Горивата и техните свойства.Алтернативни горива

Тъй като мисля, че мн важна част от тунинга на един двигател бил той 4 или 2 тактов е точно горивото.
И реших да дам малко инфо, което съм събрал оттук оттам:
ГОРИВА, ИЗГАРЯНЕ НА ГОРИВАТА И ПРЕВРЪЩАНЕ НА ТОПЛИНАТА В МЕХАНИЧНА РАБОТА

В автомобилните двигатели се използват течни или газообразни горива. Най много се използуват въглеводородните горива, каквито са бензинът, газьолът (дизеловото гориво) и втечнената смес от газовете пропан СзН8 и бутан С4Н10. Природният газ е съставен предимно от метан (CН4). Той е много добро гориво за автомобилните двигатели, но е малко неудобен за използуване, защото се втечнява при много високо налягане и ниски температури. В редица страни като прибавка към бензина (до15-20%) се използуват метиловият (СНзОН) или етиловият (С2Н5ОН) алкохол.Чистият водород също може да се използува в автомобилните двигатели.
Бензинът е смес от няколко десетки вида различни въглеводороди със структурни формули СnН2n+2, СnН2n, СnН2n-6, като n е от 6 до 9. Освен от броя на атомите в молекулата му качествата на бензина до голяма степен зависят и от структурата на самата молекула - дали атомите са наредени в една верига, дали веригата има разклонения и междинни връзки между тях. Характерни качества на бензина са голямата му изпаряемост, малката му плътност (от 0,73 до 0,76 kg/l) , но обикновено се приема за 0,75 кg/l и голямото количество топлина, което се отделя при изгарянето му - 44000 kJ/kg.
Дизеловото гориво е също така смес от въглеводороди, но обикновено със структурна формула СnН2n+2. където n е от 9 до 12. То има значително по- лоша изпаряемост от бензина и по-го-ляма плътност - от 0,81 до 0,85kg/l. Количеството топлина, получена при изгарянето му, е почти същата - 42 000 kJ/kg.
Втечнените газове - пропан и бутан, отделят още по-голямо количество топ лина при изгарянето им 55 000 kJ/kg.Тяхната плътност е обаче много малka около 0,5 kg/l, а за да бъдат в течно състояние, те трябва да се съхраняват под налягане в херметични стоманени бутилки.
За да изгори напълно бензинът или дизеловото гориво в цилиндрите на двигателя, необходимо е всеки един атом въглерод и водород от техните молекули да се свърже с необходимото количество атоми кислород от въздуха. За пълното изгаряне на 1 кg бензин иди дизелово гориво са необходими 11,8 m3 = 15 кg въздух. В този случаи горивната смес (въздух и бензин) има стехиометричен състав и се нарича „нормална". Отношението между действителното количество въздух Сg в горивната смес спрямо теоретически необходимото количество въздух Сh, необходимо за пълното изгаряне на горивото от сместа, се нарича въздушно съотношение и се бележи λ:
λ = Сg / Сh
При „нормална" горивна смес λ = 1. Когато действителното количество въздух е по-малко от необходимото за пъл¬ното изгаряне на сместа, например 10,2-11 m3 (13-14 kg) за 1 kg гориво, тя е „богата", λ = 0,85 -0,95. Когато въздухът е повече, напр. 12,6 - 13,4 m3 (16-17 kg) за 1 кg гориво, тя е бедна, и λ = 1,05- 1,15.
Въздушното отношение λ има много голямо значение за работата на автомобилните двигатели. Бензиновите двигатели развиват найголямата си мощност при обогатени горивни смеси - λ=0,9, а работят най-икономично при обеднени смеси - λ = 1,1. Дизеловите двигатели работят само с бедни и дори много бедни смеси - от λ = 1,2 до λ = 1,8. Те не могат да работят с λ, по-малко от 1,2, защото горивото не може напълно да изгори при това въздушно отношение и в отработилите газове се появява черен дим, състоящ се от неизгорял въглерод - сажди. Бедните горивни смеси, с които работят дизеловите двигатели, са също така една от причините, на които се дължи тяхната икономичност, но и по-малка мощност (при еднакъв ходов обем и работна честота) спрямо бензиновите двигатели.
Изгарянето на горивото в автомобилния двигател независимо дали е бензинов или дизелов се характеризира с няколко особености: то трябва да стане за много кратко време — от 1/60 до 1/600 от секундата (при някои особено бързоходни двигатели — до 1/1000 от секундата), и въпреки това горенето трябва да бъде колкото може по-пълно, за да няма отровни вещества в отработилите газове — въглероден окис и недоизгорели въглеводороди. Дори и в много малки концентрации въглеродният окис причинява тежки, често пъти смъртоносни отравяния, а въглеводородите могат да предизвикат ракови заболявания в дихателните органи на хората. Ето защо работата на автомобилния двигател в закрити или лошо проветрявани помещения — например в гараж — крие смъртна опасност за околните.
