Voda, Gorivo, Mazivo - Odnos Gorivo-motor

Kolegij VODA, GORIVO i MAZIVO FSB - Zagreb

Katedra za EZ i VGM 13

4. ODNOS GORIVO - MOTOR

4.1. IZGARANJE Izgaranje je proces oksidacije goriva u motoru. Gorivo se praktički sastoji isključivo od ugljika (C) i vodika (H), koji se oksidiraju s kisikom iz zraka. Pri tom se kemijska energija oslobađa u vidu toplinske energije i djelomično se prevodi u snagu koju daje motor. Većim dijelom ova energija odlazi ispušnim plinovima i gubi se preko nužnog hlađenja.

Energetski tokovi kod Otto i Diesel motora su prikazani u Sankyevom dijagramu.

Potpuno izgaranje Izgaranje udjela ugljika (C) i vodika (H) iz goriva može biti potpuno, pri čemu ugljik (C) oksidira u ugljični dioksid (CO2), a vodik (H) u vodu (H2O).

C + O2 → CO2 2H2 + O2 → 2H2O

Oslobođena toplina može se približno izračunati na temelju težinskih udjela C i H u gorivu uzimajući da: 1 kg ugljika C oslobađa 34080 kJ 1 kg vodika H oslobađa 120161 kJ (izgaranje u paru). Za točan proračun je nužno poznavanje građe molekula, jer o tome jako ovisi sadržaj energije ugljikovodika. Ovisno o vrsti goriva nastaju različite količine ugljične kiseline i vode, što se može izračunati pod predpostavkom potpunog izgaranja. Praktički se zbog: - nepotpunog izgaranja; - nedovoljno dugog stvaranja smjese; - nedovoljne raspodjele smjese; ove količine mogu dostići samo približno (zimi se vidi voda nastala u procesu izgaranja u obliku pare koja izlazi iz ispušne cijevi). Iz jednadžbi izgaranja može se izračunati potrebna količina zraka za osiguranje kisika za izgaranje. PRIMJER: Izgaranje metanola (CH3OH) Općenito vrijedi:

CxHyOz + m·O2 → x·CO2 + y/2·H2O,

gdje je m = (x + y/4 – z/2). Izgaranjem metanola (CH3OH) nastaju CO2 i H2O, a odgovarajući koeficijenti u stehiometrijskoj jednadžbi se računaju prema gornjim izrazima, tj.

Otto motor100%

Diesel motor100%

Ulazna energija goriva

Toplina isp. plinova

Hlađenje

Trenje i zračenje

Iskoristivi rad motora na radilici



za x = 1, y = 4 i z = 1 ⇒ m = 3/2.

CH3OH + 3/2·O2 → CO2 + 2·H2O 32 kg CH3OH + 1,5·32 kg O2 = 44 kg CO2 + 2·18 kg H2O /:32 (80 kg reaktanata)=(80 kg produkata) 1 kg CH3OH + 1,5 kg O2 = 1,375 kg CO2 + 1,125 kg H2O,

tj. za teoretski potpuno izgaranje 1 kg CH3OH potrebno je 1,5 kgO2.

Dakle, (O2)teor = 1,5 kgO2/kg CH3OH. S obzirom da se kisik za izgaranje dovodi zrakom, a da u zraku maseni udio kisika iznosi 0,233 kg O2/kg Z, slijedi da je (O2)teor ≈ 6,4 kg Z/kg CH3OH. Kako su kisik (O2) i dušik (N2) sadržani u zraku u volumnim omjerima 21:79, potreba zraka je 100/21 odnosno 4,76 puta veća od potrebnog volumena kisika.

Z ≈ 21%·O2 + 79%·N2 ⇒ Z = 100 / 21= 4,76 x O2

Goriva koja sadrže kisik (etanol i metanol) trebaju manje zraka jer je dio vodika (H) već vezan na kisik (O). Potrebne količine zraka za teoretski potpuno izgaranje:

GORIVO POTREBNO ZRAKA kg zraka / kg goriva l zraka / l goriva Ugljik (C) 11,4 - Vodik (H) 34,3 2,4* Metan (CH4) 17,2 9,5* Benzin ∼ 15 ∼ 8600 Plinsko ulje ∼ 14,5 ∼ 9700 Motorni benzen ∼ 13 ∼ 9000 Etanol (C2H5OH) 9 5500 Metanol (CH3OH) 6,4 4000 Tekući plin ∼ 17 ∼ 2,7*

*Vrijednost se odnosi na jednu litru goriva u plinovitom stanju.

