Температура горения бензина аи 92: Температура вспышки бензина, методы ее определения

Каким бывает и где применяется прямогонный бензин

ГК Трэйд-Ойл > Информация > Автомобильный Бензин > Свойства и применение прямогонного бензина

Прямогонные бензины представляют собой фракцию нефти с пределами выкипания 180 градусов Цельсия. Состоят преимущественно из нормальных парафинов С5-С9. Получают его прямой перегонкой нефти с добавлением некоторого количества вторичных фракций.

Применяется в качестве сырья пиролиза углеводородного сырья, которое используется для  получения этилена на предприятиях нефтяной и химической промышленности. Выпускаются прямогонные бензины под следующими названиями:  бензин газовый стабильный (БГС), П-1 3. Прямогонный бензин обладает низким октановым числом 40-60 ед и является экспортным товаром.

Виды и сферы применения

Узкие легкокипящие продукты каталитическогориформинга (БР-2) или прямой перегонки малосернистых нефтей (БР-1). Данные сорта нашли применение в следующих сферах: растворителя для приготовления резиновых клеев при производстве печатных красок, мастик, для обезжиривания электрооборудования, тканей, кожи, поверхностей металлов перед нанесением металлических покрытий, для промывки подшипников, арматуры перед консервацией, в производстве искусственных мехов; для изготовления быстросохнущих масляных красок и электроизоляционных лаков; для извлечения канифоли из древесины, приготовления спиртобензиновой смеси для промывки печатных плат в электротехническом производстве.

Экстракционные бензины (температура кипения 70-95°С) прямой перегонки малосернистых нефтей. Применяются для экстракции растительных масел, извлечения жира из костей, никотина из махорочного листа, как растворитель в резиновой и лакокрасочной промышленности.

Малосернистый деароматизированный экстракционный бензин (температура кипения 70-85°С). Применяется для выработки масел в районах с жарким климатом (высокой испаряемостью).

Растворитель БЛХ. Применяется для извлечения канифоли из древесной щепы, а также при приготовлении резиновых клеев и лаковых рецептур типографских красок.

Узкая фракция прямой перегонки (температура кипения 110—185°С) (озокеритовый растворитель). Применяется для экстракции озокерита из руд.

Нефрас С 50/170 (ГОСТ 8505-80). Применяется в качестве растворителя при производстве искусственных кож,  химической чистки тканей, промывке деталей перед ремонтом, смывания с деталей противокоррозийных покрытий и много другого.

Нефрас САР применяется при производстве монолитных конденсаторов.

Нефрас С 150/200

. Близок по свойствам и применяется также как и Уайт-спирит. Ооднако содержит больше серы и имеет более резкий запах.

Сходство и различие бензина и дизтоплива |

Бензин и дизтопливо – самые распространённые виды горючего. Поговорим о сходстве и различиях между ними.

 

Что собой представляет бензин

Это нефтяное топливо, горючая смесь из лёгких углеводородов. При нормальных условиях представляет собой жидкость с сильным запахом. Длина цепи, входящих в состав бензина алканов и циклоалканов, не меньше 5-ти атомов углерода, но не больше 12.

В самых общих чертах производство бензина состоит из 3-х основных этапов:

  1. Фракционная перегонка или дистилляция. Нефть закачивают в особые высокие ёмкости, напоминающие колонны, и нагревают 315 градусов Цельсия. В результате она разделяется на фракции: бензин, природный газ, керосин и др.
  2. Очистка фракции бензина от примесей. Для этого используют катализаторы, высокое давление и температуры. Цель действия – разрушить большие молекулы.
  3. Добавление присадок. Они нужны, чтобы улучшить горение бензина и не допустить повреждение двигателя.

Что собой представляет дизтопливо

Это нефтяное топливо, воспламеняющееся не от искры, а от резкого повышения давления. Длина углеродной цепи – свыше 12 атомов. Названо дизельное топливо в честь Рудольфа Дизеля, который в конце 19, начале 20 веков внёс очень большой вклад в создание дизельных двигателей. Производство дизтоплива состоит из тех же этапов, что и производство бензина, только из колонн извлекают и очищают более тяжёлую фракцию.

Предлагаем купить дизтопливо в Москве у нашей компании по выгодным ценам. Продажей дизтоплива занимаемся уже достаточно долгое время, имеем репутацию на рынке.

Сходство между бензином и дизтопливом

Перечислим основное.

  • Химический состав. Дизельное топливо, как и бензин состоит из жидких углеводородов.
  • Сырьё. Оба вида топлива получают из добытой на месторождениях нефти.
  • Производство. Для дизтоплива и бензина оно состоит из аналогичных этапов. Бензин и дизель получают при фракционной перегонке сырой нефти.
  • Использование. Дизель, как и бензин служит источником энергии в автомобильных и машинных двигателях.

