут образоваться нерастворимые продукты, вызывающие помутнение бензина. В связи с высокой токсичностью отработавших газов автомобилей, работающих на этилированных бензинах, применение последних в крупных городах с интенсивным автомобильным движением и в курортных зонах запрещено.

При отсутствии бензина с необходимым октановым числом, его можно заменить бензином более высокооктановым. Однако необходимо помнить следующее. Если двигатель работал на неэтилированном бензине, заменять соответствующий бензин следует только неэтилированным. При замене этилированным бензином отработавшие газы будут иметь более высокую температуру. Повышение температуры происходит вследствие догорания несгоревшего высокооктанового топлива и за счет свинцовых соединений. Именно содержание свинцовых соединений в отработавших газах является причиной прогорания выпускных клапанов двигателя.

Замена одних бензинов другими с более низкими октановыми числами недопустима, например, замена бензина А-76 бензином А-72. При подобных заменах неизбежно явление детонации, что влечет за собой уменьшение мощности и экономичности двигателя, его преждевременный выход из эксплуатации. Изменение угла опережения зажигания часто не дает желаемого эффекта. Чем больше разница в октановых числах бензинов, тем меньше вероятность устранения детонации. Кроме разрушительного эффекта, замена высокооктановых бензинов на низкооктановые вызы-рает перерасход топлива от 1,5 до 5%.

Рис. 1. Схема определения октанового числа смеси бензинов.

Более экономичным является смешивание двух бензинов: с более высоким и более низким октановым числом, чем требуется для данного двигателя. Октановые числа — величины аддитивные, поэтому подсчет необходимых количеств бензинов для смешивания можно производить по относительным количествам каждого из бензинов. Проще воспользоваться «правилом креста». При расчетах октановые числа всех бензинов должны быть определены одним и тем же методом. Бензин АИ-93 имеет октановое число, определенное по исследовательскому методу, равное 93, а по моторному — 85; бензин АИ-98 имеет октановые числа, равные 98 и 89 соответственно.

Допустим, необходимо получить бензин с октановым числом 76 из бензинов марок АИ-93 и А-72. По схеме («кресту»), указанной на рис. 1, определяем разницу в октановых числах между 76 и 72, 85 и 76. Для того чтобы получить смесь с октановым числом 76, необходимо взять 9 объемов v бензина А-72 и 4 объема бензина АИ-93. Подобные смеси готовят для одноразового пользования, но не для хранения.

При работе двигателя внутреннего сгорания детонация -проявляется тем интенсивнее, чем больше наполнение цилиндров двигателя, т. е. чем больше открыт дроссель. Поэтому требование автомобильных двигателей к антидето-иационной стойкости топлив может изменяться в зависимости от нагрузки. Установлено, что для обеспечения нор

мальной работы двигателя требуется около 20% высокооктанового бензина, остальные 80% могут быть с более низким октановым числом. Только в особо трудных условиях эксплуатации автомобилей (например, при перевозках в горах) время работы двигателя на полной мощности увеличивается и высокооктанового бензина требуется около 50%. Таким образом, можно значительно экономить высокооктановый бензин, если добиться, чтобы он использовался только на кратковременных форсированных режимах, а низкооктановый — на основных длительных режимах.

Для предотвращения детонации к бензину можно добавлять воду. Использование воды в качестве добавки к топливу проводилось многими исследователями более 100 лет тому назад. Антидетонационный эффект от впрыскивания воды заключается в охлаждении рабочей смеси, охлаждении цилиндров и их деталей, действии водяного пара как инертного газа, т. е. на снижении температуры горения в цилиндрах, что влияет на скорость цепной реакции образования пероксидов и гидропероксидов в догорающей части рабочей смеси. Нагарообразование в двигателях, работающих длительное время на низкооктановых бензинах с впрыскиванием воды, меньше, чем при работе двигателя на бензине без впрыскивания воды. Вода впрыскивается только при работе двигателя с полной нагрузкой, т. е. когда двигатель имеет высокие температуры и вода полностью испаряется. В автомобильные двигатели воду обычно вводят во впускной трубопровод непосредственно После карбюратора. Впрыскивание воды позволяет повысить степень сжатия без повышения октанового числа бензина, использовать топлива с меньшим октановым числом, чем требуется для данного двигателя. Впрыск 10% воды равноценен по антидетонационному эффекту увеличению октанового числа бензина на 3—4 единицы. Вода действует несколько эффективнее на этилированные бензины, чем на неэтилированные.