Praktično izgaranje Praktično izgaranje se uglavnom odvija kod suviška zraka. Kad motor radi sa odnosom:

λλλλ <<<< 1 ⇒ bogata goriva smjesa (višak goriva); λλλλ >>>> 1 ⇒ siromašna goriva smjesa (manjak goriva); λλλλ = 1 ⇒ stehiometrijska smjesa.

0ZZ=λ , gdje je Z (kg Z/kg G) stvarna količina zraka (kg Z) za izgaranje 1 kg goriva (kg G), dok je Z0

(kg Z/kg G) stehiometrijska količina zraka (kg Z) za izgaranje 1 kg goriva (kg G). Stehiometrijska količina zraka je ona količina zraka uz koju 1 kg goriva (1 kg G) potpuno izgori, tako da u produktima izgaranja nema slobodnog kisika. Energija po m3 zraka u smjesi:

=) goriva kg po mu zraka kol. potrebna ( L

) goriva kg po (kJH3

d (kJ/m3)

Benzin...................................∼ 3770 kJ / m3 zraka Benzen..................................∼ 3980 kJ / m3 zraka Etanol ...................................∼ 3850 kJ / m3 zraka



Metanol.................................∼ 3940 kJ / m3 zraka Tekući plin ............................∼ 3520 kJ / m3 zraka Gener. plin ............................∼ 2500 kJ / m3 zraka Iz ovoga je vidljivo da Otto motor kod primjene tekućih goriva po stapaju (volumen cilindra) prilikom usisa usisava gotovo istu količinu energije, pa njegova snaga prema tome gotovo ne ovisi o ogrijevnoj vrijednosti goriva (Hd). To dakle znači da primjena tekućeg goriva sa manjom ogrjevnom vrijednosti neminovno ne znači i smanjenje snage motora. Tako npr. kod goriva koja su smjese sa cca do 20 % alkohola usprkos manjem sadržaju energije kod alkohola, ne dolazi do zamjetljivog povećanja potrošnje. Povećanim punjenjem (prepunjenjem) može se kod motora po stapaju dovesti veća količina energije. Kod goriva s alkoholom dolazi do jače kompresije smjese zbog djelovanja visoke topline isparavanja alkohola i jakog hlađenja smjese, zbog čega su ovakva goriva izrazito pogodna za pogon motora za visoke snage (motori za utrke). Otto motori rade sa smjesama koje su veoma bliske teoretskim odnosima zrak - gorivo.

Diesel motori rade od praznog hoda (Leerlauf) do punog opterećenja sa suviškom zraka.

Prazni hod (Leerlauf): 6 - 10 x teor. količina zraka (λ = 6 - 10) Puna snaga (Vollast): 30 - 50 % suviška zraka (λ = 1,3 - 1,5) Na ovaj način odvija se praktički potpuno izgaranje goriva. 5. DETONACIJE (UDARANJE) U MOTORU "Udaranje" je poseban način izgaranja goriva u motoru. U Otto i Diesel motorima manifestira se zvukom, šumom (bukom), a ovisi o: - vrsti motora; - pogonskim uvjetima; - vrsti goriva. Uzroci pojave "udaranja" kod Otto i Diesel motora pokazuju izrazite suprotnosti.

5.1. UDARANJE U OTTO MOTORIMA Izgaranje smjese, uz udaranje ili bez, funkcija je zapaljenja. Fronta plamena ispunjava prostor izgaranja, te se goruća smjesa širi i dodatno tlači neizgoreni dio smjese ispred fronte plamena. Temperatura i tlak ostatka smjese usljed toga i usljed zagrijavanja od plamena vrlo brzo raste. Ako pri tome nastupi prekoračenje graničnih vrijednosti, smjesa izgara trenutno.

Izgaranje smjese u cilindru Otto motora Dugo se smatralo da smjesa detonira i da nastaje val detonacije koji se širi brzinom od 2000 m/s, pa da je uzrok udaranju dolazak vala do stijenke cilindra. Brzina fronte plamena (srednja) iznosi oko 10 - 15 m/s.