Рис.2

Различие между бензином и дизельным топливом

Их больше, чем сходства.

  • Химический состав. Циклоалканы и алканы, образующие бензин, имеют меньшую длину углеводородов, чем аналогичные химические соединения в составе дизтоплива.
  • Физические свойства. Бензин более летучее и легко воспламеняющееся вещество, чем дизельное топливо, а также имеет меньшую плотность.
  • Энергоэффективность. При сгорании дизельного топлива выделяется больше энергии, чем при сгорании бензина. Это означает, что дизеля хватит автомобилю на большее расстояние, чем такого же количества бензина.
  • Температура воспламенения. У бензина – 246 градусов по Цельсию. У дизтоплива –210 градусов по Цельсию.
  • Продукты сгорания. При горении бензина образуется больше углекислого и угарного газа, чем при сгорании дизельного топлива. Однако бензин горит более чисто, в конечных продуктах горения отсутствуют мелкие твёрдые взвешенные частицы.
  • Скоростной режим. Бензиновые двигатели работают на более высоких оборотах, чем дизельные. Устанавливаются на автомобили, предназначенные для больших скоростей.
  • Назначение. Дизтопливо широко используется для отопления домов. Бензином для этих целей пользоваться не целесообразно.

Хотя стоимость дизтоплива меняется, в целом она остаётся приемлемой для подавляющего большинства граждан. Купить дизельное топливо с доставкой выгоднее и проще всего именно на нашем сайте. Обращайтесь.

Бензин

АВТОМОБИЛЬНЫЕ БЕНЗИНЫ


Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и требованиям эксплуатации:
  • иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах;
  • иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя;
  • не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия;
  • иметь хорошие антидетонационные характеристики и др.
  • в последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

Испаряемость


Для обеспечения полного сгорания топлива в двигателе необходимо перевести его в короткий промежуток времени из жидкого состояния в парообразное и смешать с воздухом в определенном соотношении — 1:14 — т.е. создать рабочую смесь. К физико-химическим показателям, от которых зависит испаряемость бензинов, относят давление насыщенных паров, фракционный состав, скрытую теплоту испарения, коэффициент диффузии паров, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость, плотность. Из перечисленных показателей важнейшими, определяющими испаряемость бензинов, являются давление насыщенных паров и фракционный состав. По вязкости, поверхностному натяжению, скрытой теплоте испарения, коэффициенту диффузии паров, теплоемкости бензины разного состава сравнительно мало различаются между собой, и эти различия нивелируются конструктивными особенностями двигателей. Давление насыщенных паров и фракционный состав являются функциями состава бензина, и эти показатели могут существенно различаться для разных бензинов. Эти два параметра определяют пусковые свойства бензинов, их склонность к образованию паровых пробок, физическую стабильность.

Давление насыщенных паров


Давление насыщенных паров зависит от температуры и от соотношения паровой и жидкой фаз и уменьшается с уменьшением температуры и увеличением отношения паровой фазы к жидкой. В лабораторных условиях давление насыщенных паров определяют при температуре 37,8°С и соотношении паровой и жидкой фаз (3,8-4,2):1 в «Бомбе Рейда» (ГОСТ 1756-52) или аппарате с механическим диспергированием типа «Вихрь» (ГОСТ 28781-90).

Фракционный состав


Фракционный состав бензинов определяют перегонкой на специальном приборе, при этом отмечают температуру начала перегонки, температуру выпаривания 10, 50, 90 % и конца кипения, или объем выпаривания при 70, 100 и 180°С. Требования к фракционному составу и давлению насыщенных паров бензинов определяются конструкцией автомобильного двигателя и климатическими условиями его эксплуатации.

1. С одной стороны, необходимо обеспечить запуск двигателя при низких температурах, с другой стороны — предотвратить нарушения в работе двигателя, связанные с образованием паровых пробок при высоких температурах. Пусковые свойства бензина зависят от содержания в нем легких фракций, которое может быть определено по давлению насыщенных паров и температуре перегонки 10 % или объему легких фракций, выкипающих при температуре до 70°С. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше легких фракций требуется для запуска двигателя. Однако чрезмерное содержание низкокипящих фракций в составе бензинов может вызвать неполадки в работе прогретого двигателя, связанные с образованием паровых пробок в системе топливоподачи. Причиной образования паровых пробок в автомобильном двигателе является интенсивное испарение топлива вследствие его перегрева. В условиях жаркого климата это явление может иметь массовый характер. Образование паровых пробок зависит от испаряемости бензина, температуры и конструкции двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температуры начала кипения и перегонки 10 % и больше объем фракции, выкипающей при температуре до 70 °С, тем больше его склонность к образованию паровых пробок.

