Определение октанового числа бензина.

Опережение зажигания

В цилиндрах работающего двигателя до начала рабочего хода рабочая смесь должна сгореть полностью, т. е. рабочий ход должен начаться в тот момент, когда днище поршня будет находиться в ВМТ. В силу этого,

когда давление сгоревших газов используется полностью с начала рабочего хода поршня, мощность двигателя возрастает до максимальной.

Для достижения этой цели необходимо воспламенять рабочую смесь

при такте сжатия тогда, когда поршень до ВМТ еще не доходит на такое

расстояние, за время прохождения которого произойдет полное сгорание рабочей смеси с образованием расширяющихся газов.

Этот недовод поршня до ВМТ в момент воспламенения рабочей смеси искровым разрядом называется опережением зажигания и наглядно будет измеряться углом j между кривошипом и центральной осью движения поршня в цилиндре (рис. 13).

Рис. 13. Схема оптимального угла опережения зажигания

Этот угол j называется углом опережения зажигания, и зависит от следующих параметров: n, P, u.

j = ¦(n, P, ucг),

где n– частота вращения коленчатого вала; Р– нагрузка на двигатель;

ucг – скорость сгорания горючей смеси.

Чем больше угол опережения зажигания, тем больше детонация,

так как скорость сгорания рабочей смеси низкая. Чем меньше угол опережения зажигания, тем детонация меньше так как скорость сгорания

рабочей смеси высокая.

Сущность определения октанового числа заключается в сравнении

детонационной стойкости испытуемого бензина с детонационной стойкостью эталонных топлив с известным октановым числом на моторной установке ИТ-9-2.

Первичными эталонами являются:

1. изооктан (С8Н18 – триметилпентан) с октановым числом, равным 100;

2. нормальный гептан (С7Н16) с октановым числом, равным 0.

Для текущей работы обычно используются вторичные, более дешевые, эталоны:

· технический эталонный изооктан (ОЧ = 98 + 99);

· эталонный бензин Б-70 (ОЧ » 70);

· эталонный уайт-спирит (ОЧ » 22–27).

Рабочий режим моторной установки ИТ-9-2 при определении октановых

Чисел бензина по моторному методу

Расчетная часть

1. Из путевого листа установлено, что легковой автомобиль Subaru Legacy Outback 2.5 совершил пробег 115 км на дороге общего пользования зимой в Белгородской области в условиях снегопада.

Для легковых автомобилей нормативное значение расхода топлив рассчитывается по формуле:

Qн = 0,01 х Hs х S х (1 + 0,01 х D),

где Qн - нормативный расход топлив, л;

Hs - базовая норма расхода топлив на пробег автомобиля, л/100 км;

S - пробег автомобиля, км;

D - поправочный коэффициент (суммарная относительная надбавка или снижение) к норме, %.

Согласно методическим рекомендациям "Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте" базовая норма расхода топлива для а/м Subaru Legacy Outback 2.5 (4B-2,457-150-4A) 11 л/100 км, а для Subaru Legacy Outback 2.5 (4B-2,457-165-5M) 9,6 л/100 км. Значение зимней надбавки нормам расхода топлива по Белгородской области 7%

Qн = 0,01 х 11 х 115 х (1 + 0,01 х 7)=13,54 л

Qн = 0,01 х 9,6 х 115 х (1 + 0,01 х 7)=11,81 л

2. Из путевого листа установлено, что бортовой автомобиль ЗИЛ-431810, работающий на сжиженном нефтяном газе, выполнил 7897 ткм транспортной работы по грунтовой дороге IV и совершил общий пробег 349 км.

Для грузовых бортовых автомобилей и автопоездов нормативное значение расхода топлив рассчитывается по формуле:

Qн = 0,01 х (Hsan х S + Hw х W) (1 + 0,01 х D),

где Qн - нормативный расход топлив, л;

S - пробег автомобиля или автопоезда, км;

Hsan - норма расхода топлива на пробег автомобиля или автопоезда в снаряженном состоянии без груза;

Hsan = Hs + Hg х Gnр, л/100 км,

где Hs - базовая норма расхода топлив на пробег автомобиля (тягача) в снаряженном состоянии, л/100 км (Hsan = Hs, л/100 км, для одиночного автомобиля, тягача);

Hg - норма расхода топлив на дополнительную массу прицепа или полуприцепа, л/100 т км;

Gnр - собственная масса прицепа или полуприцепа, т;

Hw - норма расхода топлив на транспортную работу, л/100 т км;

W - объем транспортной работы, т км: W = Gгр Sгр (где Gгр - масса груза, т;

Sгр - пробег с грузом, км);

D - поправочный коэффициент (суммарная относительная надбавка или снижение) к норме, %.

