Compozi]ia combustibililor [i influen]a acesteia asupra unor caracteristici de func]ionare ale motorului

Compozitia combustibililor si influenta acesteia asupra unor caracteristici de functionare ale motorului

3.2.1. Compozitia combustibililorcompozitia benzinelor si motorinelor va depinde de compozitia titeiurilor utilizate ca materie prima. restrictii privitoare la continutul combustibililor in anumite componente si elemente. Continutul in benzenCompozitia in hidrocarburiContinutul de plumbContinutul de manganContinutul in compusi oxigenatiContinutul in fosforContinutul in sulfContinutul de acizi minerali si alcaliiContinutul de apaContinutul de impuritati mecaniceContinutul de cenusa

Continutul in benzen

Concentratia maxima de benzen permisa este adesea limitata datorita toxicitatii

limite de 5%, 3% si chiar 1% (V/V)au fost deja impuse

continutul de benzen se determina prin cromatografie gazoasa utilizand mai multe metodeEN ISO 22854ASTM D 3606

Compozitia in hidrocarburi

Tipurile de hidrocarburi ce intra in compozitia benzinelor si motorinelor au o influenta considerabila asupra emisiilor din evacuare si celor prin evaporare, fractiunile componente ale combustibilului sunt, pe cat este posibil, controlateCompozitia combustibilului are influenta si asupra tendintei combustibilului de a forma depoziteEx: procentele de hidrocarburi aromatice din benzinele Europei de Vest si SUA sunt limitate la 31.34% din volum iar cele din benzinele produse in California la 10%.

Cifra de iod

Caracterizeaza continutul de hidrocarburi nesaturate din combustibili si se exprima in grame de iod absorbit de 100g din produsul analizat (motorina). Cifra de iod caracterizeaza motorina din punct de vedere al stabilitatii la depozitare. Valoarea maxima a cifrei de iod pentru motorina este limitata la 1-4 g iod/100g combustibil. La motorinele de cracare cifra de iod poate atinge valori de 35-40 g iod/100 g combustibil.

Continutul de plumb

Continutul maxim de plumb este specificat pentru toate benzinele. metode de determinare a continutului de plumb sunt specificate mai jos.Continutul de plumb, gPb/ STAS SR ISOMetoda ASTM0-0,6 990-903830:1996D25470,026 1,3 990-90D2599 Spectrometria cu raze X0,0025 0,025 2988-91D3237 - Spectroscopia absorbtiei atomice0,0025 0,025D 5059; D3348-Testul de calorimetrie rapida 0,00025 0.025D3116 SpectrofotometriaAzi limitarea la 5mg/l, se utilizeaza EN 237

Continutul de manganCand manganul este utilizat ca si component antidetonant, compozitia sa este specificata. Testul ASTM D 3831 foloseste absorbtia atomica si estimeaza concentratia de mangan in domeniul 0,00025.0,03 gMn/l.Benzinele actuale: 2mg/lContinutul in compusi oxigenatiContinutul in fosforelement care are un efect negativ asupra convertorului catalitic Ajunge in cb datorata aditivilor utilizati impotriva rateurilor la aprindere, impotriva preaprinderii, si aditivilor tensoactivi.Poate fi determinat prin metoda ASTM D 3231.

Continutul in sulf

Nivelul de sulf limitat progresiv, sunt obisnuite in prezent valori de 10mg/kgin benzine reformulate continutul sau este din cele mai scazute datorita efectului negativ asupra catalizatorului. Nivelul procentului de sulf este controlat si din alte motive: mirosul pe care-l da benzinei, actiunea sa coroziva, efectul antagonic cu plumbul, efectul dioxidului de sulf asupra mediului, actiunea sa de a majora tendita de a forma depozite, efectul negativ asupra elastomerilor. S - in stare libera dar si in compusi activi (hidrogen sulfurat, mercaptan) sau pasivi (sulfiti, bisulfiti, polisulfiti). In procesul de ardere -> activiacizi sulfuric si sulfuros - reactioneaza cu lubrifiantul formand compusi organici consistenti care adera la suprafata cilindrului si intensifica uzarea abraziva a acestuia. Sulful in uleiul de motor accelereaza degradarea acestuia prin imbatranire. Experientele au dovedit ca influenta sulfului din combustibil depinde de temperatura si de raportul dintre suprafata si volumul camerei de ardere.

