В двигателях внутреннего сгорания применяют жидкое и газообразное топливо.

Жидкое топливо состоит из смеси различных углеводородов: парафиновых (алканов) СиН2г1+2, нафтеновых (цикланов) СпН2п; CnH2n2 и др., ароматических CnH2r^e; СиН2п

При анализе жидкого топлива, применяемого в двигателях внутреннего сгорания, определяют его элементарный состав, показывающий содержание в топливе отдельных химических элементов, т. е. углерода С, водорода Н и небольшого количества кислорода О. В некоторых сортах топлив содержится незначительное количество серы S.

В качестве газового топлива для автомобильных двигателей применяют главным образом природный газ, получаемый при добыче нефти, промышленные газы, являющиеся побочным продуктом при переработке нефти и в других промышленных процессах, и газы, полученные путем газификации твердого топлива.

Количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании массовой или объемной единицы топлива, называется его теплотой сгорания.

Теплота сгорания является одним из важнейших показателей топлива.

Высшей теплотой сгорания Н0 называется все количество теплоты, которое выделяется при сгорании массовой или объемной единицы топлива и может быть отдано в охлаждающую среду при охлаждении продуктов сгорания до первоначальной температуры.

В двигателях внутреннего сгорания отработавшие газы выбрасываютсянаружу при температуре,значительнопревышающей температуру окружающего воздуха и уносят с собой несконденси-ровавшийся водяной пар. Поэтому в расчетах теплоту, выделившуюся при конденсации водяного пара, не учитывают.

Количество теплоты, полученной при сгорании массовой или объемной единицы топлива, за вычетом теплоты, выделившейся при конденсации водяного пара, называется низшей теплотой сгорания топлива и обозначается Ни.

Если по данным исследований известен элементарный состав топлива и высшая теплота сгорания, то можно определить низшую теплоту сгорания или в единицах, основанных на калории, где 2512 кдж/кг или 600 ккал/кг — принимаемое в технических расчетах количество теплоты, затрачиваемое для образования 1 кг водяного пара:

9Н — количество водяного пара, образовавшегося при сгорании 1 кг топлива; Н — массовая доля водорода в Iкг топлива;

W— количество влаги, содержащейся в 1 кг топлива.

Если известен элементарный состав, то низшую теплоту сгорания жидкого топлива можно подсчитать по формуле Д. И. Менделеева Ни = [34,013С + 125,6Н — 10,9 (О — S) — 2,512 (9Н + W)] • 10е дж/кг

Или Ни = 8100С + 30 000Н — 2600 (О — S) — 600 (9Н + W) ккал/кг, где С, Н, О и S— массовые доли элементов, входящих в состав топлива.

Наибольшее количество жидкого топлива, используемого в двигателях внутреннего сгорания, получают главным образом из нефти.

Испаряемость, оцениваемая по фракционному составу топлива, является одним из основных показателей его качества. Испаряемость топлива определяют при подогреве его в специальном приборе, где происходит последовательное испарение фракций с различной температурой кипения. Для каждого вида топлива устанавливается фракционный состав при соответствующих температурах. Характерными точками являются температуры, при которых выкипает 10, 50, 90 и 100% топлива. По этим данным строят зависимость фракционного состава топлива от температуры, называемую кривой фракционной разгонки. От фракционного состава топлива зависит качество смеси топлива с воздухом и сгорание ее, а также пусковые свойства двигателя.

Показаны кривые фракционной разгонки для жидких топлив, а в табл. 4 приведены основные показатели жидких топлив, применяемых в двигателях.

Для бензина одним из главных показателей является детонационная стойкость. Если детонационная стойкость топлива ниже принятой для данного типа двигателя, то в цилиндрах двигателя возникают ненормальные условия сгорания (детонация), при которых эксплуатация двигателя недопустима.

Детонационная стойкость легкоиспаряющихся топлив характеризуется октановым числом.

Октановое число топлива определяется в специально предназначенном для этой цели двигателе при строго установленных условиях для испытания. Особенностью этого двигателя является возможность изменения в нем степени сжатия. В качестве эталонных топлив при исследовании используется изооктан (£CgHls), который обладает наибольшей детонационной стойкостью, и гептан (пС7Н1в), имеющий большую склонность к детонации. При испытании смеси изооктана и гептана явления детонации возникают при различных степенях сжатия в зависимости от процентного содержания каждого топлива,входящего в смесь.

Наивысшая допустимая степень сжатия может быть достигнута при использовании в качестве топлива чистого изооктана. При смешении изооктана с гептаном нормальное сгорание возможно только в случае уменьшения степени сжатия. Чем больше процентное содержание гептана в смеси с изооктаном, тем меньше степень сжатия, при которой возможна нормальная работа двигателя. Для определения октанового числа топлива на указанном специальном двигателе устанавливают такую степень сжатия, при которой испытуемое топливо сгорает при едва заметных признаках детонации. Эти данные сопоставляют с результатами испытания двигателя на смеси изооктана с гептаном и определяют, на каком составе смеси работает двигатель при таких же условиях.

Процентное содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, имеющей такую же склонность к детонации, что и испытуемое топливо, называют октановым числом. Так, например, если испытуемое топливо начинает детонировать при тех же условиях, что и смесь, содержащая 70% изооктана и 30% гептана, то октановое число данного топлива равно 70.

Октановое число бензина для двигателя указывается в технических условиях и инструкциях.

Автомобильные бензины имеют октановые числа в пределах 66—85 (по моторному методу).

Октановые числа газообразных топлив находятся в пределах 90—110. Поэтому при работе автомобильных двигателей на газе степень сжатия увеличивают.

Дизельное топливо впрыскивается в цилиндр двигателя в конце процесса сжатия, когда температура воздуха в нем высокая. Основным требованием к дизельному топливу является его легкость воспламенения при соприкосновении с нагретым воздухом. Она оценивается минимально возможным интервалом времени от момента начала подачи топлива до его воспламенения. Этот интервал, называемый периодом задержки воспламенения, зависит от термодинамических параметров воздуха в момент впрыска топлива и в значительной мере от физических и химических свойств топлива. Воспламеняемость топлива оценивается цетановым числом топлива. Для одних и тех же условий в момент впрыска топлива цетановое число оценивается длительностью периода задержки воспламенения. Чем выше цетановое число, тем меньше период задержки воспламенения.

Цетановое число определяют в специальных двигателях путем сравнения испытуемого топлива с эталонной смесью — цетана (С1вН34), который легко воспламеняется (его цетановое число равно 100), и а-метилнафталином, который трудно воспламеняется (его цетановое число равно 0). Дизельное топливо имеет цетановое число 45—50 (ГОСТ 305-62).

Важным показателем качества топлива является его вязкость, которая зависит от температуры топлива и его фракционного состава. Топливо, состоящее из более тяжелых фракций, имеет большую вязкость. С понижением температуры вязкость топлива увеличивается тем интенсивнее, чем тяжелее его фракционный состав. Например, при изменении температуры бензина с + 20°С до —20°С его вязкость возрастает примерно в 2 раза, а дизельных топлив — более чем в 5—10 раз.

От вязкости топлива зависит качество его распиливания и смешения с воздухом.