Таблица 5.
Влияние добавления воды на октановое число бензина

Однако имеются серьезные препятствия широкому использованию воды как добавки к топливу. Вода имеет высокую температуру замерзания, добавление ее к бензину повышает коррозионный износ ЦПГ, резко ухудшает качество масла. Вода должна применяться только чистая, дистиллированная, но для получения ее расходуются значительные количества топливно-энергетических ресурсов. Обычная вода содержит соли, образующие отложения в камере сгорания.

Проводились работы по использованию воды в виде водно-бензиновых эмульсий. Для образования эмульсии необходимы специальные поверхностно-активные вещества — эмульгаторы. Эффективные эмульгаторы, стойкие при хранении и изменении температуры, еще не найдены. При колебании температуры на 8—10 °C пленка, обволакивающая капельку воды, лопается и вода оседает на дно. Используемые в настоящее время эмульгаторы повышают нагарообразование.

Для улучшения антидетонационных свойств к бензинам можно добавлять спирты или их водные растворы. Антидетонационный эффект от их введения выше, чем от введения воды. Водные растворы метанола, в свою очередь, более эффективны, чем водные растворы этанола. Спирты обладают меньшей скрытой теплотой испарения, чем вода, и большей летучестью. Кроме того, спирты сами являются топливами о высокими октановыми числами. Октановые числа метанола, этанола и изопропанола составляют 98, 99, 100 соответственно. Но спирты обладают рядом недостатков. Это, прежде всего, расслаивание спиртоводно-бензиновых смесей, плохой пуск двигателя, более низкая теплота сгорания по сравнению с теплотой сгорания бензинов, требующая увеличения подачи топлива.

Склонностью к расслаиванию с бензинами не обладают изоспирты, эфиры и некоторые другие соединения. На практике применяются смеси бензина с добавлением до 20—25% метанола и изобутанола и до 8—10% метилтретичнобути-лового эфира (МТБЭ). Бензинометанольные смеси готовят Для зимней и летней эксплуатации.

В настоящее время применяются неэтилированные бензины АИ-93 и А-76 с добавлением спиртов и МТБЭ.

Таблица 6.
Состав бензинометанольной смеси

7. 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) С₈Н₁₈, а за 0 принята детонационная стойкость н-гептана С₇Н₁₆.

Октановым числом испытуемого бензина называют количество изооктана (в % об. ) в его смеси с н-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 ⁰С. 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:

ОЧ_М = 250,9 — 281,

где — относительная плотность бензина.

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

ОЧ_М = 100А + 70Н + 50ИП — 12НП,

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

Существует также расчетный метод, основанный на хромато-графическом анализе бензина.

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

Значение RON MON и LTHR для пределов детонации разнородных по составу бензиновых топлив в двигателе DISI. (Конференция)

Значение RON MON и LTHR для пределов детонации разнородных по составу бензиновых топлив в двигателе DISI. (Конференция) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другое связанное исследование

Аннотация не предоставлена.

Авторов:

Шоберг, Карл Магнус Горан; Вийомье, Дэвид

Дата публикации:

01. 01.2017

Исследовательская организация:

Национальная лаборатория Сандия. (SNL-CA), Ливермор, Калифорния (США)

Организация-спонсор:

Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики США, Транспортное управление. Офис автомобильных технологий

Идентификатор ОСТИ:

1418422

Номер(а) отчета:

ПЕСОК2017-0747К
650677

Номер контракта с Министерством энергетики:  

АК04-94АЛ85000

Тип ресурса:

Конференция

Отношение ресурсов:

Конференция

: предлагается для презентации на конференции WCX 17: Всемирный конгресс SAE, которая пройдет 4–6 апреля 2017 г. в Детройте, штат Мичиган.

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Шоберг, Карл Магнус Горан и Вийомье, Дэвид. Значение RON MON и LTHR для пределов детонации разнородных по составу бензиновых топлив в двигателе DISI. . США: Н. П., 2017. Веб.

Копировать в буфер обмена

Шоберг, Карл Магнус Горан и Вийомье, Дэвид. Значение RON MON и LTHR для пределов детонации разнородных по составу бензиновых топлив в двигателе DISI. . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Шоберг, Карл Магнус Горан и Вийомье, Дэвид. 2017. «Значение RON MON и LTHR для пределов детонации разнородных по составу бензиновых топлив в двигателе DISI». Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/1418422.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_1418422,
title = {Значение RON MON и LTHR для пределов детонации разнородных по составу бензиновых топлив в двигателе DISI.},
автор = {Шоберг, Карл Магнус Горан и Вюйлемье, Дэвид},
abstractNote = {Аннотация не предоставлена.},
дои = {},
URL = {https://www.osti.gov/biblio/1418422}, журнал = {},
номер = ,
объем = ,
место = {США},
год = {2017},
месяц = ​​{1}
}

Копировать в буфер обмена

---

Просмотр конференции (2,15 МБ)

Дополнительную информацию о получении полнотекстового документа см. в разделе «Доступность документа». Постоянные посетители библиотек могут искать в WorldCat библиотеки, в которых проводится эта конференция.