Determinarea efectului de coroziune al combustibilului asupra metalelor cu care vine in contact in afara camerei de ardere se face in conformitate cu EN ISO 2160O lamela de cupru de dimensiuni standardizate se scufunda in combustibilul incalzit la 500C timp de 3 ore; se compara aspectul cu al unor lame etalon.Continutul in sulf se limiteaza, in tara noastra, pentru benzine si motorine la :10 mg/kgMetodele de determiare a continutului de sulf din benzine si motorine sunt:EN ISO 20884

Continutul de acizi minerali si alcaliiActiunea coroziva a combustibiluluui asupra pieselor cu care intra in contact se datoreaza:- prezentei in combustibil a unor compusi chimici acizi sau alcalini. - acizi organici liberi si HC - au o actiune coroziva slaba cresterea continutului de acizi minerali si alcalii conduce la: - uzura pistonului plonjor al pompei de injectie, - depunerile de cocs din pulverizatorul injectorului, - depunerile de calamina, - uzura pistonului, segmentilor si cilindrului.

Standardele in vigoare nu admit acizi minerali sau alcalii in benzine, motorine si petroluri.Pentru benzinele si motorinele romanesti aciditatea minerala si alcalinitatea, determinate conform STAS 22-64 sau ASTM D 1093 trebuie sa fie nule.Aciditatea organica se determina prin cifra de aciditate sau indicele de neutralizare a carei valoare este egala cu numarul de mg de hidroxid de potasiu (KOH) necesare pentru a neutraliza acizii organici liberi din 100 cm3 de combustibil.

Continutul de apaCombustibilii pot contine: - apa libera, - sub forma de solutie Apa patrunde in combustibil in timpul transportului, manipularii si depozitarii acestuia. Prezenta apei in combustibil determina: saracirea amestecului carburant si micsorarea puterii motorului; inrautatirea calitatilor de pornire si de functionare; micsorarea puterii calorifice inferioare a combustibilului;Aparitia tulburarii se poate petrece in timpul scaderii temperaturii mediului ambiant, datorita unei parti din apa care incepe sa iasa din solutie. De obicei aceasta tulburare dispare rapid caci picaturile fuzioneaza si se duc la fundul rezervorului. Cantitatea de apa care se dizolva depinde de temperatura si de compozitia benzinei. Solubilitatea apei in combustibil creste cu temperatura si cu continutul de hidrocarburi aromatice al benzinei Prezenta anumitor compusi oxigenati poate creste substantial cantitatea de apa care se poate dizolva in benzina.

Avand in vedere efectele negative ale prezentei sale in combustibil, standardele romanesti nu admit prezenta urmelor de apa in benzine. Continutul de apa prezent in benzine se determina la noi in tara conform SR ISO 176-97. Continutul de apa in motorine de determina conform EN ISO 12937:2000, si este limitat, pentru produsul romanesc, la 200mg/kg.Un test standard pentru determinarea continutului de apa impreuna cu impuritatile mecanice este ASTM D 176; STAS 24/1-89.