За да изгори горивната смес достатъчно бързо, пламъчният фронт, който се създава около източника за запалване (свещта при бензиновите двигатели), трябва да се разпространява с много голяма скорост — 40 - 60 m/s. В този случай горенето е нормално и двигателят работи тихо и икономично. При някои обстоятелства обаче, преди пламъчният фронт да е обхванал цялата горивна камера, започва спонтанно взривно изгаряне на горивната смес - появява се детонация.
Количеството топлина (а това е и енергията), което се отделя при детонационното горене, е малко, защото от молекулите на бензина изгаря само водородът, докато въглеродът почти не реагира и се отделя във вид на сажди. Но поради огромната скорост, с която протича реакцията на детонацията — за по-малко от една милионна част от секундата — налягането на газовете в цилиндъра нараства скокообразно. Образува се мощна ударна вълна, която със скорост 2000 - 3000 m/s се удря в стените на горивната камера и дъното на буталото и може да предизвика бързото им разрушаване и прегаряне.
Основната причина за появата на детонация е неподходящото качество на бензина при дадена степен на сгъстяване на двигателя или по-ранното запалване на горивната смес, отколкото е необходимо. За всеки двигател заводът производител посочва как трябва да бъде регулирано запалването, за да може в строго определен момент да се подаде електрическата искра от свещта и да се възпламени горивната смес, и каква трябва да бъде детонационната устойчивост на бензина, с който двигателят ще работи. Като критерий за детонационната устойчивост служи октановото число. Тази мярка е условна, но има много голямо практическо значение. Прието е октаново число 100 (ОЧ=100) да има една от съставките на бензина — изооктанът С8Н18, който е въглеводород от парафиновия ред, но с разклонена верига на молекулата, а най-малко октаново число (ОЧ = 0) да има нормалният хептан С7Н16, който също така е от парафиновия ред, но с линейна верига на молекулата.
Октановото число на който и да е бензин се определя, като се сравнява детонационната му устойчивост с тази на смес от изооктан и нормален хептан. С горивото, чието октаново число се търси, се пуска да работи специален двигател, на който може да се променя степента на сгъстяване, докато се появи детонация. При тази степен на сгъстяване се правят проби със смеси, имащи различно процентно съотношение на изооктан и нормален хептан, докато се получи същата детонация в цилиндъра. Процентното съдържание на изооктан в сместа (напр. 93%) показва какво е октановото число на изпитваното гориво.
Бензинът, който се получава от пре¬работката на суровия нефт, има много по-малко октаново число, отколкото е необходимо за съвременните автомобил¬ни двигатели. За неговото повишаване се използуват специални вещества, наречени антидетонатори, най-разпространеният от които преди години беше оловният тетраетил РЬ(С2Н5)4 Прибавен в много малки количества — от 0,2 до 0,4% към бензина, той повишава октановото му число с 8 — 12 единици. Оловният тетраетил е силно отровен, поради което трябва да се избягва вдишването на бензинови пари, миенето на ръце или чистенето на дрехи с автомобилен бензин.
Изгаряйки заедно с бензина, оловният тетраетил се превръща в оловен окис РЬО3, който също е отровен и заедно с отработилите газове се изхвърля от двигателя в атмосферата. За да се избегне замърсяването на въздуха с олово, особено в големите градове, където едновременно работят хиляди автомобилни двигатели, чрез дълбочинна структурна преработка на нефта се получава бензин с много голямо октаново число (дори и над 100), към който не е необходимо да се прибавят антидетонатори. Това са т.нар. безоловни бензини.
Понякога, когато двигателят е силно загрят, горивната смес може да се самозапали, преди да е подадена електрическа искра. В зависимост от октановото число на бензина и натовар¬ването на двигателя. самозаналилата се горивна смес може да изгори нормално, но горенето може и да премине в дето¬нация.
Критерий за самовъапламеняемостта на дизеловите горива е т. нар. цетаново число. Колкото то е по-голямо, при толкова по-ниска температура се самовъзпламенява горивото.