Međutim, istraživanja su pokazala da se u ostatku smjese, dakle ispred fronte plamena samostalno stvaraju nove jezgre paljenja koje uzrokuju dodatno zapaljenje ostatka smjese koja onda izgara trenutno i dolaskom do stijenki cilindra uzrokuje "udaranje". Dakle, ne dolazi do eksplozije (detonacije), što znači niti do porasta brzine plamena, već do dodatnog zapaljenja u ne izgorenoj smjesi, usljed čega taj dio smjese izgara gotovo trenutno, što izaziva efekt "udaranja". Do udaranja ne dolazi ako nisu dostignute kritične vrijednosti tlaka i temperature za stvaranje jezgri zapaljenja. Kritične vrijednosti mogu se pojaviti u mrtvim kutovima, pa nastupa udaranje. Utjecaj kemijskih procesa kod izgaranja ima određeni značaj na pojave udaranja. Udaranje nastupa kad molekule goriva ne izgaraju jedna za drugom, već više molekula izgara istovremeno u parcijalnim reakcijama, pri tome nastaju međuprodukti koji cijepaju neizgoreni dio, čime ubrzavaju i olakšavaju izgaranje - lančana reakcija. Napredovanjem reakcije raste i temperatura, a time i brzina izgaranja koja ubrzo dovodi do udaranja. Ako se lančana reakcija ne može nesmetano odvijati dolazi do prekida lanca i sprječeno je udaranje. Sprječavanje udaranja tj. lančane reakcije:

- dolaskom međuprodukata do hladnijih stijenki; - fina raspodjela metalnih antidetonatora u smjesi.

Kod udaranja opada snaga motora, trenutno razvijenu energiju klip ne može preuzeti, pa ova energija uzrokuje pregrijavanje cilindra, te dolazi do oštećenja materijala i povećane potrošnje ulja. Može doći i do zaribavanja klipova, jer ulje koksira u utorima prstenova usljed jakog povećanja temperature.

Udaranje kod Otto motora

Udaranje i samozapaljenje Treba razlikovati "udaranje" od "samozapaljenja". Udaranje nastupa poslije početka izgaranja prouzročenog paljenjem svijećica. Samozapaljenje nastupa prije paljenja svijećicom, usljed pregrijane svijećice ili užarenog dijela na ispušnom ventilu. Samozapaljenje nastupa i kod goriva vrlo otpornog udaranju, dok udaranje ne. Zato se može odrediti koja je pojava u pitanju primjenom goriva sa većim oktanskim brojem. Udaranje i kemijski sastav goriva U Otto motoru uz udaranje izgaraju: benzin, petrolej i plinsko ulje (diesel gorivo), a bez udaranja izgaraju benzen i alkohol. Za pojavu udaranja odlučujući su vrsta i kemijski sastav goriva:

Goriva sklona udaranju: - zasićeni ugljikovodici (parafini) u benzinu i to tim više što su duži lanci molekula.

0o 90o 180o 270o 360o

DMTGMTDMT

paljenje

s udaranjem

bez udaranja

p

IZGARANJE



Goriva manje sklona udaranju: - nezasićeni lančani ugljikovodici (olefini) i zasićeni prstenasti ugljikovodici (nafteni).

Goriva s najmanjom sklonošću udaranju: - nezasićeni prstenasti aromati s malo vodika (H).

Iznimka: - razgranati oblici parafinskih ugljikovodika (izoparafini) - znatno su otporniji na udaranje

od lančanih, nerazgranatih oblika istog sastava. Ovo saznanje koristi se u proizvodnji goriva otpornog udaranju.

Plinovita goriva ne slijede navedeno pravilo potpuno točno. Plinovi koji se koriste za motorni pogon bez iznimke su otporniji na udaranje od motornog benzina. Goriva sa nezasićenim spojevima mogu pod utjecajem kisika (O) iz zraka prilikom uskladištenja pretrpjeti promjene koje rezultiraju smanjenjem otpornosti udaranju.

Dodaci gorivu Zahtjevi za otpornosti udaranju se povećavaju, tako da benzin uobičajenog sastava sam po sebi nije više bio zadovoljavajući.

Dodaci gorivu-A Sve više su u upotrebi tzv. "legirana goriva", tj. benzini sa dodacima protiv udaranja, koji bitno mijenjaju sastav osnovnog goriva. Nekad su najpoznatija sredstva bila motorni benzen i alkohol.