Continutul de impuritati mecaniceImpuritatile mecanice se afla in combustibil sub forma de depuneri sau in stare de suspensie (praf, nisip, rugina). Cai de patrundere in combustibil: transportul, manipularea si depozitarea necorespunzatoare odata cu aditivii sau ca rezultat al transformarilor chimice ale unor compusi ai combustibilului.Impuritatile mecanice din combustibil conduc la uzarea organelor in miscare ale pompei de injectie si injectoarelor. intensificarea actiunii de eroziune a combustibilului care este injectat cu viteze mari, conducand la decalibrarea orificiilor injectoarelor si cresterea debitului de combustibil injectat. infundarea orificiilor injectoarelor sau jicloarelor si intreruperea alimentarii. Impuritatile care patrund in pulverizator duc la griparea acului in ghidaj. Astfel, orificiul pulverizatorului ramane deschis si pulverizarea combustibilului este cStandardele romanesti nu admit impuritati in benzine, motorine sau petroluri. Continutul de impuritati mecanice se determina, conform STAS 33-84 prin:metoda centrifugarii pentru un continut de substante insolubile in solventi organici de pana la 0,01% (volum) sau prin cantarirea reziduului ramas pe hartia de filtru dupa filtrarea unei cantitati determinate de combustibil, diluat cu benzen, pentru un continut de impuritati mecanice de peste 0,005 (masa). Prevederile E123 permit 0,01% (volum) impuritati mecanice pentru motorine.. Influenta compozitiei combustibilului asupra stabilitatii la oxidare si in timpul depozitarii

Stabilitate la oxidare=capacitatea de a-si pastra nemodificate propr. initiale pt o perioada cat mai indelungata( in timpul depozitarii sau utilizarii)

Instabilitatea combustibililor se datoreaza:complexitatii compozitiei lorproceselor de autooxidare a hidrocarburilor, de descompunere a hidroperoxizilor,reactiilor cu metalele, cu compusii sulfului si ai azotului Oxidarea are loc ca urmare a contactului combustibilului cu oxigenul din atmosfera in timpul manipularii si, mai ales, depozitarii pe perioade lungi.

Teoria autooxidarii se bazeaza pe existenta unei faze initiale care sa dea nastere radicalilor peroxidici. Acestia reprezinta initiatorii reactiei in lant care se va propaga. Ca urmare a reactiei in lant care are loc, se formeaza gume si produse acide.

Un rol important in dezvoltarea proceselor de oxidare a benzinei il au compusii cu oxigenul, sulful si azotul si tipul hidrocarburilor continute de combustibil

Gumele sunt putin solubile in benzina si cresterea lor, permisa de insuficienta inhibitorului de oxidare, va conduce la iesirea lor din amestec si depunerea pe fundul rezervoarelor sau formarea de depozite in sistemul de admisie. Depunerea gumelor in injectoare, in conductele de alimentare cu combustibil, pe supape si in galeria de admisieaditivi antioxidanti : eficacitate superioara in combustibilul lichid decat in cel vaporizat, ei fiind relativ nevolatili. Factori care favorizeaza oxidarea: temperatura (peste 500C), metalele din sistemul de alimentare, miscarea vehicululuiBenzinele care au suferit procese de oxidare si contin hidroperoxizi sunt cunoscute si sub numele de benzine acide

Aceste benzine au efecte negative asupra unor materiale elastomere folosite in sistemul de alimentare (afecteaza elasticitatea si rezistenta). Unele furtunuri pot deveni permeabile contribuind la cresterea emisiilor de hidrocarburi

Hidroperoxizii formati in timpul oxidarii hidrocarburilor sunt detonanti si prezenta lor va reduce calitatile octanice ale combustibilului.

Influenta compozitiei combustibilului asupra formarii depunerilor Depuneri in injectoarele de combustibil

Oxidarea combustibilului -> gume care vor adera la suprafete si se vor depune in sistemul de alimentare. Desi acumularea de depuneri incepe cu gume nevolatile care adera la suprafetele metalice, ea este majorata de particule sau substante provenind din diverse surse precum: gazele de evacuare de la celelalte vehicule, materiale aeropurtate care penetreaza filtrul de aer, gazele arse scapate pe langa supape si recircularea gazelor de evacuare. Injectoarele sunt mai afectate de depuneri atunci cand combustibilul se injecteaza in poarta supapei decat in colectorul de admisie. Depunerile in injector se formeaza in zona axului principal si deterioreaza caracteristicile jetului si ale pulverizariiComponentele combustibilului care determina cresterea depozitelor in injector sunt: diolefinele, olefinele si sulful.