---

Экспорт метаданных

Сохранить в моей библиотеке

Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.

Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:

• Аналогичные записи

Патент США на Способ определения детонационной стойкости топлив Патент (Патент № 8,468,873 от 25 июня 2013 г.)

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к способу определения детонационной стойкости топлив с помощью тестовый двигатель.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Стандарт DIN EN 228 устанавливает минимальные требования к характеристикам и свойствам неэтилированного бензина. В таблице 1 показана выдержка из основных характеристик топлива.

ТАБЛИЦА 1 Требования согласно DIN EN 228 Значение характеристики Единица измеренияSuperPlusSuperNormalПлотность при 15°C, кг/м 98мин. 95мин. 91  М.О.Н.мин. 88мин. 85мин. 82,5 Содержание свинца мг/лмакс. 5   Диапазон перегонки*% (об./об.) Количество испаряемого вещества (класс A) при 70°C, E7020-48 при 100°C, E10046-71 при 150°C, E150   мин. 75 Количество испарений (класс D/D1) при 70°C, E7022-50 при 100°C, E10046-71 при 150°C, E150   мин. 75Конечная точка кипения (КТК) °С. макс. 210(Класс A/D/D1)Индикатор волатильности VLI**(VLI = 10 × VP + 7/E70)Класс D1Индекс  макс. 1150 Остаток после перегонки% (об./об.)макс. 2 Давление паров (DVPE) кПа Класс A45,0–60,0 Класс D/D160,0–90,0 Остаток после испарения мг/100 мл макс. 5% содержания бензола (об./об.) макс. 1Содержание серымг/кг макс. 150Стабильность к окислениюмин макс. 360Коррозия медиПротяженность макс. 1Коррозия*Класс A: с 1 мая по 30 сентября (лето)Класс D: с 16 ноября по 15 марта (зима)Класс D1: с 16 марта по 30 апреля и с 1 октября по 15 ноября (переходный период)**Индекс паровой пробки

Особое значение при этом имеет детонационная стойкость, которая описывается двумя характеристическими числами: моторным октановым числом (M.O.N.) и исследовательским октановым числом (R.O.N.). Вкратце, детонация может возникать во время сгорания в любом бензиновом двигателе и, если она достаточно интенсивна, привести к серьезному повреждению двигателя. По этой причине от разработчиков двигателей требуется предотвратить неравномерное сгорание, возникающее при детонации. Другими словами, они должны интегрировать системы контроля детонации в систему управления двигателем и заблаговременно подготовить двигатель к детонационной стойкости топлива. Высокие октановые числа обеспечивают более высокую производительность при одновременно более высокой степени эффективности двигателя и, следовательно, меньшем расходе топлива. По этим причинам более высокие цены также могут быть получены с топливом с более высоким октановым числом, даже если они имеют почти такое же содержание энергии (ценность топлива), что и топлива с более низким октановым числом.

Определение октановых чисел во всем мире в настоящее время осуществляется эмпирическим путем и в соответствии со стандартными процессами в лабораториях производителей топлива. Для этого используются специальные одноцилиндровые испытательные двигатели с переменной степенью сжатия, которую можно настроить на соответствующее качество топлива. Цель состоит в том, чтобы сравнить интенсивность детонации испытуемого топлива с топливом с известным октановым числом, чтобы определить его октановое число. Может потребоваться интерполяция между октановыми числами. Стандартное произвольно назначенное октановое число для изооктана равно 100, а для н-гептана равно 0. Путем смешивания этих компонентов можно получить топливо, которое будет иметь такую ​​же интенсивность детонации, как и тестируемое топливо. Тогда определяемое октановое число будет соответствовать объемной доле изооктана в топливной смеси. Только условия тестирования различают M.O.N. и Р.О.Н. Все остальные этапы процесса такие же, и использовались те же методы измерения и тестовый механизм.

