Эксплуатационные свойства топлив.

Под эксплуатационными свойствами понимают объективные особенности топлива, которые проявляются в процессе применения его в двигателе или агрегате. Процесс сгорания является главнейшим и определяющим его эксплуатационные свойства. Процессу сгорания топлива, безусловно, предшествуют процессы его испарения, воспламенения и многие другие. Характер поведения топлива в каждом из этих процессов и составляет суть основных эксплуатационных свойств топлив. В настоящее время оценивают следующие эксплуатационные свойства топлив.

Испаряемость характеризует способность топлива переходить из жидкого состояния в парообразное. Это свойство формируется из таких показателей качества топлива, как фракционный состав, давление насыщенных паров при различных температурах, поверхностное натяжение и другие. Испаряемость имеет важное значение при подборе топлива и во многом определяет технико-экономические и эксплуатационные характеристики двигателей.

Воспламеняемость характеризует особенности процесса воспламенения смесей паров топлива с воздухом. Оценка этого свойства базируется на таких показателях качества, как температурные и концентрационные пределы воспламенения, температуры вспышки и самовоспламенения и др. Показатель воспламеняемости топлива имеет такое же значение, как и его горючесть; в дальнейшем эти два свойства рассматриваются совместно.

Горючесть определяет эффективность процесса горения топливовоздушных смесей в камерах сгорания двигателей и топочных устройствах.

Прокачиваемость характеризует поведение топлива при перекачке его по трубопроводам и топливным системам, а также при его фильтровании. Это свойство определяет бесперебойность подачи топлива в двигатель при разных температурах эксплуатации. Прокачиваемость топлив оценивают вязкостно-температурными свойствами, температурами помутнения и застывания, предельной температурой фильтруемости, содержанием воды, механических примесей и др.

Склонность к образованию отложений - это способность топлива образовывать отложения различного рода в камерах сгорания, в топливных системах, на впускных и выпускных клапанах. Оценка этого свойства базируется на таких показателях, как зольность, коксуемость, содержание смолистых веществ, непредельных углеводородов и т.д.

Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами характеризует способность топлива вызывать коррозионные поражения металлов, набухание, разрушение или изменение свойств резиновых уплотнений, герметиков и других материалов. Это эксплуатационное свойство предусматривает количественную оценку содержания в топливе коррозионно-активных веществ, испытание стойкости различных металлов, резин и герметиков при контакте с топливом.

Защитная способность - это способность топлива защищать от коррозии материалы двигателей и агрегатов при их контакте с агрессивной средой в присутствии топлива и в первую очередь способность топлива защищать металлы от электрохимической коррозии при попадании воды. Данное свойство оценивается специальными методами, предусматривающими воздействие обычной, морской и дождевой воды на металлы в присутствии топлива.

Противоизносные свойства характеризуют уменьшение изнашивания трущихся поверхностей в присутствии топлива. Эти свойства имеют важное значение для двигателей у которых топливные насосы и топливно-регулирующая аппаратура смазывается только самим топливом без использования смазочного материала (например, в плунжерном топливном насосе высокого давления). Свойство оценивается показателями вязкости и смазывающей способности.

Охлаждающая способность определяет возможность топлива поглащать и отводить тепло от нагретых поверхностей при использования топлива в качестве теплоносителя. Оценка свойств базируется на таких показателях качества, как теплоемкость и теплопроводность.

Стабильность характеризует сохраняемость показателей качества топлива при хранении и транспортировки. Это свойство оценивает физическую и химическую стабильность топлива и его склонность к биологическому поражению бактериями, грибками и плесенью. Уровень этого свойства позволяет установить гарантийный срок хранения топлива в различных климатических условиях.

Экологические свойства характеризуют воздействие топлива и продуктов его сгорания на человека и окружающую среду. Оценка этого свойства базируется на показателях токсичности топлива и продуктов его сгорания и пожаро- и взрывоопасности.

2.2. Топлива для двигателей с принудительным воспламенением.