Базовая норма расхода топлива для а/м ЗИЛ-431810 42,0 л/100 км. Поправочный коэффициент при работе на грунтовой дороге возьмем за 20 %.

Qн = 0,01 х (42 х 349 + 2,64 х 7897) (1 + 0,01 х 20)=426,07 л.

Определение октанового числа бензина.

Детонационная стойкость — параметр, характеризующий способность углеводородного (или любого иного) топлива противостоять самовоспламенению при сжатии. Это важнейшая количественная характеристика топлива, на основе которой определяется его сортность и применимость в двигателях той или иной конструкции.

Детонация – это процесс когда степень сжатия в цилиндре двигателя становится больше допустимой, и при этом скорость сгорания рабочей смеси резко возрастает и достигает больше 2000 м/с.

Степень сжатия e – это есть отношение полного объема к объему камеры сгорания, т. е. безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз сжимается рабочая смесь, поступившая в полный цилиндр,

когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ), к тому положению поршня, когда он будет в верхней мертвой точке (ВМТ).

Средняя величина степени сжатия зависит:

· от числа оборотов коленчатого вала;

· размеров цилиндра;

· интенсивности охлаждения;

· формы камеры сгорания;

· конструктивных особенностей двигателя.

В карбюраторных двигателях степень сжатия eкар должна быть такой, чтобы температура рабочей смеси в конце сжатия не была больше температуры самовоспламенения бензина.

Степень сжатия воздуха в дизельных двигателях eдиз должна быть

такой, чтобы температура сжимаемого воздуха в цилиндре была больше

температуры самовоспламенения дизельного топлива, поэтому степень

сжатия находится в пределах от 17 до 22.

Октановое число — показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания. Число равно содержанию (в процентах по объёму) изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с

н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний. Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия, и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц. Сгорание в двигателе н-гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией, поэтому его детонационная стойкость принята за 0. Для бензинов с октановым числом выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца. Характерный металлический звон при детонации создаётся детонационной волной, многократно отражающейся от стенок цилиндра. При детонации снижается мощность двигателя и ускоряется его износ.

Испытания на детонационную стойкость проводят на специальных установках с одноцилиндровым двигателем определение октанового числа принято проводить в двух режимах: более жёсткий (моторный метод с использованием установки ИТ-9-2) и менее жёсткий (исследовательский метод). Октановое число топлива, установленное исследовательским методом, как правило, несколько выше, чем октановое число, установленное моторным методом. Точность определения октанового числа, более правильно именуемая воспроизводимостью, составляет единицу. Это означает, что бензин с октановым числом 93 может показать на другой установке при соблюдении всех требований метода определения октанового числа (ASTM D2699, ASTM D2700, EN 25163, ISO 5163, ISO 5164, ГОСТ 511, ГОСТ 8226) совсем другую величину, например 92. Существенным является то, что обе величины, 93 и 92, являются и точными, и правильными и при этом относятся к одному и тому же образцу топлива.

Исследовательское октановое число (ОЧИ) определяется на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия, называемой УИТ-65 или УИТ-85, производства ОАО "Савеловский машиностроительный завод", при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин, температуре всасываемого воздуха 52°С и угле опережения зажигания 13 град. Оно показывает, как ведёт себя бензин в режимах малых и средних нагрузок. Моторное октановое число (ОЧМ) определяется так же на одноцилиндровой установке, при частоте вращения коленчатого вала 900 об/мин, температуре всасываемой смеси 149°С и переменном угле опережения зажигания. ОЧМ имеет более низкие значения, чем ОЧИ. ОЧМ характеризует поведение бензина на режимах больших нагрузок. Оказывает влияние на высокую скорость и детонацию при частичном дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой, движении в гору и т. д.

Конструкция моторной установки ИТ-9-2

Рис. 11. Схема установки ИТ-9-2:

1 – картер; 2 – поршень; 3 – поршни-противовесы;4 – маслонасос;

5 – электроподогреватель масла; 6 – маховик; 7 – червячный механизм передвижения цилиндра; 8 – рукоятка червячного механизма

передвижения; 9 – магнето; 10 – диффузор и жиклер

карбюратора; 11 – трехходовой кран; 12 – топливный бачок;

13 – воздушный бачок с электроподогревателем воздуха;

14 – электроподогреватель топливовоздушной смеси; 15 – конденсационный бачок системы охлаждения; 16 – выпускная труба

Установка состоит из следующих основных частей (рис. 11):

1) одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя с переменной степенью сжатия (e = 4–10);

2) электрода переменного тока, соединенного ременной передачей с маховиком двигателя, служащего для пуска и стабилизации числа оборотов установки;

3) генератора постоянного тока на 110 В, предназначенного для питания приборов;