Степень интенсивности детонации измеряется электрическим датчиком (электронным датчиком детонации), прикрепленным к камере сгорания двигателя (РИС. 1), и индикатор (измеритель детонации) отображает результат. Однако расчеты интенсивности и частоты детонации не выполняются с данными измерений. Исследования показали, что топливо с одинаковым октановым числом может иметь различное поведение детонации в отношении интенсивности и частоты. При профессиональном применении этого метода с соответствующим опытом можно добиться точности не более +0,2 октанового числа. Операция выполняется вручную и занимает от 20 до 30 минут на октановое число. Было и есть много попыток определить октановое число с помощью расчетов или другого прибора, то есть вне двигателя. К сожалению, пока не удалось добиться этого с нужной точностью. Если состав топлива известен, анализ газовой хроматографии или инфракрасная спектроскопия могут дать достаточно точные результаты, но эти методы используются только на нефтеперерабатывающих заводах, поскольку они точно знают состав своего топлива. Принципиального улучшения устройства и способа пока не найдено.

При оценке допустимых процессов определения октанового числа были обнаружены следующие проблемы:

Точность процесса может быть улучшена.

Процесс занимает много времени; он не может быть автоматизирован и не допускает индикации в режиме онлайн.

При этом интенсивность детонации указывается непосредственно после аналоговой обработки измерительного сигнала. Точного расчета интенсивности и частоты детонации не производится.

Было поставлено под сомнение, действительно ли определенные октановые числа отражают детонационную стойкость топлива, которое требуется современным двигателям внутреннего сгорания.

Таким образом, целью изобретения является создание способа, который обеспечит быструю и надежную характеристику возможной детонационной стойкости топлива.

РЕЗЮМЕ

Задачи и преимущества изобретения частично изложены в последующем описании, или могут быть очевидны из описания, или могут быть изучены в ходе практического применения изобретения.

Задача решается путем определения хронологической последовательности давлений в цилиндрах испытуемого двигателя при сгорании топлива в испытуемом двигателе таким образом, чтобы полученные сигналы давления можно было сравнить с соответствующими сигналами давления хотя бы одного эталонного топлива с известной детонационной стойкостью .

Использование современных измерительных и аналитических методов позволяет точно охарактеризовать различные параметры процессов детонации сгорания, которые происходят в испытательном двигателе, такие как интенсивность детонации, амплитуда детонации пикового давления, скорость увеличения давления и частоты и частотных распределений этих параметров. Принятый подход и необходимые методы измерения описаны в следующих примерах осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 показано поперечное сечение испытательного двигателя согласно изобретению;

РИС. 2 показана схема электрического датчика детонации согласно изобретению;

РИС. 3 показан альтернативный вариант устройства датчика детонации в соответствии с изобретением;

РИС. 4 — примерный график зависимости угла поворота коленчатого вала от давления в цилиндре согласно изобретению; и

РИС. 5 показан примерный график распределения интенсивности детонации в соответствии с изобретением.

ОПИСАНИЕ

Теперь делается ссылка на конкретные варианты осуществления изобретения, один или несколько примеров которых проиллюстрированы на чертежах. Каждый вариант осуществления предоставлен для пояснения изобретения, а не в качестве ограничения изобретения. Например, признаки, проиллюстрированные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы с другим вариантом осуществления для получения еще одного дополнительного варианта осуществления. Предполагается, что настоящее изобретение включает эти и другие модификации и варианты.

В одном варианте осуществления пьезоэлектрический датчик давления (который обычно используется разработчиками двигателей в своих научно-исследовательских задачах) преимущественно соединен с камерой сгорания вместо электронного измерителя детонации. Таким образом, сигнал давления усиливается и преобразуется в сигнал заряда, пропорциональный давлению в цилиндре (p) (см. фиг. 3). Сигнал заряда подается на блок быстрого сбора данных, где он оцифровывается, обрабатывается и затем сохраняется.

В этом контексте может быть выгодно фильтровать сигналы давления через полосовой фильтр (особенно в диапазоне от 3 до 15 кГц и/или с фильтром высоких частот от 3 кГц) перед их сравнением с соответствующими сигналами одного или несколько стандартных видов топлива.

В то же время также предпочтительно, если хронологическая последовательность углов коленчатого вала (α на фиг. 3) испытательного двигателя определяется во время сгорания с помощью датчика угла поворота коленчатого вала. Используя эту информацию, определенные сигналы давления могут быть проанализированы как функция времени, угла поворота коленчатого вала или угла опережения зажигания. ИНЖИР. 4 показано представление давления в цилиндре и соответствующих зависимых от времени амплитуд давления детонации в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Интенсивность детонации или другие упомянутые выше параметры, которые могут быть получены из последовательности изменения давления в цилиндре, и их распределение в виде гистограммы, кумулятивной частоты или индивидуального характеристического числа могут отображаться для описания детонации (РИС. 5). Возможно даже сравнение отдельных параметров, так как можно получить важные сведения о детонационном поведении исследуемого топлива. В связи с этим следует отметить, что при интерпретации полученных данных необходимо учитывать соответствующие условия работы тестируемого двигателя, чтобы предотвратить получение ложных результатов.

