Топлива для карбюраторных двигателей

Теплота, необходимая для осуществления рабочего цикла ДВС, выделяется при химических реакциях окисления топлива внутри цилиндра двигателя.

В ДВС применяются лишь такие топлива, которые легко перемешиваются с воздухом, а в продуктах сгорания отсутствуют твердые остатки (зола).

Топливом для карбюраторных двигателей является бензин, представляющий собой механическую смесь жидких углеводородов С_nН_m с различным количеством атомов углерода (n=5-12) и водорода (m=6-24) в молекуле. Все разнообразие свойств углеводородов обусловлено структурной формой молекулы и её молекулярной массой. С ростом молекулярной массы повышаются плотность, вязкость и температура кипения (испарения) жидких углеводородов.

Жидкие углеводороды разделяются на четыре основные группы, имеющие свои характерные особенности.

Алканы (парафиновые углеводороды). В этих соединениях соотношение между количеством атомов углерода и водорода выражается зависимостью С_nH_2n·2. К ним относятся предельно насыщенные водородом соединения, имеющие цепное строение молекул (такие как С₄Н₁₀, C₅H₁₂, C₈H₁₈ и т.д.). У этих углеводородов цепи атомов углерода соединены одинарными связями и полностью насыщены атомами водорода.

При высоких температурах алканы легко распадаются и окисляются, образуя перекиси, склонные к детонационному горению.

Алкены (олефиновые углеводороды). Соотношение между количеством атомов углерода и водорода выражаете я зависимостью С_nН_2n. Эти соединения не предельно насыщены водородом, имеют цепное строение молекул. Склонны к смолообразованию при длительном хранении. При высоких температурах алкены обладают невысокой реакционной способностью и устойчивы в отношении детонации.


Цикланы (нафтеновые углеводороды). Соотношение между количеством атомов углерода и водорода в молекуле выражается зависимостью С_nН_2n. Эти соединения имеют кольцевую структуру, состоящую из 5-6 атомов углерода, соединенных между собой одинарными валентными связями, благодаря которой молекулы значительно более устойчивы в отношении детонации.

Ароматики (ароматические углеводороды). Соотношение между количеством атомов углерода и водорода в молекуле выражается зависимостью С_nН_2n-6. Эти соединения имеют также кольцевую структуру, состоящую из бензольного кольца и шести атомов углерода, соединенных между собой двойными и одинарными связями (например С₆Н₆ и др.). Обладают высокой устойчивостью в отношении детонации, однако склонны к нагарообразованию.

Присутствие углеводородов ароматического ряда в жидком топливе (бензине) желательно, так как при этом можно значительно повысить степень сжатия без опасности детонационного сгорания. Для дизельного топлива присутствие ароматических углеводородов нежелательно, так как их содержание приводит к повышению жесткости рабочего процесса.

Для обеспечения надежной и экономичной работы карбюраторных двигателей жидкое топливо должно отвечать определенным требованиям, вытекающим из особенностей рабочего цикла и способа смесеобразования. Так, применяемое топливо должно обладать хорошей испаряемостью, физической и химической стабильностью, минимальным коррозионным воздействием, не содержать механических примесей и воды. Очень важна детонационная стойкость топлива.


Испаряемость топлива есть способность его переходить из жидкого состояния в парообразное. Испаряемость топлива оценивается по температуре выкипания 10, 50, и 90% топлива.

Температура выкипания 10% наиболее легких фракций, содержащихся в бензине, характеризует его пусковые свойства. Чем ниже эта температура, тем легче на таком топливе запустить двигатель.

По температуре выкипания 50% топлива можно судить об испаряемости средних фракций, содержащихся в бензине. Чем ниже эта температура, тем устойчивее работает двигатель на различных нагрузочных режимах.

Температура выкипания 90% топлива характеризует полноту испарения бензина и отсутствие в рабочей смеси топлива в капельном состоянии Чем ниже эта температура, тем, следовательно, меньше в топливе тяжелых фракций.

Стабильностью топлива называется его способность сохранять свои физические и химические свойства при длительном хранении.

Склонность топлива к образованию отложений вызывается наличием в нем смолистых веществ. Отложения смолистых веществ в системе питания нарушают нормальную подачу топлива, при сгорании в цилиндре двигателя вызывают усиленное нагарообразование, перегрев двигателя, повышенный износ. В связи с этим содержание смолистых веществ в топливе строго ограничивается и контролируется.