4) конденсационного бачка системы охлаждения со змеевиком, охлаждаемой проточной водой, проходящей через головку блока и стенки цилиндра;

5) электромеханического датчика детонации с нагревательной спиралью и термоэлементом в ней, получающего питание от генератора постоянного тока;

6) магнето для осуществления зажигания бензовоздушной смеси, на щитке которого есть указатель угла опережения зажигания с неоновой лампой, так как при изменении степени сжатия автоматически изменяется угол опережения зажигания;

7) пульта управления с указателем оценки интенсивности детонации и другими приборами, а также с ручками управления;

8) системы смазки (принудительная). Масло марки МС-20 подается из картера через масляный фильтр;

9) карбюратора с тремя поплавковыми камерами в виде бачков с бензином, жиклерами и распылителем.

Принцип действия моторной установки ИТ-9-2

Измерение степени сжатия e осуществляется путем перемещения цилиндра, изготовленного за одно целое с головкой, в вертикальном направлении. В результате этого изменяется объем камеры сгорания, а, следовательно, и степень сжатия.

Изменение положения цилиндра производят с помощью червячной

передачи, приводимой в действие рукояткой. Величину степени сжатия замеряют специальным микрометром.

Поплавковые камеры вместе с бачками можно поднимать или опускать с помощью микрометрических винтов. Это позволяет изменять состав горючей смеси: при подъеме бачка смесь обогащается, а при опускании обедняется. Изменяя таким образом состав смеси, добиваются максимума интенсивности детонации. Трехходовый кран позволяет питать карбюратор топливом из любого бачка. Детонационное сгорание в двигателе возникает в результате предпламенных окислительных процессов в несгоревшей части смеси. Скорость развития этих процессов зависит от режима работы двигателя.

Интенсивность детонации в двигателе замеряют с помощью электромеханического датчика. В систему замера также входят:

· генератор постоянного тока;

· компенсационный мостик с реостатами;

· тепловой элемент и указатель детонации (рис. 12).

Датчик детонации состоит из полого цилиндра, ввертываемого в головку двигателя, с находящимся внутри стальным стержнем. Нижний конец стержня опирается на стальную упругую мембрану толщиной 0,35 мм, зажатую в корпусе монтажной гайкой, а над верхним концом расположены пластинчатые электроконтакты.

Для карбюраторных двигателей e = 6–10; для дизельных e = 17–22.

Рис. 12. Принципиальная схема приборов для регистрации

интенсивности детонации:

1 – головка двигателя; 2 – мембрана; 3 – стержень; 4 – корпус

датчика детонации; 5 – верхний контакт; 6 – нижний контакт;

7 – генератор постоянного тока; 8 – теплоэлемент с нагреватель-

ной спиралью; 9 – термопара; 10 – указатель детонации

Опережение зажигания

В цилиндрах работающего двигателя до начала рабочего хода рабочая смесь должна сгореть полностью, т. е. рабочий ход должен начаться в тот момент, когда днище поршня будет находиться в ВМТ. В силу этого,

когда давление сгоревших газов используется полностью с начала рабочего хода поршня, мощность двигателя возрастает до максимальной.

Для достижения этой цели необходимо воспламенять рабочую смесь

при такте сжатия тогда, когда поршень до ВМТ еще не доходит на такое

расстояние, за время прохождения которого произойдет полное сгорание рабочей смеси с образованием расширяющихся газов.

Этот недовод поршня до ВМТ в момент воспламенения рабочей смеси искровым разрядом называется опережением зажигания и наглядно будет измеряться углом j между кривошипом и центральной осью движения поршня в цилиндре (рис. 13).

Рис. 13. Схема оптимального угла опережения зажигания

Этот угол j называется углом опережения зажигания, и зависит от следующих параметров: n, P, u.

j = ¦(n, P, ucг),

где n– частота вращения коленчатого вала; Р– нагрузка на двигатель;

ucг – скорость сгорания горючей смеси.

Чем больше угол опережения зажигания, тем больше детонация,

так как скорость сгорания рабочей смеси низкая. Чем меньше угол опережения зажигания, тем детонация меньше так как скорость сгорания

рабочей смеси высокая.

Сущность определения октанового числа заключается в сравнении

детонационной стойкости испытуемого бензина с детонационной стойкостью эталонных топлив с известным октановым числом на моторной установке ИТ-9-2.

Первичными эталонами являются:

1. изооктан (С8Н18 – триметилпентан) с октановым числом, равным 100;

2. нормальный гептан (С7Н16) с октановым числом, равным 0.

Для текущей работы обычно используются вторичные, более дешевые, эталоны:

· технический эталонный изооктан (ОЧ = 98 + 99);

· эталонный бензин Б-70 (ОЧ » 70);

· эталонный уайт-спирит (ОЧ » 22–27).