От содержания в бензине легкокипящих фракций зависит его физическая стабильность, т.е. склонность к потерям от испарения. Наибольшие потери от испарения имеют бензины, содержащие в своем составе низкокипящие углеводороды.

2. От фракционного состава зависят такие показатели как скорость прогрева двигателя, его приемистость, износ цилиндро-поршневой группы. Приемистость — способность бензинов к повышению детонационной стойкости при добавлении антидетонаторов. Наиболее существенное влияние на скорость прогрева двигателя и  его приемистость оказывает температура перегонки 50 % бензина. Температура выкипания 90 % бензина также влияет на эти характеристики, но в меньшей степени. Скорость прогрева двигателя, его приемистость зависят и от температуры окружающего воздуха. Чем ниже температура воздуха, тем ниже должна быть температура перегонки 50 % бензина для обеспечения быстрого прогрева и хорошей приемистости двигателя. При понижении температуры это влияние усиливается. Поэтому нормы на этот показатель также зависят от температурных условий эксплуатации и различаются по сезону и климатическим зонам.

3. Для нормальной работы двигателя большое значение имеет полнота испарения топлива, которая характеризуется температурой перегонки 90 % бензина и температурой конца кипения. При неполном испарении бензина во впускной системе часть его может поступать в камеру сгорания в жидком виде, смывая масло со стенок цилиндров. Жидкая пленка через зазоры поршневых колец может проникать в картер, при этом происходит разжижение масла. Это приводит к повышенным износам и отрицательно влияет на мощность и экономичность работы двигателя. Снижение температуры конца кипения бензинов может повысить их эксплуатационные свойства, однако это снижает ресурс бензинов. Температура конца  кипения (tк.к.)  бензинов также характеризует полноту сгорания бензинов и равномерность распределения рабочей смеси по цилиндрам двигателя; при tк.к. выше 220 оС происходит неполное сгорание бензинов, повышается его расход, а также увеличивается износ двигателя, снижаются его экономичность и мощность.

Как было указано выше, требования к испаряемости автомобильных бензинов в значительной мере зависят от температурных условий их применения. С учетом климатических особенностей нашей страны автомобильные бензины по фракционному составу и давлению насыщенных паров подразделяют на два вида: зимний и летний. Для обеспечения нормальной эксплуатации автомобилей и рационального использования бензинов введено пять классов испаряемости для применения в различных климатических районах. Наряду с определением температуры перегонки бензина при заданном объеме предусмотрено определение объема испарившегося бензина при заданной температуре 70, 100 и 180 °С (табл. 2).

Таблица 2


Характеристики испаряемости бензинов всех марок


Показатели

Класс

1

2

3

4

5

1. Давление насыщенных паров бензина, кПа

35-70

45-80

55-90

60-95

80-100

2. Фракционный состав: 

  температура начала перегонки, °С, не ниже

35

35

не нормир.

не нормир.

не нормир.

  пределы перегонки, °С, не выше: 

  — 10%

75

70

65

60

55

  — 50%

120

115

110

105

100

  — 90%

190

185

180

170

160

  конец кипения, °С,

  не выше

215

  объемная доля остатка в колбе, %

2

  остаток и потери, %

4

  объем испарившегося  бензина, %, при  температуре: 

  70 °С

10-45

15-45

15-47

15-50

15-50

  100 °С

35-65

40-70

40-70

40-70

40-70

  180 °С, не менее

85

85

85

85

85

3. Индекс испаряемости, не более

900

1000

1100

1200

1300

Детонационная стойкость


Этот показатель характеризует способность автомобильных бензинов противостоять самовоспламенению при сжатии. Высокая детонационная стойкость топлив обеспечивает их нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. Процесс горения топлива в двигателе носит радикальный характер. При сжатии рабочей смеси температура и давление повышаются и начинается окисление углеводородов, которое интенсифицируется после воспламенения смеси. Если углеводороды несгоревшей части топлива обладают недостаточной стойкостью к окислению, начинается интенсивное накапливание перекисных соединений, а затем их взрывной распад. При высокой концентрации перекисных соединений происходит тепловой взрыв, который вызывает самовоспламенение топлива. Самовоспламенение части рабочей смеси перед фронтом пламени приводит к взрывному горению оставшейся части топлива, к так называемому детонационному сгоранию. Детонация вызывает перегрев, повышенный износ или даже местные разрушения двигателя и сопровождается резким характерным звуком, падением мощности, увеличением дымности выхлопа. На возникновение детонации оказывает влияние состав применяемого бензина и конструктивные особенности двигателя.

Показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов является октановое число.  Октановое число численно равно содержанию (% об.) изооктана (2,2,4,-триметилпентана) в его смеси с н — гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна топливу, испытуемому на одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия в стандартных условиях на бедной рабочей смеси. В лабораторных условиях октановое число автомобильных бензинов и их компонентов определяют на одноцилиндровых моторных установках УИТ-85 или УИТ-65. Склонность исследуемого топлива к детонации оценивается сравнением его с эталонным топливом, детонационная стойкость которого известна. Октановое число на установках определяется двумя методами: моторным (по ГОСТ 511-82) и исследовательским (по ГОСТ 8226-82).

Методы отличаются условиями проведения испытаний. Испытания по моторному методу проводят при более напряженном режиме работы одноцилиндровой установки, чем по исследовательскому. Поэтому октановое число, определенное моторным методом, обычно ниже октанового числа, определенного исследовательским методом. Октановое число, полученное моторным методом в большей степени характеризует детонационную стойкость топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима, октановое число, полученное исследовательским методом, больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках в условиях городской езды.

Детонационная стойкость автомобильных бензинов определяется их углеводородным составом. Наибольшей детонационной стойкостью обладают ароматические углеводороды. Самая низкая детонационная стойкость у парафиновых углеводородов нормального строения, причем она уменьшается с увеличением их молекулярной массы. Изопарафины и олефиновые углеводороды обладают более высокими антидетонационными свойствами по сравнению с нормальными парафинами. Увеличение степени разветвленности и снижение молекулярной массы повышает их детонационную стойкость. По детонационной стойкости нафтены превосходят парафиновые углеводороды, но уступают ароматическим углеводородам. Октановое число углеводородов снижается в следующем порядке:

ароматические >изопарафины  > олефины > нафтены > н-парафины.


Разницу между октановыми числами бензина, определенными двумя методами, называют чувствительностью бензина. Наибольшую чувствительность имеют олефиновые углеводороды. Чувствительность ароматических углеводородов несколько ниже. Для парафиновых углеводородов эта разница очень мала, а высокомолекулярные низкооктановые парафиновые углеводороды имеют отрицательную чувствительность. Соответственно   более по чувствительности (9-12 ед.) отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные и ароматические углеводороды. Менее чувствительны (1-2 ед.) к режиму работы двигателя алкилбензин и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов.

Для повышения октановых чисел товарных бензинов используют также специальные антидетонационные присадки и высокооктановые компоненты (этиловую жидкость, органические соединения марганца, железа, ароматические амины, метил-третбутиловый эфир).

Химическая стабильность


Этот показатель характеризует способность бензина сохранять свои свойства и состав при длительном хранении, перекачках, транспортировании или при нагревании впускной системы двигателя. Химические изменения в бензине, происходящие в условиях транспортирования или хранения, связаны с окислением входящих в его состав углеводородов. Следовательно, химическая стабильность бензинов определяется скоростью реакций окисления, которая зависит от условий процесса и строения окисляемых углеводородов.

При окислении бензинов происходит накопление в них смолистых веществ, образующихся в результате окислительной полимеризации и конденсации продуктов окисления. На начальных стадиях окисления содержание в бензине смолистых веществ невелико, и они полностью растворимы в нем. По мере углубления процесса окисления количество смолистых веществ увеличивается, и снижается их растворимость в бензине. Накопление в бензинах продуктов окисления резко ухудшает их эксплуатационные свойства. Смолянистые вещества могут выпадать из топлива, образуя отложения в резервуарах, трубопроводах и др. Окисление нестабильных бензинов при нагревании во впускной системе двигателя приводит к образованию отложений на ее элементах, а также увеличивает склонность к нагарообразованию на клапанах, в камере сгорания и на свечах зажигания.

Окисление топлив представляет собой сложный, многостадийный свободнорадикальный процесс, происходящий в присутствии кислорода воздуха. Скорость реакции окисления углеводородов резко возрастает с повышением температуры. Контакт с металлом оказывает каталитическое воздействие на процесс окисления. Низкую химическую стабильность имеют олефиновые углеводороды, особенно диолефины с сопряженными двойными связями. Высокой реакционной способностью обладают также ароматические углеводороды с двойной связью в боковой цепи. Наиболее устойчивы к окислению парафиновые углеводороды нормального строения и ароматические углеводороды. Химическая стабильность автомобильных бензинов определяется в основном их углеводородным составом.

Наибольшей склонностью к окислению обладают бензины термического крекинга, коксования, пиролиза, каталитического крекинга, которые в значительных количествах содержат олефиновые и диолефиновые углеводороды. Бензины каталитического риформинга, прямогонные бензины, алкилбензин химически стабильны.