Motorni benzen: - visoka otpornost udaranju; - dobra hlapivost; - visoki sadržaj energije po litri goriva;

- vrlo štetan – dokazani uzročnik leukemije

Alkoholi: - gotovo dvostruko veća otpornost udranju od benzena; - čisto izgaranje; - mali sadržaj energije po litri (zato se ne primjenjuje kod avionskih motora).

Aromatski ugljikovodici: - izrazito povećanje otpornosti udaranju; - danas je moguća proizvodnja aromata u većim količinama (hidriranjem iz kamenog ugljena,

te obradom ostataka nakon krekiranja, hidriranja i sinteze). Izoparafini: - povećavaju otpornost udaranju; - proizvode se hidriranjem i drugim postupcima;

- najpoznatiji su: izooktan (C8H18) - proizvodi se iz zemnog plina (USA), poznat kao mjerilo otpornosti prema udaranju (oktanski broj);

- izopentan (C5H12) - lako hlapiv; - neoheksan (C6H14) i triptan (C7H16) - naročito otporni udaranju.

Eteri: - izopropileter; - MTBE, tj. metil tercijarni butil eter; (CH3)3COCH3 – osim povišenja oktanskog broja, kisik iz etera je zaslužan za poboljšavanje izgaranja (smanjuje emisiju CO). Iako nije izrazito toksičan, nije biorazgradiv (opasnost od prodora u podzemne vode curenjem iz tankova – najvjerojatnije će se u skoroj budućnosti napustiti njegova primjena!)

Dodaci gorivu B Dodaci gorivu - radi se uglavnom o metalnim spojevima - koji nemaju utjecaja na sastav benzina jer se dodaju u neznatnim količinama, a sa svrhom povećanja otpornosti prema udaranju: Tetraetilolovo Pb(C2H5)4 Karakteristike: - Bezbojna tekućina;



- izgled poput ulja; - vrelište ≈ 200°C; - otpornost na niske temperature do -156°C; - sastoji se od cca 64% olova; - izrazita otrovnost i to prodorom kroz kožu i udisanjem para - može biti smrtonosno. U motoru četiri etilne grupe (C2H5) izgaraju u vodu i ugljičnu kiselinu (H2O i CO2), dok olovo (Pb) izgara u olovni oksid (PbO). Olovni oksid ima talište kod ≈900°, tako da tek kod vrlo visokih temperatura isparava, odnosno prelazi u pare. Kako temperature u motoru iznose 1500 - 2000 °C prilikom izgaranja, odnosno 800 - 900 °C na ispuhu kod punog opterećenja, ili ≈ 300 °C na ispuhu kod praznog hoda, olovni oksid ne bi kao para s ostalim ispušnim plinovima izlazio iz motora, nego bi se u cilindru taložio. Zato se tetraetilolovo dodaje u gorivo u mješavini sa spojevima broma (Br) ili klora (Cl) (Etilendibromid ili Etilendiklorid). Ova sredstva ne doprinose otpornosti udaranju, nego olovo vežu u olovni bromid ili olovni klorid koji isparavaju kod cca 800 °C, što znači da se ne talože u cilindru, već izlaze iz motora s ispušnim plinovima. Željezni karbonil - Fe(CO)5 Karakteristike: - žuta tekućina; - toksičan; - vrelište 103 °C; - gustoća 1,45 kg/l. Izgara u željezni oksid i ugljični dioksid (CO2). Željezni oksid stvara se u izuzetno sitnim česticama koje većim dijelom odlaze sa ispušnim plinovima iz motora. Razvija slabo crvenkasti talog (puder) u prostoru izgaranja zbog željeznog oksida. Tetraetil olovo i želj. karbonil se raspadaju utjecajem svjetla (osjetljiviji je Fe - karbonil). Uskladištenje goriva u tamnom - uzorak za probu u smeđim bocama ili željeznim kantama. Doza tetraetil olova ovisi o sastavu benzina - vrste i udjeli ugljikovodika - povećanjem doze ne povećava se direktno i oktanski broj (Pb<0,6 g/l za 86 i 98 okt.). Točna doza za pojedine benzine određuje se posebnim ispitivanjima u motoru. Otpornost udaranju osim o gorivu ovisi o : - građi motora; - pogonskim uvjetima rada

5.2. UDARANJE U DIESEL MOTORIMA Na izgaranje u diesel motorima utječe kašnjenje zapaljenja. Kašnjenje zapaljenja je vrijeme između ubrizgavanja goriva i njegovog zapaljenja.