Эти топлива предназначены для поршневых двигателей с воспламенением от искры. Двигатель состоит из одного или нескольких цилиндров, представляющих собой камеру сгорания, внутри которой движется поршень. Поршень, посредством шатуна, соединен с коленчатым валом. Рабочие цилиндры установлены в блоке двигателя. На верхней части двигателя – головке блока имеются свечи зажигания и впускные и выпускные клапаны. Двигатель может состоять из одного или нескольких цилиндров. Попадая в цилиндр двигателя, топливно-воздушная смесь сгорает. Образующиеся, при этом дымовые газы под большим давлением давят на поршень, совершая при этом работу. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. И уже с вала снимается мощность. Чем до большей степени сжали топливно-воздушную смесь, т.е. чем больше отношение полного объема цилиндра к объему сжатия, тем большую работу совершат дымовые газы. Отношение полного объема цилиндра к объему сжатия называется - степень сжатия. Полный объем цилиндра достигается тогда, когда поршень находится в крайнем нижнем положении, а минимальный объем – объем сжатия – в крайнем верхнем положении. Эти два положения получили названия, соответственно, нижней и верхней мертвых точек, сокращенно н.м.т. и в.м.т. Топливно-воздушная смесь подготавливается в специальном устройстве – карбюраторе. В последнее время стали довольно распространены двигатели с непосредственным впрыском топлива в цилиндры – двигатели с инжектором и прочие. Для того, чтобы топливо быстро и полностью сгорело необходим избыток кислорода. Поетому, воздуха всегда берется больше, чем требуется теоретически. Отношение реального количества воздуха к теоретическому носит название коэффициент избытка воздуха α =G_P/G_T, где G_P и G_T соответственно реальное и теоретическое массовое количество воздуха. На горение топлива в таком двигателе особое влияние оказывает испаряемость. В связи с этим их фракционный состав довольно широк – от 35 до 200^оС. Такие топлива получают в основном из легких бензиновых фракций нефти. Они получили название – бензины.

Рассмотрим четыре основные такта работы такого двигателя на примере одного цилиндра.

Первый такт – всасывание: поршень из в.м.т. движется вниз, впускной клапан открыт, выпускной закрыт. За счет создаваемого разряжения, в цилиндр поступает топливная смесь.

Второй такт – сжатие: поршень из н.м.т. движется вверх, оба клапана закрыты. При сжатии топливной смеси увеличивается температура, топливо испаряется. В конце такта сжатия, когда поршень находится вблизи в.м.т. на свечу зажигания подается искра и смесь воспламеняется. Образующиеся при сгорании топлива дымовые газы имеют значительно больший объем, вследствие чего, давление в цилиндре резко повышается.

Под действием давления дымовых газов и закрытых обоих клапанах, поршень движется вниз от в.м.т. совершая работу. Это третий такт – рабочий ход.

По достижении поршнем н.м.т. открывается выпускной клапан, и, когда поршень движется вверх от н.м.т. происходит выпуск отработанных газов, получивших название выпускных или выхлопных газов. Это четвертый такт – выпуск.

Далее цикл повторяется. Каждый такт соответствует 1\2 оборота коленчатого вала. На два оборота колечатого вала работа совершается один раз.

Такого рода двигатели устанавливаются на легковых и грузовых автомобилях, самолетах и вертолетах, лодках, катерах и другой техники. Они получили название – бензиновые двигатели. К топливам для двигателей летательных аппаратов предъявляются более высокие требования, чем к топливам для наземной техники, поэтому они выделены в отдельный класс и, таким образом, существуют два типа бензинов – авиационные и автомобильные. Авиационные бензины маркируются буквой " Б", поле чего идет значение октанового числа и сортности. Например, Б-95/130. Поскольку авиационные бензины применяются ограниченно, в основном, в малой и спортивной авиации, в настоящем пособии не будем на них останавливаться подробно. Уделим больше внимания автомобильным бензинам.