Химическую стабильность товарных бензинов и их компонентов оценивают стандартными методами путем ускоренного окисления при температуре 100°С и давлении кислорода по ГОСТ 4039-88. Этим методом определяют индукционный период, т.е. время от начала испытания до начала процесса окисления бензина. Чем выше индукционный период, тем выше стойкость бензина к окислению при длительном хранении. По индукционным периодам бензины различных технологических процессов существенно различаются. Индукционные периоды бензинов термического крекинга составляют 50-250 мин; каталитического крекинга — 240-1000 мин; прямой перегонки — более 1200 мин; каталитического риформинга — более 1500 мин.

Установлено, что бензины, характеризующиеся индукционным периодом не менее 900 мин, могут сохранять свои свойства в течение гарантийного срока хранения (5 лет). Так как не все бензины предназначены для длительного хранения, в нормативно-технической документации нормы на индукционный период установлены от 360 до 1200 мин.

Химическая стабильность бензинов в определенной степени может быть охарактеризована йодным числом, которое является показателем наличия в бензине непредельных углеводородов.

Химическая стабильность этилированных бензинов зависит также от содержания в них этиловой жидкости, так как тетраэтилсвинец при хранении подвергается окислению с образованием нерастворимого осадка.

Для обеспечения требуемого уровня химической стабильности в автомобильные бензины, содержащие нестабильные компоненты, разрешается добавлять антиокислительные присадки Агидол-1 или Агидол-12.

Склонность к образованию отложений и нагарообразованию


Применение автомобильных бензинов, особенно этилированных, сопровождается образованием отложений во впускной системе двигателя, в топливном баке, на впускных клапанах и поршневых кольцах, а также нагара в камере сгорания. Наиболее интенсивное образование отложений происходит на деталях карбюратора. Образование отложений на указанных деталях приводит к нарушению регулировки карбюратора, уменьшению мощности и ухудшению экономичности работы двигателя, увеличению токсичности отработавших газов. Образование отложений в топливной системе частично зависит от содержания в бензинах смолистых веществ, нестабильных углеводородов, неуглеводородных примесей, от фракционного и группового состава, которые определяют моющие свойства бензина. Установлено, что повышенному нагарообразованию способствует высокое содержание в бензинах олефиновых и ароматических углеводородов, особенно высококипящих. Содержание ароматических и олефиновых углеводородов в товарных бензинах ограничивается соответственно 55 и 25 % (об.). Однако в большей степени этот процесс определяется конструктивными особенностями двигателя.

Наиболее эффективным способом борьбы с образованием отложений во впускной системе двигателя является применение специальных моющих или многофункциональных присадок. Такие присадки широко применяют за рубежом. В России также разработаны и допущены к применению присадки аналогичного назначения.

Эксплуатационные свойства


Автомобильные бензины должны быть химически нейтральными и не вызывать коррозию металлов и емкостей, а продукты их сгорания — коррозию деталей двигателя. Коррозионная активность бензинов и продуктов их сгорания зависит от содержания общей и меркаптановой серы, кислотности, содержания водорастворимых кислот и щелочей, присутствия воды. Эти показатели нормируются в нормативно-технической документации на бензины. Бензин должен выдерживать испытание на медной пластинке. Эффективным средством защиты от коррозии топливной аппаратуры является добавление в бензины специальных антикоррозионных или многофункциональных присадок.

Испытание горения

Для обеспечения безопасной и эффективной работы газовых или мазутных горелок обычно проверяют горелки на

  • диоксид углерода
  • дым
  • избыток воздуха ( O 2 / CO 2 )
  • температура дымовой трубы
  • тяга
  • NO x

Углекислый газ — CO 2

Когда содержание CO 2 в дымовых газах низкое (менее 8 процентов) тепло теряется вверх по дымоходу и операция неэффективна.

Низкое содержание углекислого газа может быть вызвано

  • к небольшому соплу горелки
  • Утечка воздуха в топку или котел
  • недожог в камере сгорания

Когда содержание CO 2 в дымовых газах слишком высокое это обычное явление при избытке дыма в дымовых газах. Высокое содержание двуокиси углерода может быть вызвано

  • недостаточной тягой
  • перегревом горелки

Дым (только мазутные горелки)

Дым в дымовых газах указывает на плохую работу горелки.Количество дыма можно измерить с помощью дымового тестера, в котором частицы дыма, помещенные на фильтровальную бумагу, интерпретируются по шкале Бахараха.