Izgaranje (3. takt u diesel motorima)

vrući zrak

smjesa para goriva i zraka djelomično zapaljena

jezgra (velike kapljice)



Zapaljenje nastupa na kraju kašnjenja paljenja istovremeno na više mjesta u mlazu goriva (jezgre zapaljenja) i brzo se širi po čitavom mlazu goriva. Time raste temperatura tako visoko da se kasnije ubrizgano gorivo praktički zapali bez kašnjenja. Tijekom "kašnjenja" paljenja u prostoru izgaranja nalazi se određena količina nezapaljenog goriva čije kapljice isparavaju pod utjecajem vrućeg zraka. U periodu kašnjenja ("zatezanja") paljenja dolazi do djelomičnog izgaranja koje ne uzrokuje porast tlaka, jer se razvijena toplina troši na na zagrijavanje susjednih kapljica. Međutim, ako zbog slabije sklonosti zapaljenju goriva dolazi do prevelikog kašnjenja zapaljenja - veće od 0,002 sekunde, u prostoru izgaranja se stvorila tolika količina goriva da konačno zapaljenje uzrokuje munjevito izgaranje smjese te udarno jako povećanje tlaka (tlačni valovi) tj. udaranje, što je onda popraćeno velikom bukom.

Udaranje kod Diesel motora Procesi za vrijeme kašnjenja zapaljenja su fizikalne i kemijske prirode, a vremenski se preklapaju. a/ FIZIKALNI DIO reakcija:

- zagrijavanje kapljica goriva; - djelomično isparavanje kapljica goriva; - zagrijavanje para goriva uslijed miješanja s vrućim zrakom (ϑzraka na kraju tlačenja cca 550 - 700°C).

Ovaj dio kašnjenja zapaljenja troši toplinu. Na fizikalni dio kašnjenja zapaljenja može se utjecati načinom i efikasnošću raspršenja. Ovo raspšenje ovisi o:

- sapnici; - fizikalnim osobinama goriva (npr. viskozitet,..).

Pri tom je vrlo važno: - dobro raspršenje u što manje kapljice - dobra MIKROSMJESA; - dobra raspodjela goriva u prostoru izgaranja - dobra MAKROSMJESA;

Moguće mjere: - različite komore izgaranja za dobro mješanje goriva i vrućeg zraka; - viši tlak ispred sapnice za ubizgavanje.

b/ KEMIJSKI DIO reakcija: Očituje se u reakcijama para goriva koje se odvijaju prilikom razvijanja topline, pri čemu se konačno postiže temperatura zapaljenja.

0o 90o 180o 270o 360o

DMTGMTDMT

početakubrizgavanja

s udaranjem

bez udaranja

p

IZGARANJE

količina ubrizganog goriva

vrijeme ubrizgavanja crpke

kašnjenje zapaljenja



Kašnjenje paljenja kemijski prvenstveno ovisi o građi molekula goriva. U tom vremenu dolazi do cijepanja molekula uslijed djelovanja topline. Kod većih tlakova i toplijeg motora to se cijepanje odvija brže (veći kompresijski omjeri). Udaranje kod diesel - motora u principu se suzbija smanjenjem kašnjenja zapaljenja.

Budući da na vrijeme kašnjenja utječu fizikalni i kemijski procesi, rješenja su slijedeća: - upotreba goriva s većom sklonošću zapaljenju; - promjena pogonskih uvjeta.

Sklonost zapaljenju Sklonost zapaljenju diesel goriva ovisi o veličini i građi molekula goriva. To određuje brzinu kojom se za vrijeme kašnjenja zapaljenja raspada molekula goriva u manje i lakše paljive, ali slabije samozapaljive molekule. Sklonost ugljikovodika (iz kojih je građeno diesel gorivo) zapaljenju to je veća što je potreban manji suvišak energije za njihovo cijepanje i što taj proces brže teče. Diesel gorivo se, kao i benzini, sastoji od mješavine parafina, olefina, naftena i aromata. Vodikom bogatiji parafini se lakše raspadaju (cijepaju) i reagiraju lakše od prstenastih aromata siromašnih vodikom. Kod parafina je najmanje kašnjenje, kod olefina i naftena nešto veće, dok je kod aromata najveće kašnjenje zapaljenja. Posljedica: Što je gorivo otpornije udaranju u Otto motoru, to ima manju sklonost zapaljenju u Diesel motoru. Razgranati parafini (IZOPARAFINI) su otporni udaranju u Otto motoru, a nisu za primjenu u Diesel motorima. Međutim. parafini koji udaraju u Otto motorima, vrlo dobro izgaraju u Diesel motorima uz malo i povoljno kašnjenje paljenja. Brzohodni diesel motori koriste goriva sa visokim sadržajem parafina - plinska ulja prije krekiranja. Sporohodni diesel motori koriste goriva koja sadrže i veći udio aromata (iz kamenog ugljena) - veće kašnjenje paljenja. Kod normalnih (nerazgrananih) parafina raste sklonost zapaljenju veličinom molekule - rastom