Октаново число.
Какво е октаново число ?

В топлинните машини (към които спада и бензиновият двигател с вътрешно горене) коефициентът на полезно действие (кпд) зависи от разликата в температурите на работната среда на двигателя и околната среда. Поради това конструкторите отдавна се опитват да повишат кпд на бензиновите двигатели чрез повишаване степента на сгъстяване в двигателя, което води и до по-висока температура в горивната камера (цилиндъра). Много скоро обаче, те се сблъскват с детонационното горене на въздушно-бензиновата смес. За съпоставимост на антидетонационните свойства на бензините, на гориво, състоящо се изцяло от изооктан (2,2,4-триметилпентан) се присвоява октаново число 100, а на бензин, състоящ се само от нормален хептан (n-хептан), се присвоява октаново число 0. Дадено октаново число означава, че съответният бензин имa антидетонационни свойства като тези на бензин, състоящ се от пропорционално количество изооктан и n-хептан (напр. бензин "98 октана" има антидетонационни свойства като тези на смес от 98% изо-октан и 2% n-хептан). Има съставки на бензина, които са с по-добри антидетонационни свойства от изооктана; поради това съществуват бензини с октаново число над 100 (до около 140-145), което се оценява чрез екстраполация. За определяне на октановото число има два основни метода - изследователски и моторен (англ. research octane number - RON и motor octane number - MON). И при двата се използва специална октан-машина, разработена през 30-те години на XX век. Тя представлява едноцилиндров двигател с изменяема компресия. По изследователския метод октановото число (RON) се определя, като октан-машината работи с 600 оборота в минута, при всмукателния клапан се поддържа температура от 120 градуса Фаренхайт (48.89 градуса Целзий) и запалването е с изпреварване 13 градуса. По моторния метод октан-машината работи с 900 оборота в минута, температурата при всмукателния клапан е 300 градуса Фаренхайт (148.89 градуса Целзий) и моментът на подаване на искрата варира. В сравнение с моторния метод, изследователският отчита по-високи стойности за октановото число, обикновено с 7-10 единици. Моторният метод обаче е по-близък до реалното поведение на двигателите и бензина, и в такъв смисъл е практически по-важен. В производството и търговията на едро обикновено сертификатите на бензина включват изисквания към минималното октаново число и по двата метода, но в търговията на дребно се обявява само едно октаново число. В Европа (включително България) октановото число на бензина се обявява по изследователския метод (RON), но в други държави това не е така. Например в САЩ бензинът в търговската мрежа се маркира със средното октаново число по моторния и изследователския метод [(RON+MON)/2].
Бензинът, получаван при атмосферна дестилация на нефт (англ. straight run gasoline, straight run naphtha), има октаново число около 55-60, което още в началото на XX век се оказва недостатъчно. Изследванията показват, че въглеводороди с ациклични (прави) верижни молекули (напр. алкани) имат по-лоши антидетонационни свойства от тези с разклонени или циклични молекули. Разработени са процеси на допълнителна ( дълбочинна ) преработка на нефтопродуктите, получени при първичната преработка, с цел получаване на високооктанови бензини: термичен (от 1913 г.) и каталитичен крекинг (от около 1930 г.); по-късно сярно-кисело алкилиране, полимеризация, каталитичен реформинг, изомеризация и др. Продуктите на тези процеси имат разклонена или циклична структура на молекулата (от последните особено значение имат бензолът и толуолът) и са с високо октаново число. Така при нефтопреработката рязко се покачват както добивът на бензин, така и неговото октаново число. Същевременно се появява нужда да се контролират емисиите на циклични (ароматни) въглеводороди във въздуха, тъй като те имат твърде вредно въздействие върху здравето (канцерогенни са). Типични компоненти на бензина са реформатът (високооктанов продукт на каталитичния реформинг с богато съдържание на ароматни и ниско съдържание на олефини), крекинг-бензинът (продукт на каталитичния крекинг със средно високо октаново число, високо съдържание на олефини и средно на ароматни въглеводороди), хидрокрекинг бензинът (продукт на хидрокрекинг процес, със средно до ниско октаново число и средно съдържание на ароматни въглеводороди), нискооктановият бензин (продукт на атмосферната дестилация на суров нефт, с ниско съдържание на ароматни и почти нулево на олефини), алкилатът (продукт на сярно-кисело алкилиране, високооктанов, състоящ се почти само от разклонени алкани) и изомеризатът (получен чрез изомеризация на нискооктанов бензин, с ниско съдържание на ароматни въглеводороди). За повишаване на октановото число са разработени и различни добавки към бензина, от които най-голямо значение е имало тетраетилоловото (от 1920 г.) - силно отровна течност. Освен потенциалните тежки последствия за здравето при контакт с тетраетилолово и бензини с добавено тетраетилолово, тази добавка води до емисия от бензиновите двигатели във въздуха на оловни аерозоли, които при вдишване или навлизане по друг път в организма (например при употреба за храна на растения, върху които са попаднали оловни аерозоли) имат извънредно тежки последствия, особено при деца (забавяне на развитието, слабоумие). Поради тази причина производството и употребата на бензини, съдържащи олово ("етилирани" бензини) днес са забранени в повечето страни в света, включително България. Съществуват също така някои повишаващи октановото число добавки към бензина. Те могат да се разделят на няколко групи: Органометални съединения: ММТ и ФЕРОЦЕН Алкохоли: МЕТАНОЛ, ЕТАНОЛ, ИЗОПРОПАНОЛ и др. Етери:МТВЕ, ТАМЕ, ЕТВЕ, DIPE, ETAE и др. Високооктанови въглеводороди: БЕНЗЕН, ТОЛУЕН, КСИЛЕН, ИЗООКТАН и др. Подобряването на качествата на бензина с течение на времето позволяват да се покачи степента на сгъстяване на двигателите (от около 4.5 през 20-те години на XX в. до над 10 днес), тяхната литрова мощност (съответно от около 14 к.с. на литър до над 100 к.с. на литър), кпд (от около 10% до 25-28% днес), да бъдат намалени теглото и габаритите им и др., като същевременно намалява консумацията на бензин за километър пробег и емисията на вредни вещества и парникови газове.