Дымное горение может быть вызвано

  • сажеобразованием на поверхностях нагрева
  • недостаточная тяга, неправильно отрегулированный регулятор тяги, неправильная подача вентилятора
  • плохая подача топлива, неисправный топливный насос
  • неисправная топка
  • дефект форсунки масляной горелки , неправильный размер
  • Чрезмерная утечка воздуха в котле или топке
  • Неправильное соотношение топлива и воздуха

Температура дымовой трубы

«Чистая температура дымовой трубы» — это разница между дымовыми газами внутри дымохода и температурой в помещении за пределами горелки.Чистые температуры дымовой трубы выше 700 o F ( 370 o C ) в целом слишком высоки. Типичные значения находятся в диапазоне 330-500 o F (160-260 o C ).

Высокие температуры дымовой трубы могут быть вызваны

  • малоразмерной топкой
  • неисправной камерой сгорания
  • неправильным размером камеры сгорания
  • чрезмерной тягой
  • перегрев горелки
  • неправильно отрегулирован регулятор тяги
  • образование сажи на поверхностях нагрева
Низкотемпературное сгорание Низкотемпературное сгорание

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Термин низкотемпературное горение (LTC) охватывает ряд передовых стратегий горения, включая воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI) или воспламенение от сжатия с предварительно смешанным зарядом (PCCI). Сжигание LTC может приводить к очень низким выбросам NOx и PM, но часто приводит к увеличению CO и HC. Производительность и выбросы двигателей, использующих стратегии LTC, зависят от свойств топлива.

Введение

С момента введения стандартов выбросов дизельных двигателей, которые вынудили внедрение систем нейтрализации NOx и твердых частиц в дизельном топливе, процесс сгорания дизельного топлива был значительным. В передовых стратегиях сгорания была предпринята попытка найти подход с использованием цилиндров, чтобы полностью удовлетворить эти стандарты выбросов и, таким образом, избежать необходимости использовать доочистку или, по крайней мере, снизить требования к производительности, требуемые от систем последующей обработки, и, таким образом, снизить их стоимость и сложность.Хотя основное внимание при разработке систем сжигания было направлено на снижение выбросов NOx, существует также значительный интерес к снижению выбросов ТЧ.

Многие из этих усовершенствованных систем сгорания имеют многочисленные ручки, такие как зажигание от сжатия однородного заряда (HCCI) и зажигание от сжатия с предварительным смешанным зарядом (PCCI), которые могут или могут не точно отражать процесс сгорания.

HCCI была одной из первых концепций сжигания дизельного топлива, которая отличалась от обычного процесса дизельного топлива, чтобы привлечь внимание.Как следует из названия, цель ранней работы HCCI заключалась в том, чтобы добиться как можно более однородной смеси воздуха и топлива перед зажиганием — почти так же, как в обычном двигателе с искровым зажиганием. Это может быть достигнуто либо путем впрыска топлива во впускной канал, либо непосредственно в цилиндр и обеспечения достаточного времени между впрыском и зажиганием, чтобы обеспечить полное смешивание воздуха и топлива. Затем заряд самовоспламеняется, поскольку он нагревается сжатыми газами — искры или другие средства принудительного воспламенения не используются.

Для решения многих проблем, таких как ограниченный диапазон нагрузок, управляемость и детонация, связанные с HCCI, на основе этого подхода с однородным зарядом развился ряд других концепций, и во многих случаях была введена стратификация заряда. Поскольку термин HCCI больше не может точно описывать многие из этих систем, термин низкотемпературное горение (LTC) может использоваться как общий термин для обозначения этих и других передовых концепций горения, потому что общая цель состоит в том, чтобы снизить температуры горения, чтобы выгодно изменить химия образования NOx и / или сажи.

В литературе термин HCCI не используется единообразно. В некоторых случаях его использование действительно относится к системам сгорания, которые действительно основаны на относительно однородной смеси воздуха и топлива. В других случаях термин HCCI относится к системам сгорания, которые вовсе не являются однородными — они фактически весьма неоднородны. В этом обсуждении термин «LTC» будет использоваться при общем упоминании этих концепций сжигания, а использование термина «HCCI» будет ограничиваться только теми подходами, которые основаны на относительно однородной смеси воздуха и топлива.

Сжигание дизельного топлива HCCI с использованием фумигации дизельного топлива во впускном отверстии было впервые описано в 1958 г. [1661] . Дальнейшая работа в конце 1970-х годов [1751] [1752] сообщила о стабильном самовоспламенении в двухтактном бензиновом двигателе с портовой подачей топлива, которое было приписано присутствию активных радикалов. В то время как в центре внимания многих из этих ранних публикаций было легкое топливо (бензин) в двухтактных двигателях, более поздние работы описывали тот же тип сгорания с дизельным топливом в четырехтактных двигателях [1717] [1737] .Эти и некоторые из различных подходов, которые возникли на их основе, перечислены в Таблице 1 [1741] .