5.3. UDARANJE U OTTO I DIESEL MOTORU - KOMPARACIJA

↓ UDARANJE RASTE ↓

U DIESEL motoru U OTTO motoru kod nižeg kompresijskog omjera kod višeg kompresijskog omjera kod prigušenja usisa zraka kod dovoda previše zraka i goriva kod malog opterećenja kod velikog opterećenja kod visokog broja okretaja kod niskog broja okretaja kod nižih temperatura zraka, rashladne vode i glave cilindra

kod viših temperatura zraka, rashladne vode i glave cilindra

kod ugljikovodika sa prstenastom građom (aromati, nafteni)

kod ugljikovodika sa lančanom građom (parafini, olefini)

uz dodatke gorivu tetraetilolovo i željezni karbonil

uz dodatke gorivu amilnitrat, acetaldehid, etilnitrat itd.

U OTTO motoru U DIESEL motoru

↑ UDARANJE OPADA ↑



5.4. ISPITIVANJE OKTANSKOG I CETANSKOG BROJA

Oktanski broj 1931. godine uveden je pojam "oktanski broj" kao mjera i oznaka otpornosti nekog benzina udaranju. Ispitivanja otpornosti udaranju izvode se u posebnim motorima koji imaju mogućnost promjene kompresijskog omjera između 4:1 i 10:1 variranjem položaja cilindra u odnosu na fiksni položaj klipa, klipnjače i koljenastog vratila. To su CFR motori – Cooperative Fuel Research Committe of the American Society of Automotive Engineers. Kao mjerila služe posebna goriva koja nisu podložna promjenama sastava i otpornosti udaranju. Kao izrazito otporno gorivo na udaranje koristi se IZOOKTAN C8H18 (razgranati alifatski ugljikovodik) koje ima oktanski broj OB = 100. Nasuprot izooktanu, kao gorivo izrazito sklono udaranju koristi se NORMALNI HEPTAN C7H16 (alifatski ugljikovodik - parafin) koji ima oktanski broj OB = 0. Mješavina ovih ugljikovodika ima oktanski broj između 0 i 100. Sklonost udaranju smjese izražava se volumnim postotkom oktana u smjesi, što predstavlja oktanski broj. Gorivo koje u ispitnom motoru ima isto svojstvo s obzirom na udaranje kao i određena smjesa izooktana i n-heptana ima isti oktanski broj. Oktanski broj može biti i veći od 100. Ispitivanje se obavlja dodatkom tetraetil-olova izooktanu. Ispitivanje: Istraživački oktanski broj IOB - Research octane number RON (ASTM D 2699)

Ispitivano gorivo izgara u jednocilindarskom CFR motoru i povećava se kompresijski omjer sve do pojave udaranja. Onda se CFR motor pogoni uz isti kompresijski omjer sa različitim smjesama izooktana i n-heptana tražeći onu smjesu koja će se najsličnije ponašati, odnosno udarati. Međutim, kako je sklonost udaranju ovisna o pogonskim uvjetima i građi motora postoji i tzv. motorni oktanski broj MOB (ASTM D 2700). Uvjeti za ispitivanje motornog oktanskog broja su stroži – uključeno je predgrijavanje smjese na usisu na 150 °C. Za ispitivani benzin, motorni oktanski broj (MOB) je u pravilu niži od istraživačkog oktanskog broja (IOB) za približno 10 jedinica (vrijednosti se kreću između 1 i 12 za današnja motorna goriva, a razliku oktanskih brojeva dobivenih prema istraživačkoj, odnosno motornoj metodi nazivamo osjetljivošću goriva). Na postajama za snabdjevanje gorivom u Hrvatskoj, trgovačka oznaka benzina sadrži istraživački oktanski broj, npr. BMB SUPER PLUS 98. Kemijskom analizom dobivene vrste i udjeli ugljikovodika poznatog oktanskog broja u promatranom gorivu i proračunom ne može se odrediti točan oktanski broj. Svako gorivo, bez obzira na poznate konstituente, mora se ispitivati u CFR motorima, da bi se odredio oktanski broj zadovoljavajuće točnosti.

