Физико-химические свойства топлив, применяемых в автотракторных двигателях, должны отвечать определенным требованиям, зависящим от типа двигателя, особенностей его конструкции, параметров рабочего процесса и условий эксплуатации. Для современных автомобильных карбюраторных двигателей в основном применяются бензины прямой перегонки и крекинг-процесса или их смеси. В табл.1 приведены в соответствии с ГОСТ 2084-67 основные показатели автомобильных бензинов.

Табл ица 1

Автомобильные бензины, за исключением бензина марки АИ-98, подразделяют на виды:

а) летние - предназначены для применения во всех районах страны, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 1 октября; в южных районах допускается применение летних видов бензинов в течение всего года;

б) зимние - предназначены для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах страны, в остальных районах с 1 октября по 1 апреля.

в период перехода с бензина летнего вида на зимний и наоборот допускается в течение одного месяца применять бензин как зимнего, так и летнего вида, а также их смеси.

Основным показателем автомобильных бензинов является октановое число, характеризующее способность бензина противостоять детонации и в основном определяющее максимально допустимую степень сжатия. Для карбюраторных двигателей без наддува ориентдровочно можно принять следующую взаимосвязь допустимой степени сжатия и необходимого октанового числа топлива:

Степень сжатия Октановое число

5,5-7,0 7,0-7,5 7,5-8,5 8,5-10,5 66-72 72-76 76-85 85-100

При использовании наддува необходимо применять топливо с повышенным октановым числом.

Для двигателей с воспламенением от сжатия применяют более тяжелые фракции нефти - дизельное топливо, получаемое прямой ререгонкой или смешением продуктов прямой перегонки с каталйти-яеским газойлем (не более 20% в составе смеси). В соответствии с ГОСТ 305-73 и ГОСТ 4749-73 дизельное автотракторное топливо выпускается следующих марок:

А - арктическое дизельное автотракторное топливо, рекомендуемое для дизелей, работаюшлх при температуре -50° С и выше;

3 - зимнее дизельное автотракторное топливо, рекомендуемое для дизелей, работающих при температуре -30° С и выше;

Л - летнее дизельное автотракторное топливо, рекомендуемое для дизелей, работающих при температуре 0° С и выше;

С - специализированное дизеитьное топливо.

Дизельное топливо должно соответствовать требованиям, указанным в табл. 2.

Основным показателем дизельного, топлива является цетановое число, которое в первую очередь определяет способность топлива к самовоспламенению, что является необходимым условием работы

Таблица 2

Показатели

Нормы по маркам топлива

Цетановое число, не менее . . Фракционный состав:

50% перегоняется при температуре, °С, не выше . . . 90% перегоняется при температуре, °С, не выше . . . Фактические смолы на 100 мл топлира, мг, не более ......

Сера, %, не более......

Водорастворимые кислоты и ш,е-

лочи..............

Механические примеси и вода .

30 0,4

30 0.5

40 0,5

30 0,5

30 0,2

0 0,2

50 0,2

50 0.2

Отсутствуют

двигателя с воспламенением от сжатия. В некоторых случаях повышение цетанового числа топлива достигается добавлением в него специальных присадок (нитраты и различные перекиси) в количестве 0,5-3,0%.

Кроме указанных топлив для автомобильных и тракторных двигателей применяют различные виды природных и промышленныс горючих газов. Газообразные топлива транспортируют в баллонах в сжатом или сжиженном состоянии, а подаются непосредственно в двигатель через подогреватель (или теплообменник-испаритель), редуктор и смеситель. Таким образом, независимо от агрегатного состояния транспортируемого газа в двигатель поступает газовоздушная смесь.

Все виды топлив, используемых в автомобильных и тракторных двигателях, представляют собой смесь различных углеводородов и отличаются элементарным составом.

Элементарный соав жидких топлив (бензин, дизельное топливо) обычно выражается в единицах массы (кг), а газообразных - в объемных единицах (м* или моль).

Для жидких топлив

С + Н + О = 1, V (1)

где С, Н и О - массовые доли углерода, водорода и кислорода в 1 кг топлива.