Сравнение соответствующих результатов с результатами для типичных стандартных топлив, таких как изооктан и/или н-гептан, полученных аналогичным образом, приводит к одному или нескольким характеристическим числам, которые описывают точную детонационную стойкость испытуемого топлива.

В этом случае соответствующие характеристические числа, основанные на хронологической последовательности полученных сигналов давления в цилиндре испытательного двигателя, могут быть измерены либо в течение отдельного цикла испытательного двигателя, либо получены из статистической оценки сигналов давления нескольких циклов.

Кроме того, предпочтительно, если степень сжатия испытательного двигателя рассчитывается на основе давления в цилиндре при определенном угле поворота коленчатого вала, при этом угол поворота коленчатого вала служит мерой момента зажигания. Поскольку детонационная характеристика топлива зависит, среди прочего, от степени сжатия испытуемого двигателя, целесообразно учитывать этот параметр при сравнении сигналов давления испытанного топлива с сигналами стандартного топлива с известной детонационной стойкостью.

Кроме того, чрезвычайно выгодно, если измеренные сигналы давления в цилиндре и соответствующие дополнительные известные данные об испытуемом топливе, такие как, например, его точный химический состав, могут быть сохранены в базе данных. В конце концов, эти измеренные значения являются основой для будущих оценок новых или еще не проанализированных видов топлива. В этом случае (и особенно при соблюдении стандартных этапов процесса) могут быть получены быстрые и надежные выводы о детонационном поведении испытуемого топлива. Таким образом, с соответствующим набором данных анализ стандартных видов топлива больше не требуется в каждом случае.

Примеры этапов процесса перечислены ниже:

Измерение сигнала давления в цилиндре на основе времени (частота сканирования: 100 кГц).

Полосовая фильтрация измеренного сигнала давления (от 3 до 15 кГц).

Определение максимальной высоты амплитуды отфильтрованного сигнала давления за цикл (наилучшие результаты с процессором сигналов).

Оценка высоты амплитуды и ее частоты в регулируемом временном окне (300 циклов, распределение интенсивности или кумулятивная частота).

Сопоставление результатов с известными стандартными топливами или их смесями.

Отображение и сохранение индексов корреляции в качестве меры детонационной стойкости.

К важным преимуществам устройства и процесса относятся:

Более высокая точность, особенно за счет использования точных технологий и статистического анализа.

Более точная оценка процессов детонации посредством анализа интенсивности и частоты детонации.

Возможность автоматизации.

Отображение в режиме онлайн характеристического числа детонационной стойкости.

Автоматический или частично автоматический процесс.

Измерения со стандартными видами топлива больше не требуются, как только результаты будут доступны в базе данных.

Степень сжатия можно точно рассчитать по последовательности давлений до момента воспламенения.

Модификации изобретения легко возможны в рамках формулы изобретения, и в этом случае прямо указано, что все отдельные признаки в формуле изобретения, в описании и на чертежах могут быть использованы в любой их комбинации, пока это возможно и имеет смысл. Например, может быть очень выгодно, если могут учитываться давление и/или температура смеси для горения и время ее пребывания (в частности, в виде вычисляемого на их основе характеристического числа). Предпочтительно, если момент зажигания и начало детонации горючей смеси можно регистрировать (особенно с помощью датчика) и учитывать промежуточную разницу во времени и/или разницу соответствующих углов коленчатого вала испытуемого двигателя. Таким образом, можно очень точно определить анализируемый период времени, что приводит к особенно надежному выполнению теста. Кроме того, также возможно определить период сгорания (подвод тепла при сгорании) отдельного или нескольких циклов испытательного двигателя для получения на их основе задержки воспламенения, предварительного воспламенения, максимальной скорости сгорания и/или остаточного количества топлива. горючая смесь из топлива и дымовых газов, особенно воздуха для горения, когда начинается детонация. Период сгорания отдельного или нескольких циклов испытательного двигателя также может быть определен (и, по крайней мере, заранее заданное значение периода сгорания, например, начало сгорания) с помощью, по крайней мере, одного датчика, особенно датчика для измерения ионного тока. внутри испытательного двигателя датчик для измерения корпусного шума испытательного двигателя и/или оптический датчик. Этот метод позволяет очень точно определить начало сгорания, так что период для соответствующего измерения давления в цилиндре может быть определен с образцовой надежностью.