Isto tako postoji i cestovni oktanski broj – COB (engl. Road Octane Number - RdON) kojim se nastoji iskazati otpornost goriva prema udaranju u uvjetima rada automobilskog višecilindarskog motora u cestovnom prometu (uvijek se odnosi samo na ispitivani tip automobila, tj. njegova motora). Postoje dva postupka za određivanje COB-a:

1. Modificirana Uniontown metoda (engl. Modified Uniontown Procedure) 2. Modificirana metoda granične linije (engl. Modified Borderline Knock Procedure)

Prema prvoj metodi oktanski brojevi se iskazuju u odnosu na pretpaljenje, a prema drugoj u odnosu na brzinu motora. Modificirana Uniontown metoda lakše je provediva i općenito se smatra standardom za ispitivanje cestovnog oktanskog broja. Prema toj metodi automobil se ubrzava od približno 25 km/h na oko 90 km/h uz potpuno otvorenu leptirastu zaklopku (engl. full throttle accelerations). Ispitivanja se obavljaju sa smjesama nekoliko referentnih goriva čiji se oktanski brojevi razlikuju za približno tri jedinice. Pritom se ručno podešava kut pretpaljenja sve dok se ne pojavi udaranje tijekom ubrzanja vozila. Nakon provedenog ispitivanja formira se dijagram u kojem se dobivene vrijednosti kuta pretpaljenja pojedinih referentnih smjesa nanose na apscisu, a oktanske vrijednosti na ordinatu. Na taj način dobiva se krivulja potrebna za određivanje cestovnog oktanskog broja. Zatim se ponovi isti postupak, ali s gorivom čiji se COB treba odrediti i prati se kut pretpaljenja pri kojem će se pojaviti udaranje u motoru. Iz prethodno dobivenog dijagrama se onda za taj kut očita vrijednost oktanskog broja koji je za ispitivano gorivo i ispitivani tip automobila baš vrijednost COB.



Slika: CFR motor za ispitivanje oktanskog broja

Cetanski broj Cetanski broj predstavlja mjerilo sklonosti zapaljenju. Ispitivanja se obavljaju na CFR motorima koje pokreće generator struje. Kompresijski omjer se mijenja od 7:1 do 30:1. Kašnjenje paljenja mjeri se električki. Mjeri se vrijeme između kontakata koje označavaju početak ubrizgavanja i početak zapaljenja (povećan tlak). Kao ispitna goriva koriste se: - zasićeni cetan C16H34 (heksadekan - parafin) - cetanski broj CBR = 100, kao gorivo vrlo sklono zapaljenju.

n-heksadekan (cetan)

- α-metilnaftalen C11H10 (nezasićeni aromat) - cetanski broj CBR = 0, kao gorivo vrlo slabo sklono zapaljenju.

α-metilnaftalen



Cetanski broj predstavlja postotak cetana u smjesi cetan/αααα-metilnaftalen čije se ponašanje u ispitnom motoru najbolje podudara s ponašanjem ispitivanog diesel goriva. 1962. godine referentno gorivo s cetanskim brojem CBR = 0 (α-metilnaftalen C11H10) zamijenjeno je s 2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonanom (katkad se u literaturi naziva izocetanom). Do ove promjene je došlo zbog lošijih svojstava α-metilnaftalena u odnosu na 2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonan (nestabilan, skup i lošije se ponaša u CFR motorima). Vrijednost cetanskog broja izocetana mjerena u odnosu na prvotna dva primarna standarda iznosi 15 (CBR = 15).

2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonan

Slika: CFR motor za određivanje cetanskog broja Odnos Oktanski broj - Cetanski broj Svako motorno gorivo ima oktanski i cetanski broj. Oni stoje u odnosu koji se može približno izračunati prema formulama:

OB = 120 - 2 x CBR CBR = 60 - 0,5 x OBR

Voda, Gorivo, Mazivo - Odnos Gorivo-motor

Documents

Transcript of Voda, Gorivo, Mazivo - Odnos Gorivo-motor