Formarea depozitelor in colectorul de admisie, portile supapelor si supape

Depunerile din colectorul de admisie vor mari timpul de incalzire si vor afecta consumul de combustibil. Depunerile in poarta supapei si pe partea inferioara a supapei sunt deosebit de importante; ele vor afecta procesul de admisie, puterea, emisiile si dinamicitatea motorului. Natura depunerilor variaza cu tipul combustibilului si cu temperatura supapei, - > moi si lipicioase sau dure si fragile (sfaramicioase).formarea depozitelor se datoreaza componentelor aromatice grele de la reformare si compusilor rezultati in urma oxidarii. alcoolul in combustibili pare sa creasca depunerile pe supapele de admisie. plumbul din benzine nu afecteaza procesul depunerilor pe supape. Utilizarea aditivilor adecvati care sa mentina sistemul curat si/sau sa inlature depozitele existente.

Depunerile din camera de ardereC.m. important efect al depunerilor din camera de ardere il constituie cresterea inclinatiei la functionarea cu detonatie, > necesitatea cresterii cifrei octanice a combustibilului utilizat in motor dupa o anumita perioada de functionare a motorului. Marimea si natura depozitelor din camera de ardere depind de: combustibil, (cresc depozitele:aromatice, olefine, parafine)de lubrifiant, arhitectura motoruluicaracteristicile traseelor parcurse (temp lichid racire, raport aer/cb) Prezenta plumbului, manganul sau fosforul, va fi reprezentata, de asemenea, in depuneri Pentru benzinele fara plumb tendinta de formare a depozitelor creste cu temperatura de distilare a fractiunilor mai grele din combustibil Masurarea stabilitatii combustibilului la oxidare si in timpul depozitarii Metoda perioadei de inductie (ASTM D 525; STAS 312-89)Perioada de inductie este perioada de timp in care, in conditii determinate de lucru, proba de benzina de cercetat, in prezenta oxigenului, la temperatura de 1000C si la presiune de 7 bar, in mod practic nu se oxideaza. Perioada de inductie apreciaza tendinta benzinei spre oxidare si spre formarea de gume. Cu cat perioada de inductie a unei benzine este mai mare cu atat stabilitatea ei este mai ridicata si durata admisibila de depozitare mai lunga. Pt. benzinelor romanesti- min 360 min, in functie de tipul benzinei.

Paharul de sticla 6 in care se toarna 100ml benzina filtrata se aseaza in bomba de oxidare. Bomba se racordeaza la sursa de oxigen, i se verifica etanseitatea si se creste presiunea pana la 7,5 bar, ca apoi sa fie redusa la 7+0,05 bar. Bomba astfel pregatita se introduce in baia cu apa la temperatura de 991010C . Se marcheaza atat momentul introducerii bombei in apa cat si presiunea initiala din bomba. Se noteaza evolutia presiunii din bomba pana cand se constata o scadere a acesteia cu 0,6 bar din valoarea maxima a presiunii atinse in timpul incalzirii bombei.

Determinarea gumelor actuale prin evaporarea in jet de aer (SR EN 26246:1996) Testul consta in evaporarea unui volum masurat, in conditii controlate de temperatura, intr-un curent de aer (fig. 3.16) si cantarirea reziduului. (Testul pentru gumele existente intentioneaza sa fie doar un indice de probabilitate al stabilitatii benzinei)Testul masoara doar cantitatea de gume deja existenta in benzina.

Testul de stabilitate in timpul depozitarii pe termen lung

In acest test combustibilul este pastrat in intuneric pentru 12 saptamani la 430C si apoi sunt determinate gumele actuale. o saptamana = echivalenta cu aproximativ o luna de depozitare in conditii ambiante normale. Desi aceasta metoda este mai precisa decat cele mai sus mentionate, necesita prea mult timp pentru determinare pentru a putea fi utilizata in mod obisnuit.