Топливо может оказывать коррозионное воздействие на детали двигателя и вызывать коррозионное изнашивание. В процессе производства топливо тщательно очищают от водорастворимых кислот, щелочей, сернистых соединений.

Механические примеси и вода в топливе увеличивают абразивный износ деталей двигателя, нарушают нормальную работу системы подачи топлива, засоряют фильтры и трубопроводы. Для удаления механических примесей топливо перед подачей в двигатель тщательно фильтруется, а перед заправкой топливных баков топливо отстаивается.


Детонационная стойкость - способность топлива противостоять детонационному сгоранию, имеющему взрывной характер, при котором скорость распространения фронта пламени достигает 2000 м/с. При детонационном сгорании происходит повышенный износ деталей двигателя, разрушение днищ поршней, обгорание клапанов, понижение мощности и экономичности карбюраторного двигателя. Эксплуатация двигателя на режиме длительной детонации недопустима.

В соответствии с ГОСТ 2084-77 выпускаются пять марок автомобильных бензинов: А-72, А-76, АИ-92, АИ-95, АИ-98. Буква "А" обозначает, что бензин автомобильный, а цифра - минимальное октановое число бензина. При определении октанового числа топлива по исследовательскому методу в марке бензина к букве "А" прибавляется буква "И" (АИ-80, АИ-95).

Автомобильные бензины, за исключением бензина АИ-98, подразделяются на летние - для использования в летний период с 1 апреля по 1 октября (кроме северных районов) - и на зимние - для использования круглогодично в северных районах и с 1 октября по 1 апреля в остальных районах страны.

Для повышения октановых чисел к бензину иногда добавляют антидетонационные присадки, которые известны как антидетонаторы. Антидетонаторы сами по себе не и (меняют физико-химические свойства топлива, но добавляемые в бензин в количестве 0,02-0.06% повышают его антидетонационные качества.

Антидетонаторы могут быть жидкими и твердыми. Наиболее распространенным антидетонатором является тэтраэтиловый свинец Pb(C₂H₅)₄, растворенный в бромистом этиле. Этот раствор называется этиловой жидкостью, а бензин с добавками этиловой жидкости называется этилированным. Этилированное топливо очень ядовито, при применении его в качестве топлива на карбюраторных двигателях должны соблюдаться особые меры предосторожности. Этилированный бензин, в отличие от неэтилированного, имеет специальную окраску.


При высокой температуре в цилиндре двигателя тетраэтиловый свинец распадается, продукты его разложения препятствуют развитию детонационного горения, однако в выпускных газах двигателя появляются соединения свинца, которые повышают токсичность отработавших газов.

Автомобильные бензины А-76, АИ-92 являются самыми распространенными топливами для карбюраторных двигателей и выпускаются как этилированными, так и неэтилированными. Неэтилированные бензины ввиду меньшей токсичности применяются в крупных городах и районах с высокой концентрацией населения и транспорта, в отличие от этилированного бензина имеют другую окраску и дороже по стоимости в производстве.

В качестве газообразного топлива используют нефтяные сжиженные и сжатые природные газы.

К сжиженным газам относятся такие газы, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при температуре окружающей среды и при небольших избыточных давлениях (Р=1,6 МПа, Т=293 К). В состав сжиженных нефтяных топлив входят простые углеводородные соединения, основными из которых являются пропан C₃H₈ (80±5%), нормальный бутан С₄Н₁₀ (8-10%), этан С₂Н₆, этилен С₂Н₄, пропилен C₃H₆, бутилен С₄Н₈.

К загрязняющим веществам относятся сера S и её соединения, тяжелые углеводороды с содержанием атомов углерода 6 и выше, вода механические примеси.

Сжатые природные газы являются продуктами сжатия собственно природного газа из газовых скважин, попутные газы, получаемые при добыче нефти, газы из газоконденсатных месторождений.

В состав сжатых природных газов входят метан СН₄ (85-95%), пропан, этан, бутан, азот, двуокись углерода, оксид углерода, сероводород и другие инертные газы.

Для повышения энергетического заряда на борту транспортных средств природные газы сжимают до давления Р=20,0 МПа. Запас газа на автомобиле в этом случае определяется массой и количеством газовых баллонов высокого давления (обычно 6-8 баллонов).

Газообразные топлива обладают более высокими антидетонационными качествами (ОЧ=90-99), поэтому у двигателей, работающих на газе, обычно повышают степень сжатия до 8-10.