Toyota TS Toyota TS HCCI HCCI воспламенение от сжатия [1737] 9017 Institut Français Du Pétrole (IFP) 9017 9017 MUL159 9017 Дизельное топливо многоступенчатое сгорание [1689] громоздкая система сгорания [1755]
Таблица 1
Избранные концепции LTC из ранних экспериментов HCCI
Сокращение Значение Ссылка Местоположение
ATAC Активное сгорание в термо-атмосфере [1751] Nippon Clean Engine Research Institute
[1752] Toyota / Soken
CIHC Гомогенный заряд с воспламенением от сжатия [1717] Университет Висконсина-Мэдисона HCCI SwRI
AR, ARC Активное радикальное сгорание [1753] Honda
NADI Узкий угол 9078 с прямым впрыском
MK, M-fi re Модулированная кинетика [1707] Nissan
PREDIC Предварительно смешанное сгорание дизеля [692] Новый ACE
Новый ACE
HiMICS Однородная интеллектуальная система многократного впрыска топлива [1761] [1762] Hino
UnIBUS Toyota
PCI Предварительно смешанное сгорание с воспламенением от сжатия [1697] Mitsubishi

Ранняя работа с HCCI показала, что выбросы NOx и PM из двигателя могут быть снижены примерно до 1-10% от технологии дизельных двигателей, доступной в то время.Это повысило вероятность того, что необходимость в устройствах последующей обработки для соответствия регулируемым пределам выбросов может быть устранена или упрощена.

Одной из характеристик HCCI и многих других концепций LTC, которые возникли на его основе, является то, что либо все, либо значительное количество топлива предварительно смешивается с воздухом перед воспламенением. Скорость горения и время воспламенения таких предварительно смешанных концепций LTC контролируются химической кинетикой смеси. Это значительно усложняет управление процессом сгорания, а также делает его чувствительным к свойствам топлива и условиям в цилиндрах.Некоторые концепции предварительно смешанных LTC выигрывают от топлива с низким цетановым числом с характеристиками летучести, сопоставимыми с бензином.

Следует отметить, что предварительное смешивание воздуха и топлива также может быть важным фактором при «обычном» сжигании дизельного топлива. В то время как начальная стадия обычного сжигания дизельного топлива обычно представляет собой предварительное смешивание, сгорание большей части топлива происходит после этого предварительно смешанного горения со скоростью, в основном определяемой скоростью смешивания воздуха и несгоревшего / частично сгоревшего топлива.Таким образом, традиционный процесс сгорания дизельного топлива часто называют сгоранием с контролируемым перемешиванием. Эта характеристика управления смешиванием значительно упрощает управление процессом выделения тепла.

Хотя большая часть работы с LTC была сосредоточена на концепциях предварительно смешанных LTC, было продемонстрировано, что сгорание дизельного топлива с контролируемым смешиванием также может применяться для производства выбросов NOx в диапазоне 0,2 г / кВт · ч, что сравнимо с теми, которые достигаются с некоторыми концепциями предварительно смешанных LTC [1676] [1675] [1738] [1637] .Такие подходы с контролируемым смешиванием можно рассматривать как следующий шаг в развитии традиционного дизельного сгорания, выходящий за рамки подходов, используемых, например, для соответствия стандартам EPA 2004 и 2007 по выбросам тяжелых дизельных двигателей на дорогах. Однако им требуется современное «нетрадиционное» оборудование для управления выбросами ТЧ. Эти двигатели требуют таких функций, как системы впрыска топлива, которые обеспечивают высокое давление впрыска (до 3000 бар в некоторых прототипах), и системы управления воздухом, обеспечивающие уровни давления наддува, которые требуют многоступенчатых турбонагнетателей.Такие подходы можно назвать концепциями LTC с управляемым микшированием. В отличие от подходов LTC с предварительным смешиванием, было показано, что LTC с управляемым смешиванием может работать во всем диапазоне скоростей и нагрузок двигателя [1676] .

###

Таблицы сгорания топлива

ТАБЛИЦЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

Жидкий кислород и жидкий водород
Жидкий кислород и жидкий метан
Жидкий кислород и этиловый спирт
Жидкий кислород и керосин
Жидкий кислород и НДМГ
Газообразная азотная кислота и керосин
Красная дымящая азотная кислота и MMH
Краснодымящаяся азотная кислота и НДМГ
Тетроксид азота и MMH
Тетроксид азота и НДМГ
Тетроксид азота и аэрозин 50
Перекись водорода и керосин
Как использовать эти диаграммы

Для каждой из комбинаций пороха, показанных выше, предоставлено четыре графика.Эти графики можно использовать для оценки (1) оптимального соотношения реагентов горения в смеси, (2) адиабатической температуры пламени реакции горения, (3) средней молекулярной массы продуктов горения и (4) удельной теплоемкости соотношение продуктов сгорания. Эти данные необходимы для определения скорости выхлопных газов, выбрасываемых из ракетного двигателя, которая, в свою очередь, определяет его тягу. Температура адиабатического пламени и молекулярный вес газа были рассчитаны с помощью бесплатной программы STANJAN.

