Фізико-хімічні властивості автомобільних палив
Фізико-хімічні властивості автомобільного палива та регулювальні параметри двигунів повинні бути пов'язані найтіснішим чином. До основних характеристик автомобільних палив відносять: октанове або цетанове число, фракційний склад, щільність і температуру повного його випаровування.
Для автомобільних бензинових двигунів зі ступенем стиснення 6,2…6,7 необхідний бензин із октановим числом (ОЧ) 70…76. З метою запобігання детонації застосовують різні присадки-антидетонатори. Найбільшого поширення набув тетраетилсвинець (ТЕС), який застосовується вже понад 50 років. Сучасні високооктанові етиловані бензини містять ТЕС у кількості 0,15…0,85 кг/м3.
При згорянні етилованих бензинів 50…75% сполук свинцю, що у паливі, викидаються разом із ОГ як різних свинцевих сполук. Так як розмір цих частинок менше 1 мкм, то вони залишаються зваженими в повітрі, проникають в організм людини, осідають на ґрунт та рослинність.
Один вантажний автомобіль середньої вантажопідйомності виділяє 2,5...3 кг свинцевих з'єднань на рік. Близько 50% цих з'єднань осаджується поблизу транспортних магістралей. Застосування етилованого бензину через 25...30 тис. км. викликає відкладення нагару в камері згоряння, що супроводжується збільшенням викиду СН до 15%.
При цьому слід звернути увагу і на інший аспект застосування ТЕС. Встановлено, що найтонша плівка свинцю на стінках камери згоряння та сідлах клапанів оберігає їх від корозії та зносу.
Пошуки нетоксичного антидетонатора змусили звернути увагу до сполуки марганцю. У нашій країні роботи, пов'язані зі створенням антидетонатора на основі сполук марганцю (ЦТМ), виконані під керівництвом академіка А. Н. Несмеянова.
Однак при тривалій експлуатації набензині з ЦТМ на свічках відкладається нагар, що викликає перебої у роботі двигуна. При регулярному обслуговуванні системи запалення ці перебої зникають. Застосування спеціальних свічок запалювання усуває явище нагароутворення на електродах свічок.
Метанол. Для поліпшення антидетонаційних властивостей бензинів та розширення номенклатури паливно-енергетичних ресурсів останнім часом на автомобільному транспорті стали як добавка до низькооктанових бензинів застосовувати метанол.
Метанол є паливо не нафтового походження. Його отримують переважно з природного газу та деревної маси. Надалі в міру вдосконалення технології отримання метанолу можливі інші джерела сировини, наприклад біомаса. Промислові способи одержання метанолу (метилового спирту) економічно недостатньо ефективні.
Метанол (СН3ОН) є безбарвною рідиною, легко розчинною у воді. Температура його замерзання становить -97,8 ° С, температура кипіння 65 ° С, щільність 800 кг/м3, температура самозаймання 467 ° С, а бензини 222 ° С. Октанове число складає 105...110 од. Метанол можна зберігати і транспортувати в таких же ємностях і тими самими способами, як і бензин.
До переваг метанолу відносять високу теплоту випаровування, що забезпечує ефект внутрішнього охолодження двигуна, що дозволяє застосовувати високі ступені стиснення без побоювання детонації. Зазвичай присадка метанолу становить 15% і тоді суміш має марку БМ-15. Метанол можна подавати через самостійний дозатор, так і змішувати з бензином.
Застосування бензо-метанолових сумішей дозволяє використовувати серійну апаратуру карбюраторних двигунів з мінімальними переробками, зокрема обов'язкова заміна традиційних пластмасових деталей,якими стикається суміш. Застосування метанолу підвищує економічність роботи двигуна на малих та середніх навантаженнях відповідно на 7 та 3%. На режимах високих навантажень витрата палива зменшується на 1,5...2%.
Температура ОГ двигунів, що працюють на бензо-метанолової суміші, на 30...60 ° С нижче, ніж у звичайних двигунів.
Водночас застосування метанолу має низку недоліків. Він токсичний, спричиняє корозію металу, погіршує пускові якості двигуна. Остаточне рішення на користь широкого застосування метанолу як паливо або його присадок до бензину буде одержано за результатами широких експлуатаційних випробувань.
Упорскування води. Подача води в двигун з метою підвищення антидетонаційних властивостей паливної суміші є одним із найпривабливіших і доступних напрямків. Механізм дії води на процеси сумішоутворення та робочий процес двигуна досить відомий і пов'язаний насамперед про охолодження заряду робочої суміші та деталей циліндро-поршневої групи.
Вода має високу теплоту випаровування, що дорівнює 530 ккал/кг, а бензин — лише 75...80 ккал/кг. Вона не бере участі безпосередньо в процесі згоряння, але її пари, володіючи великою теплоємністю, істотно впливають на швидкість згоряння робочої суміші, температуру і тиск робочого циклу. Антидетонаційний ефект води складається з трьох основних факторів: охолодження заряду робочої суміші, охолодження циліндра та його деталей та дія водяної пари як інертного середовища на робочий процес.
Реалізація подачі води у впускний трубопровід з технічної точки зору не становить особливих труднощів, і автолюбителі для таких цілей використовують різні найпростіші пристрої. Однак слід мати на увазі, що просте додавання води до бензину, на який розрахованодвигун, що не дає ніякого позитивного ефекту. Навпаки, добавка води у кількості 15…20% погіршує паливну економічність автомобілів ЗІЛ-130 та «Москвич-2140» на 20…25%.