При нормална експлоатация трябва да се зарежда само бензин с октаново число, равно или по-голямо на минималното октаново число, спесифицирано за дадения двигател. Трябва обаче също така да се има предвид, че октановото число е най-важният, но не и единственият параметър, определящ антидетонационните ствойства на бензина в практически условия. В съвременните двигатели се ползват сензорни датчици за детонация и компютърни устройства за изменение на изпреварването в подаването на искрата (от края на 70-те години на XX в.), които позволяват изпреварването автоматично да се изменя по време на движение в зависимост от условията на експлоатация. По-добрите такива устройства регистрират детонацията във всеки отделен цилиндър и изменят изпреварването индивидуално за всеки цилиндър; те са масови от края на 90-те години (в над 50% от новите автомобили). Поради това ползването на по-високооктанов бензин не носи никакви практически изгоди, освен ако не се наблюдава постоянно детонационно горене в двигателя при доста широк диапазон на обороти и мощност. От бензин с високо октаново число се нуждаят само двигатели с висока степен на сгъстяване, с турбо компресори, с чип тунинг, или такива, които използват NOS системи. При обикновените двигатели, които работят добре с 95 октанов бензин ( без детонации ), използването на 100 октанов бензин може дори да доведе до леко понижаване на мощността. Причината за това е че високооктановите бензини имат по-ниска скорост на пламъка в сравнение с нискооктановите. При тази ситуация най-високото налягане в цилиндрите се получава малко след оптималния момент. По-високото октаново число е само една предпоставка за постигане на по-голяма мощност, но за да стане това са нужни промени по двигателя или неговото управление. Увеличаване мощността на един двигател САМО чрез добавки към горивото може да има при използване на съединения съдържащи кислород, които лесно се отделя от тях в процеса на горене ( двуазотен оксид, нитрометан, нитроетан, нитропропан, пропилен оксид и др.)