Для газообразных топлив

ЕС„Н„0, + N2=1, (2)

где C„HmOr - объемные доли каждого газа, входящего в 1 м или в 1 моль газообразного топлива; N2 - объемная доля азота.

Средний элементарный состав бензинов и дизельных топлив в массовых долях представлен в табл. 3, а газообразных топлив в объемных долях - в табл. 4.

Таблица 3

% 2. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПРИ СГОРАНИИ ТОПЛИВА

Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым и определяется по элементарному составу топлива.

Для жидких топлив

G + 8Н - о)

L = -J- (±л.Л.-.-9Л " 0,208 V 12 4 32 У *

1*це lo - теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания 1 кг топлива, кг возд/кг топл; Lo - теоретически необходимое количество воздуха в кмоль для сгорания 1 кг топлива, кмоль возд/кг топл; 0,23 - массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха; 0,208- 1объемное содержание кислорода в 1 кмоль воздуха. Причем

0 = P-bU, (5)

где = 28,96 кг/кмоль - масса 1 кмоль воздуха. Для газообразных топлив

где Lo - теоретически необходимое количество воздуха в моль или м для сгорания 1 моль или 1 м топлива (моль возд/моль топл или мвозд/м топл).

В зависимости от условий работы двигателя, способа регулирования мощности, Типа смесеобразования и условий сгорания топлива на каждую массовую или объемную единицу, топлива приходится количество воздуха, которое может быть больше, равно или меньше теоретически необходимого для полного сгорания топлива.

Отношение действительного количества воздуха / (или L), участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха lo (или Lq) называется коэффициентом избытка воздуха:

а = Шо = ULo. (7)

Для различных двигателей при номинальной мощности принимаются следующие значения а

Карбюраторные двигатели..........

Двигатели с форкамерно-факельным зажиганием

Дизели с неразделенными камерами и объемным смесеобразованием ..................

Дизели с неразделенными камерами и пленочным смесеобразованием ................

Вихрекамерные дизели ..............

Предкамерные дизели...............

Дизели с наддувом................

0,80-0,96 0,85-0,98 и выше

1,50-1,70

1,50-1,60 1,30-1,45 1,40-1,50 1.30-2.2

В двигателях с наддувом, к;огда осуществляется продувка цилиндров воздухом, используют суммгГрный коэффициент избытка воздуха Ос = <РпС1. где = 1,0 - 1,25 - коэффициент продувки четырехтактных двигателей.

Снижение а - один из эффективных путей форсировки рабочего процесса двигателя. Для заданной мощности двигателя уменьшение (до определенных пределов) коэффициента избытка воздуха приводит к меньшим размерам цилиндра. Однако с уменьшением величины а возникает неполнота сгррания топлива, ухудшается экономичность и увеличивается термическая напряженность двигателя. Практически полное сгорание топлива в двигателе возможно только при а > > 1, так как при а = 1 невозможно получить такую совершенную смесь топлива с воздухом, в которой каждая частица топлива была бы обеспечена необходимым количеством кислорода воздуха.

Горючая смесь (свежий заряд) в карбюраторных двигателях состоит из воздуха и испарившегося топлива и определяется величиной

Mi = aLo + \1тт

где Ml - количество горючей смеси (кмоль гор.см/кг топл); /п - молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль.

Для различных топлив принимаются следующие значения т:

Для автомобильных бензинов ....... /«=110-120 кг/кмоль

Для дизельных топлив /«=180-200 кг/кмоль

Величиной 1/тт при определении Mi для двигателей с воспламенением от сжатия пренебрегают, как относительно малой по сравнению с объемом воздуха. Поэтому для этих двигателей

Ml = aLo.

Для газовых двигателей

М\ =aLo.

(10)

где Ml - количество горючей смеси (моль гор.см/моль топл или гор.см/м топл).

Для любого топлива масса горючей смеси

mi = а/о + h

где mi - массовое количество горючей смеси, кг гор.см/кг топл.

При полном сгорании топлива (а >» 1) продукты сгорания состоят иЗ углекислого газа СОг, водяного пара НгО, избыточного кислорода Ог и азота Щ.

Количество отдельньчс компонентов продуктов сгорания жидкого топлива при-а>- 1: