В поршневых двигателях с искровым зажиганием распыленное жид­кое топливо юмешивают в карбюраторе с воздухом, сжимают топлив/но — воздушную смесь и воспламеняют ее от искры.

Поршневые двигатели с искровым зажиганием являются основным; типом автомобильных двигателей и широко применяются в авиации. Бензин, используемый в качестве топлива в двигателях этого типа, должен начинать испаряться при низкой температуре порядка 40 °С и полностью выкипать при температуре, не превышающей 200—205°С. Экономичность работы поршневых двигателей с искровым зажиганием в большой степени зависит от допускаемой степени сжатия топливно — воздушной смеси, лимитируемой возможностью самовоспламенения сжатой смеси и возникновения детонационного горения. Поэтому бен­зин, применяемый для автомобильных и в особенности для авиацион­ных двигателей, должен обладать сравнительно высокой температурой самовоспламенения и антидетонационной стойкостью.

Антидетонационная стойкость бензина в большой степени зависит от его компонентного состава. Температура самовоспламенения и антиде­тонационная стойкость углеводородов снижаются с увеличением длины» цепочки углеводородных атомов, состоящей из групп СНг, и возрастают с увеличением числа групп СНз, а также при циклическом строении углеводородов и в особенности при наличии в них бензольных ядер. Так, температура самовоспламенения метана в воздухе при атмосфер­ном давлении превышает 650 °С, температура воспламенения октана со­ставляет около 270 °С. Весьма высокой температурой воспламенения (выше 700 °С) обладает бензол. В соответствии с этим минимальной антидетонационной стойкостью в условиях использования в карбюра­торных двигателях обладают парафиновые углеводороды нормального строения с числом атомов углерода в молекуле более шести. Значитель­но большей антидетонационной стойкостью характеризуются парафино­вые углеводороды разветвленного строения с повышенным числом групп СНз и ароматические углеводороды. Нафтеновые углеводороды — (цикланы) занимают промежуточное положение. Их антидетонационная стойкость выше, чем алканов нормального строения с равным числом атомов углерода в молекуле, но ниже, чем изопарафиновых и аромати­ческих. Для сопоставления и оценки антидетонационной стойкости раз­личных углеводородов и моторного топлива введена характеристика «октановое число». При введении этой характеристики за нуль принята антидетонационная стойкость нормального гептана (С7Ніб) с пятью группами СНг в молекуле:

СН8-СН2-СН2-СН2—СН2—СН2 —СН3,

А за сто — изооктана (С8Ні8) следующего строения: СНо СНо

І і СН3-С—СН2-СН-СН3

Если октановое число углеводорода или моторного топлива равно, например, 70, то это означает, что его антидетонационная стойкость соответствует смеси, состоящей из 70% изооктана и 30% нормального гептана. В табл. 100 приведены октановые числа углеводородов раз­личных гомологических рядов [139].

Таблица 100

Компонентный состав бензина в большой степени зависит от метода его производства.

Авиационные бензины с высоким содержанием изопарафиновых и ароматических углеводородов и малым содержанием недостаточно стойких непредельных углеводородов получают на базе бензинов пря­мой гонки, очищенных бензинов каталитического крекинга и риформин­га с добавлением высокооктановых продуктов алкилирования. Окта­новое число авиационных бензинов достигает 100.

Автомобильные бензины с октановым числом порядка 70—80 полу­чают в основном на базе продуктов термического и каталитического

217

Крекинга и риформинга. При этом в автомобильных бензинах содержит­ся 20—30% непредельных углеводородов [135].

Октановое число бензина можно повысить введением антидетонаци­онных присадок, содержащих тетраэтилсвинец [РЦСгНб)^ (этилиро­ванный бензин).

Однако при сгорании этилированного бензина образуются крайне вредные для здоровья окислы свинца. Поэтому повышение октанового числа бензина присадкой тетраэтилсвинца крайне нежелательно, а дл» бензина, применяемого в городах, недопустимо. Для защиты воздуш­ного бассейна крупных городов большое значение имеет применение в автомобильных двигателях сжиженных газов — углеводородного топ­лива с октановым числом около 100, сгорающего с образованием менее токсичных выхлопных газов.

Во избежание коррозии двигателей в бензине должно содержаться минимальное количество серы (в авиационном бензине до 0,05%, в ■автомобильном до 0,15%).

Средний элементарный состав бензина: 85,0% С; 14,9% Н, 0,05% S; 0,05 (0+N). Низшая теплота сгорания бензина около 10 450 ккал/кг, жаропроизводительность *тах=2080°С; СОгтах бензина около 14,8%. В табл. 101 приведены соотношения СОг и 02 в продуктах полного сго­рания бензина, а также значения коэффициентов избытка воздуха а я коэффициента разбавления сухих продуктов сгорания h для различ­ных составов продуктов полного сгорания [37].

Потери тепла с уходящими газами q2 при сжигании бензина можно подсчитать по формуле

#2=0,01 (tyT—t)Z. (XX. l)

‘Значения величины Z для бензина приведены в табл. 102. Потери тепла вследствие неполного сгорания бензина можно подсчитать по формуле i^l

_ 45СО + 40Нг+130СН4 0/ ,уу —

—соа + со + сн4— /о-