Нитрометан
Нитрометанът (CH3NO2) представлява безцветна течност с плодова миризма и плътност 1.138 кг/л при 20oС. Синтезиран е за първи път от А.Колбе през 1872г. Нитрометанът е най-простия представител на цяла група съединения, наречени нитропарафини. Други по-известни представители на тази група са нитроетанът (C2H5NO2) и нитропропанът (C3H7NO2). Техните характеристики са подобни на нитрометана, но са по-малко екстремни. Нитрометан може да бъде получен при заместване на един от водородните атоми на метана (СН4) с нитро група (-NO2). Тъй като нитро групата е съставна част на повечето експлозиви, (нитроглицерин, тринитротолуол, нитроцелулоза и др.) много хора считат че и нитрометанът е взривоопасен. Истината е че той може да детонира само при много специални и трудно постижими условия - бързо повишаване на налягането и температурата, което може да се получи при взрив на мощна бомба. При нормални условия нитрометанът не е опасен. Точката му на възпламеняване (flash point) е 36oС, което означава че под тази температура той много трудно може да бъде запален (горяща кибритена клечка изгасва, ако бъде хвърлена в съд с нитрометан). Правени са тестове, при които варели пълни с нитрометан са пускани от самолет или са прострелвани с огнестрелно оръжие. При нито един от тези опити не е имало възпламеняване. Тъй като нитрометана може да гори и без достъп на кислород, през 40-те години на XX век е започнала неговата употреба като еднокомпонентно ракетно гориво: 4CH3NO2 > 4CO + 4H2O + 2H2 + 2N2.

В присъствие на кислород, нитрометанът изгаря съгласно уравнението: 4CH3NO2 + 3O2 > 4CO2 + 6H2O + 2N2. След втората световна война, нитрометанът е предизвикал интерес и сред автомобилните състезатели. Той има много висока скорост на пламъка, което го прави подходящ за бързооборотни двигатели ( 8,500 – 10,000 оборота в минута ), при които остава много малко време за изгаряне на горивото. Нитрометанът съдържа 52% кислород и може да гори при изключително богати смеси. Това е неговото основно предимство пред другите горива, от гледна точка постигане на по-висока мощност. Основния фактор, който ограничава мощността на един двигател е количеството въздух, което постъпва при всеки работен такт. За пълното изгаряне на 1 кг бензин е необходим 14.7 кг въздух, а за 1 кг нитрометан - само 1.7 кг въздух. Това означава че с едно и също количество въздух може да бъде изгорен 8.7 пъти повече нитрометан в сравнение с бензина. Калоричността на бензина е около 44 MJ/kg , а на нитрометана 11.3 MJ/kg. Въпреки това, ако един двигател вместо бензин изгаря нитрометан, неговата мощност ще нарасне 2.3 пъти! Това обаче може да стане само в специално проектирани двигатели, тъй като нитрометанът има много ниско октаново число и силна тенденция към детонации. Специално гориво съдържащо 85% нитрометан и 15% метанол използват драгстерите от клас “Top Fuel”. Такъв драгстер е способен да се ускори от 0 до 500 км/ч за по-малко от 5 секунди! Мощността на такъв двигател е около 8000 к.с. За борба с детонациите в този случай се използват изключително богати горивни смеси - част от горивото служи за охлаждане. Затова от изпускателните тръби на такива драгстери могат да се видят пламъци.
При обикновените автомобили нитрометанът може да се добавя към бензина с цел повишаване на мощността. Основното правило е: колкото повече нитрометан - толкова повече мощност. Тук съществуват два основни проблема – нитрометанът почти не се разтваря в бензин и силно понижава октановото му число. За преодоляване на тези проблеми са разработени специални добавки - нитрометанът се смесва с химикали, които повишават октановото число и увеличават разтворимостта му в бензин. При добавяне на повече от 10% нитрометан, е задължително да се използват свещи с по-ниско топлинно число. Друго важно изискване е горивната смес винаги да бъде богата (колкото повече нитрометан добавяме – толкова повече гориво трябва да се подава към двигателя). В общи линии, при обикновените автомобили може да се добави до 20-30% нитрометан под формата на специална добавка, без да има опасност от детонации или други повреди по двигателя. Такива добавки вече се предлагат и в България.

ФИЗИЧНИ И ТЕРМОДИНАМИЧНИ СВОЙСТВА НА ЧИСТИЯ НИТРОМЕТАН:

* температура на топене -28,6oС
* температура на кипене 101,2oС
* критична температура 315oС
* плътност при 20oС - 1.138 кг/л
* вискозитет при 25oС - 0,61 ср
* молекулно тегло - 61,04
* диелектрична константа при 30oС - 35,87
* пламна температура (flash point) 36oС
* разтворимост във вода - 10,5% при 20oС

брех че много информация бе... хубаво е да се прочете

хубава тема особено за тези който им трябва добро описание бих казал

нали за това съм я дал да се чете и колега вярваш или не сичкото съм го прочел...щото то като се хванах да чета кфо да копирам иииии то стана еднааа че зех че го прочетох...

ама ти си мислиш че съм го чел????

ти не се обяснявай ам виж другите теми ...