Оптимальное соотношение смеси

Соотношение смеси — это отношение массы окислителя к массе топлива. Мы определяем оптимальное соотношение смеси как такое, при котором будет произведен самый высокий удельный импульс для данных реагентов. Оптимальное соотношение смеси ракетного топлива зависит от давления, при котором будет работать ракетный двигатель. Двигатель с высоким давлением в камере сгорания и низким давлением на выходе из сопла, то есть с большим соотношением сечений, будет иметь наивысшее оптимальное соотношение компонентов смеси.

Ниже мы видим график зависимости оптимального соотношения компонентов смеси от давления в камере сгорания для жидкого кислорода и керосина при двух различных давлениях на выходе из сопла (Pe).Чтобы использовать этот график, выберите желаемое давление в камере по нижней оси графика и проведите вертикальную линию. Когда вертикальная линия пересекает кривую желаемого давления на выходе, проведите горизонтальную линию слева и прочтите соответствующее соотношение смеси на вертикальной оси графика. Если требуется давление на выходе, отличное от показанного, оцените положение кривой давления на выходе путем интерполяции между приведенными. Например, кривая для Pe = 0,7 атмосферы находится примерно на одной трети расстояния от Pe = 1.0 на кривую Pe = 0,1. В данном примере мы выбрали давление в камере сгорания 75 атмосфер и давление на выходе из сопла 1 атмосферу, что дает нам оптимальное соотношение смеси 2,30.

Температура адиабатического пламени

Температура адиабатического пламени — это температура, достигаемая в результате реакции горения, которая протекает адиабатически, то есть без тепла, поступающего или выходящего из системы. Это максимальная температура, которая может быть достигнута для данных реагентов, и используется для оценки температуры камеры сгорания (Tc) в ракетном двигателе.

Ниже мы видим график адиабатической температуры пламени в зависимости от давления в камере сгорания для жидкого кислорода и керосина при трех различных соотношениях смеси. Чтобы использовать этот график, выберите желаемое давление на нижней оси графика и проведите вертикальную линию. Когда вертикальная линия пересекает кривую для желаемого соотношения компонентов смеси, проведите горизонтальную линию влево и снимите соответствующую адиабатическую температуру пламени с вертикальной оси графика. Если используется соотношение смеси, отличное от указанного, оцените положение кривой соотношения компонентов смеси путем интерполяции между приведенными.Например, кривая для отношения смеси 2,25 находится примерно посередине между кривыми 2,20 и 2,30. В данном примере мы выбрали давление 75 атмосфер и соотношение смеси 2,30, что дает нам адиабатическую температуру пламени примерно 3545 Кельвинов.

Молекулярный вес газа

Молекулярная масса выхлопного газа — это средняя молярная масса продуктов сгорания, то есть масса выхлопного газа, деленная на количество молей.

Ниже приведен график зависимости молекулярной массы газа от давления в камере сгорания для жидкого кислорода и керосина при трех различных соотношениях смеси. Чтобы использовать этот график, выберите желаемое давление на нижней оси графика и проведите вертикальную линию. Когда вертикальная линия пересекает кривую для желаемого соотношения в смеси, проведите горизонтальную линию влево и снимите соответствующую молекулярную массу газа с вертикальной оси графика. Для соотношений смесей, отличных от указанных, оцените путем интерполяции между данными кривыми.В приведенном примере мы выбрали давление 75 атмосфер и соотношение смеси 2,30, что дает нам средний молекулярный вес газа около 21,65.

Указанные ниже молекулярные массы газа получены в камере сгорания. Молекулярная масса будет немного увеличиваться по мере расширения и охлаждения газа по мере продвижения к выходу из сопла.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия.Коэффициент удельной теплоемкости — это отношение удельной теплоты при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме.

Ниже приведен график зависимости удельной теплоемкости от давления в камере сгорания для жидкого кислорода и керосина при трех различных соотношениях смеси. Чтобы использовать этот график, выберите желаемое давление на нижней оси графика и проведите вертикальную линию. Когда вертикальная линия пересекает кривую желаемого соотношения компонентов смеси, проведите горизонтальную линию влево и прочтите соответствующий удельный коэффициент теплоемкости по вертикальной оси графика.Для соотношений смесей, отличных от указанных, оцените путем интерполяции между данными кривыми. В приведенном примере мы выбрали давление 75 атмосфер и соотношение смеси 2,30, что дает нам коэффициент удельной теплоемкости около 1,219.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *