Materiałoznawstwo

Uniwersytet Łódzki

dr Leszek Margielewski

Temat wykładów

●

Podstawowe parametry opisujące płyny eksploatacyjne.

●

Paliwo, spalanie, silniki cieplne i instalacje kotłowe.

–

Paliwo i jego spalanie.

–

Silniki cieplne i zasady ich działania.

–

Klasyfikacja ciekłych paliw silnikowych.

–

Klasyfikacja eksploatacyjnych własności paliw ciekłych.

●

Składniki ropy naftowej i jej przeróbka na paliwa.

–

Składniki ropy naftowej.

–

Przeróbka ropy na paliwa.

Temat wykładów

●

Benzyny.

–

Charakterystyka ogólna.

–

Zdolność do parowania i tworzenia mieszanki.

–

Skład frakcyjny i prężność par.

–

Wskaźniki oceny jakości spalania. Liczba oktanowa.

–

Inne własności eksploatacyjne.

–

Dodatki do benzyn.

●

Oleje napędowe.

–

Charakterystyka ogólna.

–

Własności związane z tworzeniem mieszanki poprzez wtrysk paliwa.

–

Samozapłon i spalanie.

–

Inne własności eksploatacyjne.

–

Dodatki do olejów napędowych.

Temat wykładów

●

Oleje opałowe.

–

Własności reologiczne.

–

Własności korozyjne.

–

Zanieczyszczenia mechaniczne i zawartość wody.

●

Zagrożenia występujące przy transporcie, magazynowaniu i

dystrybucji produktów naftowych.

–

Łatwopalność i wybuchowość.

–

Elektryzowanie się paliw.

–

Toksyczność.

●

Ekologiczne aspekty spalania paliw.

–

Składniki spalin.

–

Sposoby zmniejszania toksyczności spalin.

Temat wykładów

●

Tendencje rozwojowe w technologii paliw konwencjonalnych.

–

Benzyny reformułowane.

–

Oleje napędowe reformułowane.

–

Ekologiczne oleje opałowe.

●

Paliwa alternatywne i przyszłościowe.

–

Węglowodorowe paliwa gazowe.

–

Wodór.

–

Alkohole.

–

Oleje roślinne.

●

Środki smarowe.

–

Zadania stawiane środkom smarowym.

–

Podział środków smarowych ze względu na pochodzenie.

–

Podział środków smarowych ze względu na przeznaczenie.

Temat wykładów

●

Stałe środki smarowe.

–

Podział.

–

Materiały samosmarujące i pokrycia.

●

Ciekłe środki smarowe.

–

Metody klasyfikacji.

–

Mineralne i syntetyczne

●

Zalety i wady olejów mineralnych i syntetycznych.

–

Porównanie różnych sposobów opisów środków smarowych.

–

Oleje samochodowe.

●

Oleje silnikowe.

●

Oleje przekładniowe.

●

Oleje silnikowe, eksploatacja i starzenie.

–

Oleje przemysłowe. Klasyfikacje.

●

Smary.

–

Podział ze względu na zastosowaną bazę olejową i rodzaj
zagęszczacza.

–

Charakterystyka tribologiczna.

●

Egzamin.

Ogólna charakterystyka paliw i

olejów

●

Paliwa i oleje posiadają wiele różnorodnych cech fizykochemicznych.

–

Najważniejsze z nich to:

●

gęstość

●

właściwości reologiczne

●

temperatura mętnienia, krystalizacji i krzepnięcia

●

skład frakcyjny

●

prężność par

●

temperatura zapłonu, samozapłonu i palenia

●

liczba cetanowa i oktanowa

●

odporność paliwa na spalanie stukowe

●

właściwości energetyczne

●

właściwości cieplne

●

właściwości fizykalne

Gęstość

●

Gęstość wyraża się wzorem:

●

gdzie m-masa ciała, V-objętość.

●

Zależność gęstości w różnych temperaturach przedstawia równanie:

gdzie

–

gęstość zmierzona w temperaturze t [°C],

–

współczynnik cieplnych zmian gęstości,

–

temperatura odniesienia.

●

Temperatury odniesienia dla gęstości są różne w różnych krajach:

Europa

20°C

Kraje anglosaskie

60°F, czyli 15.56°C

Niemcy

15°C

V

m

=

ρ

)

(

0

0

0

t

t

t

t

−

+

=

α

ρ

ρ

0

0

t

ρ

α

0

t

Gęstość

●

Często stosuje się również pojęcie gęstości względnej.
Jest to stosunek gęstości substancji w określonej temperaturze do gęstości wzorca, którym jest
gęstość wody w wybranej temperaturze (4, 15, 15.56, 20°C)

●

W Polsce gęstość względną w temperaturze 20°C oznacza się następująco

●

W USA występuje 100-stopniowa skala API

●

Zależność pomiędzy gęstościami względnymi
w °API a gęstością względną w 60°F
dana jest wzorem:

20

4

d

5

.

131

5

.

141

56

.

15

56

.

15

−

=

d

API



0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

0

20

40

60

80

100

Gęstość względna

A

P

I

Gęstość, a budowa chemiczna

●

Gęstość jest jednym z najważniejszych parametrów identyfikacyjnych związków chemicznych i
zależy głównie od budowy oraz składu chemicznego.

●

Spośród węglowodorów wchodzących w skład produktów naftowych, w tym samym zakresie

temperatur wrzenia

–

największą gęstość mają aromaty,

●

niższą nafteny,

–

a najmniejszą parafiny.

●

Gęstość wzrasta wraz ze wzrostem temperatury wrzenia frakcji ropy naftowej.

●

Pomiar gęstości

–

termoareometr

–

areometr

–

piknometry:

●

bikapilarny Lipkona

●

Warneda

●

z korkiem kapilarnym

●

Hubbarda

Właściwości reologiczne

●

Właściwości reologiczne ciał decydują o wszelkiego rodzaju deformacjach wywołanych przez
działanie na nie sił zewnętrznych.

●

Siłom działającym na ciecze i gazy wywołującym ich przepływ przeciwdziała siła zwana oporem

tarcia wewnętrznego, którego miarą jest lepkość.

●

Ruch może być laminarny lub burzliwy.

●

O ruchu laminarnym mówimy wtedy, gdy przemieszczające się elementarne warstewki płynu
przesuwają się względem siebie równolegle.

●

W przypadku, gdy występują zawirowania mówimy o przepływie burzliwym.

S

A

A

A

A

F

V

Właściwości reologiczne

●

W modelu ruchu laminarnego, jeżeli do jednej z płaszczyzn zostanie przyłożona siła F, to
wywoła ona ruch płaszczyzny z prędkością v, o takim samym kierunku jak kierunek działania tej

siły.

●

Warstwy płynu poruszają się z prędkością coraz mniejszą, tak że warstwa płynu stanowiąca
drugą płaszczyznę ma prędkość równą zero, v=0.

S

A

A

A

A

F

V

●

Naprężenie ścinające τ

–

jest proporcjonalne do wielkości przyłożonej siły, a odwrotnie proporcjonalne do pola

powierzchni ulegającej przemieszczeniu.

–

Z drugiej strony naprężenie ścinające jest proporcjonalne do gradientu prędkości.

●

Zależności te można przedstawić wzorami:

s

v

A

F

∆

∆

⋅

=

=

η

τ

τ

,

Właściwości reologiczne

●

Porównanie ostatnich wzorów daje równanie reologiczne Newtona:

gdzie
η – współczynnik tarcia wewnętrznego lub lepkość dynamiczna

●

Obok lepkości dynamicznej występuje również lepkość kinematyczna zwana również
lepkością bezwzględną wyrażona jest wzorem:

s

v

A

F

s

v

A

F

∆

∆

⋅

⋅

=

∆

∆

⋅

=

η

η

lub

,

φ

η

1

=

φ – płynność

ν η

ρ

=

●

Lepkością względną danej substancji nazywa się stosunek lepkości dynamicznej substancji do
lepkości dynamicznej wody (wzorca):

η

η

η

wzg

H O

=

2

Właściwości reologiczne

●

Ze wzrostem temperatury lepkość maleje, początkowo szybko, następnie wolniej.

●

Pochylenie krzywych zmian lepkości od temperatury jest zróżnicowane i uwarunkowane jest
budową cząsteczek związków chemicznych.

●

Ciecze newtonowskie stosują się do równania reologicznego Newtona. Ich lepkość jest funkcją
temperatury i ciśnienia.

●

Istnieją ciecze nienewtonowskie. Lepkość cieczy nienewtonowskich związana jest z istnieniem
nadcząsteczkowej struktury i uzależniona jest od prędkości ścinania.

●

Lepkość taką nazywa się strukturalną lub pozorną i wyraża się ją wzorem:

v

s

f

∆

∆

⋅

−

=

)

(

τ

η



gdzie

f – graniczne naprężenie styczne, po przekroczeniu którego następuję płynięcie.

Klasyfikacja cieczy

●

Ze względu na zachowanie się cieczy pod wpływem przyłożonych zewnętrznych sił ścinających
ciecze podzielono na następujące grupy:

–

Newtonowskie

–

Dylatacyjne ulegające zatężeniu pod wpływem ścinań

–

Pseudoplastyczne ulegające rozrzedzeniu pod wpływem ścinań

Rodzaje płynów

Rozrzedzany
ścinaniem II
Binghama
Zagęszczany
ścinaniem II
Rozrzedzany
ścinaniem
Newtonowski
Zagęszczany
ścinaniem

dv/ds [1/s]

N

a

p

rę

że

n

ie

ś

ci

n

a

ją

ce

,

F/

A

[

N

/m

2

]

Tiksotropia cieczy

●

Ciecze o właściwościach tiksotropowych posiadają lepkość zależną nie tylko od wielkości sił
ścinających oraz również od czasu ich działania na układ.

●

Powrót do stanu spoczynku nie zachodzi po tej samej drodze, po której następowało płynięcie

przy wzroście naprężeń ścinających.

Tiksotropia płynów

Wzrost sił
ścinających
Zmniejszenie sił
ścinających

dv/ds [1/s]

N

a

p

rę

że

n

ie

śc

in

a

ją

ce

,

F

/A

[

N

/m

2

]

Właściwości reologiczne

●

Ze wzrostem temperatury lepkość maleje, początkowo szybko, następnie wolniej.

●

Pochylenie krzywych zmian lepkości od temperatury jest zróżnicowane i uwarunkowane jest
budową cząsteczek związków chemicznych.

0

20

20

40

40

60

60

80

80

100

120

140

Lepkość wzgędna [ E]

°

Temperatura [

]

°C

1

2

3

4

5

Wskaźnik lepkości

●

Wskaźnik lepkości (WL; w literaturze anglojęzycznej VI – Viscosity Index) jest to
parametr opisujący zmiany lepkości olejów w funkcji temperatury.

●

Oleje, których lepkość zmienia się w większym stopniu posiadają niższy wskaźnik
lepkości, a oleje, których lepkość zmienia się w mniejszym stopniu posiadają wyższy
wskaźnik lepkości.

●

Klasyfikację tę oparto na dwóch klasach olejów L, posiadających wskaźnik lepkości
równy 0 i H, posiadających wskaźnik lepkości równy 100.

●

Wyznaczanie WL (PN-79/C-04013) polega na zmierzeniu lepkości kinematycznej
badanego oleju w dwóch temperaturach: 40 i 100°C, a następnie, dla olejów o
lepkości w 100°C w przedziale od 2 do 70mm

2

/s, wyliczenie wskaźnika lepkości ze

wzoru.

WL

=

L

−U

L

−H

⋅100 =

L

−U

D

⋅100

●

gdzie

L – oznacza lepkość kinematyczną oleju wzorcowego serii L w temperaturze 40°C, dla którego WL=0

H – oznacza lepkość kinematyczną oleju wzorcowego serii H, w temperaturze 40°C, dla którego WL=100

U – oznacza lepkość kinematyczną oleju badanego w temperaturze 40°C

oleje L, H i U posiadają taką samą lepkość kinematyczną w 100°C

Wskaźnik lepkości

●

W przypadku, gdy lepkość kinematyczna w 100°C jest większa niż 70mm

2

/s lepkość

olejów L i H w 40°C wylicza się ze wzoru:

L

= 0,8353 ⋅U

100



2

14,67 ⋅U

100

−216

H

= 0,1684 ⋅U

100



2

11,85 ⋅U

100

−97

D

= 0,6669 ⋅U

100



2

2,82 ⋅U

100

−119

●

gdzie

U

100

– oznacza lepkość kinematyczną oleju badanego w temperaturze 100°C

●

W przypadku, gdy wskaźnik lepkości jest większy niż 100, oblicza się go korzystając
ze wzoru:

WL

=

10

N

−1

0,00715

100

N

=

log

H −logU

40



log

U

100



Wskaźnik lepkości

20

40

60

80

100

Wskaźnik lepkości

Olej klasy L; WL=0
Olej badany;
0<WL<100
Olej klasy H;
WL=100
Olej badany; WL>100

Temperatura [°C]

L

e

p

ko

ść

k

in

e

m

a

ty

cz

n

a

[

cS

t]

WL

=

L

−U

L

−H

⋅100

WL

=

10

N

−1

0,00715

100

N

=

log

H −logU

40



log

U

100



Pomiary lepkości

●

Pomiaru lepkości dokonujemy za pomocą następujących urządzeń:

–

lepkościomierzy kapilarnych, w których do wyliczenia lepkości wykorzystuje się równanie
Poiseuille'a

●

Lepkościomierz Ubbelohdego

●

Lepkościomierz Ostwalda-Pinkiewicza

●

Lepkościomierz Vogel-Ossaga

●

Lepkościomierz Cannona-Fenskego

–

Lepkościomierz Englera

–

Lepkościomierz Hopplera

–

Lepkościomierz Redwooda

–

Lepkościomierz uniwersalny Saybolta

–

Lepkościomierz rurkowy

L

PR

Q

v

η

π

8

4

∆

=

Równanie Poiseuille'a

Lepkościomierz Ubbelohdego

Lepkościomierz Ostwalda

Lepkościomierz Cannona-Fenskego

Pomiary lepkości

–

Lepkościomierz Englera (PN-77/C-04014)
Służy do pomiaru lepkości względnej (umownej) metodą Englera. W środku dna zbiornika

mosiężnego umieszczonego w łaźni wodnej znajduje się zamykana zatyczką kapilara
platynowa. Pomiar polega na pomiarze czasu wypływu badanego oleju oraz wzorca,
którym jest woda. Stosunek tych czasów daje stopnie Englera, które przelicza się na
lepkość kinematyczną korzystając z tablic.

–

Lepkościomierz Hopplera (PN-78/C-04019)
Tym przyrządem dokonuje się pomiaru lepkości dynamicznej cieczy. Zasadą pomiaru jest
określenie czasu opadania odpowiednio dobranej kulki wzorcowej, wpuszczonej do
szklanego cylindra umieszczonego pochyło, który jest wypełniony badanym produktem.

–

Lepkościomierz Redwooda
Lepkościomierz służy do pomiaru lepkości względnej (umownej) olejów (Redwood I) oraz
ciężkich olejów i bitumów (Redwood II). Lepkość względną mierzoną tym
lepkościomierzem określa się w sekundach Redwooda.

–

Lepkościomierz uniwersalny Saybolta
Służy on do pomiaru lepkości względnej (umownej) określanej czasem wypływu z kapilary
60ml cieczy (w zakresie temperatur 21 do 99°C). lepkość jest wyrażana w uniwersalnych
sekundach Saybolta – w skrócie SSU.

–

Lepkościomierz rurkowy
Służy do orientacyjnego określania lepkości olejów napędowych przez porównanie lepkości
badanego paliwa z lepkością paliw kontrolnych (o znanej lepkości). Pomiar polega na

porównaniu opadania kulek metalowych w rurkach szklanych wypełnionych badanym
paliwem oraz kontrolnym

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20

22,5

25

27,5

30

32,5

SUS

cS

t

Lepkościomierz Hopplera

Lepkościomierz Saybolta

32 < SUS < 100

SUS > 100

Temperatura mętnienia, krystalizacji

i krzepnięcia

●

Przy ocenie niskotemperaturowych właściwości paliw za najważniejszą uważa się temperaturę
mętnienia.

●

Przekroczenie temperatury mętnienia powoduje zatykanie się porów przegród filtracyjnych lub
zawieszenia precyzyjnych mechanizmów.

●

Ochładzanie cieczy newtonowskich prowadzi do osiągnięcia przez nie stanu, w których zmienia
się stan skupienia z płynnego w stały.

●

Ochładzanie cieczy o dużej masie molowej lub mieszaniny wielu związków chemicznych
powoduje stopniowy wzrost lepkości i gęstości aż do osiągnięcia konsystencji ciała stałego.

●

W takim przypadku nie można jednoznacznie wyróżnić temperatury przemiany fazowej, a
temperatura krzepnięcia jest jedynie wielkością umowną i przyjmuje się, że jest to temperatura,
w której ciecz osiągnie określoną lepkość.

●

Schładzanie roztworów ciał stałych lub innych cieczy można spowodować wytrącanie substancji
rozpuszczonych w postaci kryształów, tworząc zawiesiny lub w postaci kropelek tworząc
emulsje.

●

Przemiana ta zachodzi w temperaturze, w której stężenie substancji w roztworze jest większe
niż jej rozpuszczalność.

Temperatura mętnienia, krystalizacji

i krzepnięcia

●

Temperatura, w której rozpoczyna się wypadanie z roztworu substancji rozpuszczonej, jest
nazywana temperaturą początku krystalizacji lub mętnienia.

●

w temperaturze mętnienia ciecz zachowuje płynność, ale jej lepkość rośnie skokowo.

●

Schładzanie olejów mineralnych w niektórych przypadkach zmienia ich charakter; z cieczy
newtonowskich na nienewtonowskie.

●

Jako temperaturę krzepnięcia oleju umownie przyjmuje się najwyższą temperaturę, w której
produkt schładzany osiąga taką lepkość, że przychylenie naczynia z olejem pod kątem 45°C
względem poziomu nie spowoduje przesunięcia się menisku w ciągu 1 minuty.

●

W przypadku smarów charakterystyczna jest temperatura zwana temperaturą kroplenia.
Odpowiada ona momentowi wydzielenia pierwszej kropli oleju z podgrzanego smaru w

normowanym naczyniu.

Pomiar krytycznej temperatury filtrowalności

●

Metoda Hagemanna i Hammericha polega na obliczaniu przepływu 200ml paliwa przez filtr
(złożony z 10 sit o wymiarach oczek 0,1mm) przy przetłaczaniu go za pomocą gazu obojętnego
pod ciśnieniem 0,05MPa.
Jako krytyczną temperaturę filtrowalności przyjmuje się temperaturę, w której czas
przepływu paliwa w wymienionych warunkach przekracza 60 sekund.

●

Popularna jest również inna metoda oznaczania krytycznej temperatury filtrowalności paliw –
metoda zablokowania zimnego filtru.

Polega na wyznaczaniu temperatury zablokowania zimnego filtru, tj. najwyższej temperatury, w
jakiej paliwo (20ml) znajdujące się pod niewielką próżnią (267hPa) nie daje się już przetłoczyć
przez znormalizowany filtr.

Skład frakcyjny

●

Zależność pomiędzy temperaturą paliwa a udziałem w produkcie składników oddestylowujących
w tej temperaturze nazywa się składem frakcyjnym.

●

Zależność ta może być traktowana jako funkcja T=g(V) lub V=f(T) i nazywa się ją funkcją
destylacji.

●

Znając skład frakcyjny benzyny można określić :

–

łatwość rozruchu silnika

–

skłonność do tworzenia korków parowych powodujących przerwy w pracy silnika

–

występowanie oblodzenia gaźnika

–

wykraplanie się paliwa na ściankach silnika co prowadzi do szybszego zużywania się
silnika, zwłaszcza tłoków i gładzi silnika.

●

W krzywej przebiegu funkcji destylacji wyróżnić możemy następujące przedziały:

–

temperatura początku destylacji

–

temperatura oddestylowania 10% paliwa

–

temperatura oddestylowania 50% paliwa

–

temperatura oddestylowania 90% paliwa

–

temperatura końca destylacji

Skład frakcyjny

●

Temperatura początku destylacji określa zdolność paliwa do parowania, a tym samym

łatwość rozruchu silnika.

●

Temperatura oddestylowania 10% paliwa pozwala ocenić skłonność do tworzenia się korków
parowych w układzie zasilania paliwa oraz łatwość rozruchu silnika.

●

Temperatura oddestylowania 50% paliwa pozwala scharakteryzować pośrednią
odparowalność, wpływającą na szybkość nagrzewania i regularność pracy silnika. Pozwala
również ocenić stabilność pracy silnika oraz płynność przejścia z jednych warunków pracy do

innych.
Temperatura ta dla większości paliw samochodowych nie powinna być wyższa niż 135°C.

●

Temperatura oddestylowania 90% paliwa i temperatura końca destylacji pozwalają ocenić
zawartość najcięższych, trudno odparowujących składników, które wpływają ujemnie na pracę
silnika. Pełniejsze odparowanie paliwa umożliwia równomierne napełnienie poszczególnych
cylindrów, a tym samym zmniejsza zużycie paliwa.
Wartość tej temperatury pozwala określić możliwości rozcieńczania oleju smarowego w skrzyni

korbowej paliwem.

●

Temperatura wrzenia węglowodorów zależy od budowy chemicznej.

●

Najłatwiej destylują węglowodory parafinowe, następnie pierścieniowe nasycone (nafteny), a
najtrudniej węglowodory aromatyczne.

●

Temperatura wrzenia obniża się wraz ze zwiększeniem ilości rozgałęzień w łańcuchu.

Skład frakcyjny

T

EMPERATURA DESTYLACJI

10%

BENZYNY

[°C]

T

EMPERATURA W JAKIEJ ZACZYNAJĄ SIĘ

TWORZYĆ KORKI PAROWE

[°C]

40

-13

50

7

60

27

70

47

80

67

T

EMPERATURA ODDESTYLOWANIA

90%

BENZYNY

Ś

REDNIA TEMPERATURA POWIETRZA

[°C]

180

-18

185

-13

190

-9

195

-4

200

0

Zależność pomiędzy temperaturą oddestylowania 90% benzyny a średnią temperaturą
powietrza, w której olej smarowy nie ulega rozcieńczeniu.

Wpływ lotności benzyn na tworzenie się korków parowych.

Skład frakcyjny

50

100

150

200

20

40

60

80

100

obszar

kondensacji

obszar oblodzenia
gaźnika

obszar
trudnego

rozruchu

obszar przedłużonego

czasu nagrzewania

silnika

obszar zwiększonego
zużycia paliwa

obszar

zbyt małych

przyspieszeń

% V

T [ C]

°

Krzywa destylacji benzyny

Właściwości eksploatacyjne paliw

●

Zależność pomiędzy temperaturą oddestylowania 10% paliwa (T

10

) a najniższą

temperaturą (°C), w której rozruch jest możliwy (T

US

):

●

Optymalna prężność par benzyn letnich zawiera się od 45 do 70kPa, a zimowych od
60 do 90kPa.

●

Indeks lotności (IL) jest parametrem określającym przydatność paliwa do
uruchamiania zimnego silnika oraz niepowstawaniem korków parowych.

p

n

– prężność par nasyconych wyznaczonych metodą Reida w hPa

E

70

– procent objętości benzyny, która oddestylowuje do temperatury 70°C.

IL nie powinien być wyższy niż 900 dla benzyn letnich oraz 1100 dla zimowych.

●

Współczynnik lotności jest parametrem wiążącym w sobie większość
charakterystycznych punktów krzywej destylacji. Wylicza się go ze wzoru:

T

US

=

T

10

2

−50,5

IL

= p

n

7 E

70

W

L

=

T

10

T

50

T

90



100

Prężność paliwa, a rozruch

20

30

40

50

60

70

80

90

-30

-25

-20

-15

-10

-5

Prężność par nasyconych [kPa]

Te

m

p

e

ra

tu

ra

o

to

cz

e

n

ia

[

°C

]

Rozruch
niemożliwy

Rozruch
możliwy

45÷70 – benzyny letnie

60÷90 – benzyny zimowe

Pomiar prężności par

●

Pomiaru prężności par dokonuje się kilkoma

metodami:

–

Metody statyczne stosowane dla par o prężnościach

powyżej 130Pa, polega na bezpośrednim pomiarze
prężności par pozostających w równowadze z cieczą.
Jest ona wykorzystywana w metodzie Reida, w której
stosunek ciecz : gaz wynosi 1 : 4, a temperatura
pomiaru wynosi 38°C, oraz w aparacie Waliawskiego-
Budarowa, gdzie stosunek ciecz : gaz wynosi 1 : 1.

–

Metody dynamiczne, polegające na pomiarze
temperatury wrzenia cieczy, która odpowiada danemu
ciśnieniu. Są one stosowane do pomiaru prężności par

cieczy nie większych od 260Pa.

–

Metody nasycenia gazowego, polegające na pomiarze
ilości odparowanej cieczy, przy wykorzystaniu przepływu
nad badaną cieczą laminarnego strumienia gazu
obojętnego. Prężność par jest obliczana na podstawie
pomiaru ilości odparowanej cieczy. Metody te są
stosowane do pomiaru prężności par nie
przekraczających 13Pa.

Energia zapłonu

●

Jednym z warunków powstania zapłonu mieszaniny palnej jest, aby płomień lub iskra wnosiły do
układu energię niezbędną do wywołania łańcuchowej reakcji palenia, zwaną energią zapłonu.

●

Jeżeli dostarczymy do układu energię mniejszą od energii zapłonu, w reakcję wchodzi zbyt
mała liczba cząsteczek, aby wytworzone w jej wyniku ciepło zapoczątkowało reakcję

łańcuchową.

●

Wielkość energii zapłonu zależy od:

–

składu chemicznego substratów

–

ciśnienia

–

temperatury

–

ciepła właściwego składników mieszaniny

Granice zapłonu

●

Mieszanina par paliwa z powietrzem może ulec zapaleniu, gdy stężenie par zawiera się w
określonych granicach, zwanych granicami zapłonu.

–

Dolna granica zapłonu jest to minimalne stężenie par paliwa w powietrzu, przy którym jest
już możliwe zapalenie przez źródło zapłonu w postaci płomienia lub iskry, o energii

większej niż energia zapłonu.

–

Górna granica zapłonu to takie stężenie par paliwa, powyżej której zapłon nie może
nastąpić.

●

Szerokość przedziału zapłonu zależy od wielu czynników, najważniejsze z nich:

–

skład chemiczny paliwa

–

ciśnienie

–

temperatura

–

stężenie tlenu

–

umiejscowienie źródła zapłonu

–

zawirowanie mieszanki

Temperatura zapłonu

●

Zdolność zapalania się par mieszaniny w warunkach otoczenia charakteryzuje temperatura
zapłonu.

●

Jest to najniższa temperatura, przy której z paliwa wydzieli się taka ilość par, że wytworzona z
powietrzem mieszania ulega zapaleniu od płomienia (o energii około 5mJ).

●

Najniższe temperatury zapłonu posiadają węglowodory izoparafinowe, wyższe węglowodory
parafinowe prostołańcuchowe, a najwyższe węglowodory aromatyczne.

●

Benzyna posiada temperaturę zapłonu poniżej 0°C, nafta w granicach 28 do 60°C, oleje
napędowe 40 do 50°C, a oleje smarowe od 130 do 320°C.

W

ĘGLOWODÓR

L

ICZBA ATOMÓW WĘGLA

W CZĄSTECZCE

T

EMPERATURA ZAPŁONU

[°C]

I

ZOBUTAN

4

–83

n-B

UTAN

4

–75

I

ZOPENTAN

5

–55

n-P

ENTAN

5

–50

2,2-D

IMETYLOBUTAN

6

–48

n-H

EKSAN

6

–28

C

YKLOHEKSAN

6

–18

B

ENZEN

6

–11

2,2,4-

TRIMETYLOPENTAN

8

+9

n-

OKTAN

8

13

o-

KSYLEN

8

17

S

TYREN

8

32

n-D

EKAN

10

46

D

EKALINA

10

58

N

AFTALEN

10

79

Oznaczanie temperatury zapłonu

●

Aparaty o tyglu odkrytym

–

Marcussona

–

Taga

–

Brenkena

–

Clevelanda

Tygiel Taga

Tygiel Clevelanda

Oznaczanie temperatury zapłonu

●

Aparaty o tyglu zakrytym

–

Martensa-Pensky'ego

–

Abla-Pensky'ego

Tygiel Abla

Tygiel Martensa-Pensky'ego

Temperatura palenia i samozapłonu

●

Dla podtrzymania płomienia temperatura zapłonu jest niewystarczająca i dopiero dalsze
podnoszenie temperatury paliwa pozwoli osiągnąć stan, w którym ilość wydzielanych par jest
równa ilości par spalanych.

●

Temperatura odpowiadająca stanowi takiej równowagi nazywa się temperaturą palenia.

●

Temperatura palenia zależy od:

–

Prężności par

–

Składu frakcyjnego

–

Składu chemicznego

–

Ciśnienia

–

Stężenia gazów obojętnych

–

Geometrii przestrzeni spalania

●

Temperatura samozapłonu to temperatura, w której paliwo ulega samoczynnie zapłonowi, a
oznaczyć ją można przez wprowadzenie kropli paliwa na podgrzaną powierzchnię lub
strumienia jego par do strumienia podgrzanego powietrza.

●

Zależy ona głównie od składu chemicznego paliwa.

●

Węglowodory parafinowe obniżają, a węglowodory aromatyczne podwyższają temperaturę

samozapłonu.

Temperatura zapłonu i samozapłonu

●

Paliwa o małej gęstości posiadają niską temperaturę zapłonu i jednocześnie wysoką
temperaturę samozapłonu, a paliwa ciężkie odwrotnie.
Spowodowane jest to wyższą odpornością chemiczną małocząsteczkowych węglowodorów.

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

650

700

750

800

850

900

Gęstość [kg/m

3

]

T

[

°C

]

Temperatura samozapłonu

Temperatura zapłonu

Temperatura samozapłonu

●

Zależność temperatury samozapłonu w funkcji wielkości i struktury cząsteczki

–

Wzrost masy cząsteczkowej powoduje obniżenie temperatury samozapłonu

–

Prostołańcuchowe olefiny posiadają wyższe temperatury samozapłonu niż ich nasycone homologi

–

Zwiększenie stopnia rozgałęzienia łańcucha powoduje podwyższenie temperatury samozapłonu

–

Rozgałęzione olefiny posiadają niższe temperatury samozapłonu niż ich nasycone homologi

200

300

400

500

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Liczba atomów węgla w cząsteczce

T

[

°C

]

Temperatura samozapłonu alkanów

Temperatura samozapłonu alkenów

Temperatura samozapłonu izoalkanów

Temperatura samozapłonu izoalkenów

CC (C)C=C

CC(C)C(C)=C

CC(C)

2

C(C)=C

CC(C)

2

C(C)C=C

CC (C)CC

CC(C)C(C)C

CC(C)

2

C(C)C

CC(C)

2

C(C)CC

Temperatura samozapłonu

●

Temperatury samozapłonu węglowodorów aromatycznych

–

Wpływ wielkości cząsteczki i podstawników

●

Temperatury samozapłonu benzenu i bifenylu pomimo dużej różnicy mas
cząsteczkowych są bardzo zbliżone

●

Podstawienie pierścienia aromatycznego łańcuchem alkilowym powoduje wyraźny
spadek temperatury samozapłonu

200

300

400

500

600

700

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Liczba atomów węgla w cząsteczce

T

[

°C

]

Temperatura samozapłonu alkanów

Temperatura samozapłonu alkenów

Rodzaj podstawnika alkilowego benzenu

Rodzaj podstawnika alkilowego bifenylu

C

CC

C

2

CCCC

C

C

3

C

4

CCC

Temperatura samozapłonu

●

Temperatury samozapłonu węglowodorów aromatycznych

–

Podstawniki orto obniżają temperaturę samozapłonu w większym stopniu niż podstawniki
para.

300

400

500

600

700

5

6

7

8

9

10

11

Liczba atomów węgla w cząsteczce

T

em

p

er

at

u

ra

s

am

o

za

p

ło

n

u

[

°C

]

C

C

C

C

C

C

C C

C

C C

C

C C

C

C

C C

C

Opóźnienie samozapłonu

●

Poza temperaturą samozapłonu paliwo charakteryzuje się również opóźnieniem samozapłonu.

●

Opóźnienie samozapłonu to okres czasu, który liczy się od chwili wtrysku paliwa w podgrzane
powietrze do momentu jego samozapłonu.

●

Na opóźnienie składa się część chemiczna (chemiczne opóźnienie samozapłonu) i fizyczna.

●

Chemiczne opóźnienie samozapłonu jest to czas potrzebny do przebiegu reakcji
chemicznych, które powodują powstanie pierwszych ognisk samozapłonu.

●

Wielkość chemicznego opóźnienia samozapłonu zależy od budowy węglowodorów
wchodzących w skład paliwa. Wpływają one na jego odporność termiczną oraz na odporność na
utlenianie.
Węglowodory parafinowe posiadające najmniejszą odporność charakteryzują się najmniejszym
opóźnieniem samozapłonu, natomiast węglowodory aromatyczne odznaczające się dużą
odpornością – największym opóźnieniem.

●

Fizyczne opóźnienie samozapłonu paliwa jest to czas od chwili wtrysku do momentu
samozapłonu paliwa. W fizycznej części następuje odparowanie i przemieszanie paliwa z
powietrzem.

●

Wielkość tej części opóźnienia samozapłonu zależy od czynników konstrukcyjnych oraz od
właściwości paliwa.

Opóźnienie samozapłonu

●

Zależność opóźnienia samozapłonu w funkcji budowy cząsteczki (T=485°C, p=0,02MPa)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

6

8

10

12

14

16

18

Liczba atomów węgla w cząsteczce

O

p

ó

źn

ie

n

ie

s

am

o

za

p

ło

n

u

[

m

s]

Dicykloheksyl

Dekalina

α

-olefiny

Cykloheksany

n-parafiny

Liczba cetanowa

●

Liczba cetanowa (LC) służy do określenia skłonności paliwa w silniku ZS do samozapłonu.

●

Początkowo wzorcem był ceten, lecz jako węglowodór nienasycony odznaczał się małą
trwałością i dlatego zastąpiono go cetanem.

●

Liczba cetenowa jest w przybliżeniu równa 7/8 liczby cetanowej.

●

Własności cetanu i α-metylonaftalenu

CETAN

α

-

METYLONAFTALEN

W

ZÓR SUMARYCZNY

–

n-C

16

H

34

C

11

H

11

W

ZÓR STRUKTURALNY

CH

3

M

ASA CZĄSTECZKOWA

g/mol

226.43

142.2

G

ĘSTOŚĆ

g/cm

3

0.775

1.012

T

EMPERATURA WRZENIA

°C

288

245

T

EMPERATURA TOPNIENIA

°C

18.1

-30.7

W

ARTOŚĆ OPAŁOWA

kJ/kg

43750

38100

L

ICZBA CETANOWA

–

100

0

Liczba cetanowa

●

Węglowodory można uszeregować według malejących LC

Parafinowe prostołańcuchowe > olefinowe prostołańcuchowe > olefinowe rozgałęzione >

parafinowe rozgałęzione > naftenowe > aromatyczne

●

Liczba cetanowa (dla węglowodorów parafinowych, olefinowych i izoparafinowych) rośnie ze
wzrostem masy cząsteczkowej oraz długości podstawnika parafinowego, a maleje przy
wzroście liczby pierścieni

45

50

55

60

65

70

75

80

85

200

250

300

350

400

Średnia temperatura wrzenia, °C

L

ic

zb

a

ce

ta

n

o

w

a

Olej napędowy o
charakterze parafinowym

Olej napędowy o
charakterze
aromatycznym

Olej napędowy o
charakterze mieszanym

Liczba cetanowa

●

Paliwa posiadające dużą skłonność do samozapłonu charakteryzują się wysoką liczbą
cetanową

●

Do oceny własności zapłonowych paliwa diesla poza LC wykorzystywany jest również indeks
dieslowy lub wskaźnik zapłonu (WZ).

gdzie

A

p

– punkt anilinowy, czyli najniższa temperatura, w której olej napędowy miesza się

całkowicie z równą objętością aniliny, – gęstość

d

4

20

14

3

2

+

=

WZ

LC

1

4

1078

8

.

17

367

.

2

20

4

−

+

+

=

d

A

WZ

p

Liczbę cetanową można wyznaczyć z następujących wzorów empirycznych

lub

gdzie t

w

oznacza średnią temperaturę wrzenia w stopniach Fahrenheita (°F)

22

68

.

0

3

2

−

+

=

w

t

WZ

LC

Dla paliwa o znanym składzie
p – procentowa zawartość węglowodorów parafinowych
n – procentowa zawartość węglowodorów naftenowych
a – procentowa zawartość węglowodorów aromatycznych

a

n

p

LC

2

.

0

1

.

0

85

.

0

−

+

=

W Stanach Zjednoczonych indeks dieslowy wylicza się ze wzoru:
gdzie A

p

oznacza punkt anilinowy, ale w stopniach Fahrenheita,

natomiast °API jest gęstością w stopniach API

API

A

WZ

p

°

×

=

Właściwości energetyczne

●

Ciepło spalania (Q

c

) (wartość opałowa górna) to ilość ciepła jaką otrzymuje się przy spalaniu

całkowitym i zupełnym jednostki masy lub jednostki objętości analizowanej substancji w stałej
objętości, przy czym produkty spalania oziębia się do temperatury początkowej, a para wodna
zawarta w spalinach skrapla się zupełnie.
Dla paliw węglowodorowych ciepło spalanie jest większe od wartości opałowej od około 5 do
10%.

●

Wartość opałowa (wartość opałowa dolna) jest to ilość ciepła wydzielana przy spalaniu
jednostki masy lub jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spalaniu, przy
założeniu, że para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu, pomimo że spaliny osiągną
temperaturę początkową paliwa.
Wartość opałowa handlowych paliw węglowodorowych wynosi od 41 450 do 43 960 kJ/kg.

●

Stała stechiometryczna jest to stosunek masy powietrza potrzebnego do całkowitego spalenia

określonej ilości paliwa do masy tego paliwa.

●

Współczynnik nadmiaru powietrza (α) to stosunek rzeczywistej masy powietrza zasysanej
przez silnik do masy powietrza potrzebnej do całkowitego spalenia wynikającej z równania
reakcji.
We współczesnych silnikach współczynnik nadmiaru powietrza wynosi od 0,97 do 1,03.
Jeżeli α > 1 wtedy mieszankę palną nazywamy ubogą, jeżeli α < 1 wtedy mieszankę palną
nazywamy bogatą.

●

Decydujące kryteria oceny paliw:

–

do silników odrzutowych

– ciepło spalania

–

do silników z zapłonem iskrowym

– odporność na spalanie stykowe

–

do silników z zapłonem samoczynnym

– skłonność do samozapłonu

Właściwości energetyczne – badanie

●

Wartość opałową wyznacza się poprzez spalenie określonej ilości paliwa:

–

w bombie kalorymetrycznej umieszczonej w kalorymetrze (spalanie w stałej objętości)

–

W kalorymetrze Junkersa (spalanie w stałym ciśnieniu).

●

Znane są wzory pozwalające na wyliczenie wartości opałowych paliw węglowodorowych na
podstawie znajomości składu pierwiastków paliwa, ilości powietrza lb tlenu potrzebnego do
całkowitego spalania paliwa, właściwości fizykochemicznych oraz innych:

–

Mendelejewa

–

Kestina

W=328,5C + 1200,4(H-O/8) + 104,7S – 24,9w
C, H, O, S, w – procentowe zawartości węgla, wodoru, tlenu, siarki i wody

–

Wondraczka

–

Konowałowa

W=12769K
K – ilość ilość tlenu wyrażona w gramach, niezbędna do całkowitego spalenia 1g paliwa,
wyznaczona doświadczalnie lub wg wzoru:

K

=

8

3

C

8H−O

100

Wartości energetyczne

Węglowodór

Wartość opałowa

[MJ/kg]

Pentan

627

45,460

28,470

356

15,1

Heksan

651

44,945

28,825

342

15,0

Heptan

683

44,664

30,480

310

15,0

Oktan

700

44,105

31,192

297

14,9

Cykloheksan

760

43,742

33,202

356

14,8

Benzen

884

40,182

35,505

398

13,1

Toluen

870

40,600

32,296

364

13,3

Gęstość [kg/m

3

]

Ciepło

parowania

[kJ/kg]

Stała

stechiome­

tryczna

[MJ/dm

3

]

Właściwości cieplne i fizykalne

●

Ciepło właściwe jest to ilość ciepła, którą należy dostarczyć do ciała aby jednostkową masę
podgrzać o jeden stopień.
Ciepło właściwe węglowodorów rośnie ze wzrostem temperatury i masy cząsteczkowej.

●

Przewodność cieplna określa proces wymiany ciepła pomiędzy elementami układu

posiadającymi różne temperatury

●

Ciepło parowania jest to ilość ciepła potrzebna do odparowania jednostki masy cieczy, przy
niezmiennnej temperaturze i ciśnieniu.
Ze wzrostem temperatury oraz ciśnienia ciepło parowania maleje, a w punkcie krytycznym
(zanik różnic pomiędzy fazą ciekłą i gazową) wynosi zero.

●

Napięcie powierzchniowe jest efektem niezrównoważenia sił działających na cząsteczki

znajdujące się na powierzchni cieczy lub na granicy faz.
Wpływa ono na szybkość segregacji wody, intensywność i trwałość piany.

●

Zwilżalność to zdolność do rozpływania się cieczy na powierzchni ciała stałego. Wpływa na
procesy dyspergowania zanieczyszczeń mechanicznych, smarność, właściwości
przeciwzużyciowe.

●

Barwa i klarowność jest efektem występowania w produktach naftowych związków

żywicznych, zanieczyszczeń mechanicznych, wody. Paliwa barwi się w celu ich identyfikacji.

●

Współczynnik załamania światła pozwala na szybkie porównywanie różnych produktów oraz
przybliżoną informację o masie molowej, składzie chemicznym, gęstości, napięciu
powierzchniowym.

●

Współczynnik ściśliwości określa zmianę objętości ciała w funkcji ciśnienia. Jego znajomość
jest nieodzowna przy projektowaniu aparatury wtryskowej.

Spalanie stukowe

●

Spalanie stukowe zależy od:

–

Czynników pośrednich

●

konstrukcyjnych

–

Stopień sprężania

–

Doładowanie

–

Kształt i materiał komory spalania

●

eksploatacyjnych

–

Kąt wyprzedzenia zapłonu

–

Skład mieszanki

–

Obciążenie silnika

–

Prędkość obrotowa silnika

●

Fizykochemicznych

–

Ciepło parowania

–

Lotność

–

Współczynnik dyfuzji

–

Czynników bezpośrednich

●

Temperatura

●

Ciśnienie

●

Czas kontaktu z tlenem

●

Budowa chemiczna paliwa

●

Składu chemicznego paliwa (odporność na utlenianie)

Warunki prawidłowego spalania

●

Jak największa część procesu spalania powinna odbyć się, gdy tłok

jest w pobliżu górnego martwego położenia (GMP). Wówczas

powierzchnia ścianek komory spalania jest mała i najmniej ciepła jest

tracone przez jego odpływ do ścianek komory spalania.

●

Mieszanka w komorze spalania ma być spalana tylko płomieniem

pierwotnie zapalonym przez iskrę świecy zapłonowej.

●

Ciśnienie spalania powinno osiągnąć maksymalną wartość, gdy tłok

po minięciu punktu GMP schodzi już w dół.

●

Gdy tłok oddala się od górnego martwego położenia, rozprężające

się gazy spalinowe powinny mieć jeszcze możliwie wysokie ciśnienie,

aby wykorzystując korzystne, wzajemne ułożenie korbowodu i

ramienia wału korbowego, uzyskać możliwie dużą wartość momentu

obrotowego.

●

W momencie otwarcia zaworu wydechowego, ciśnienie spalin musi

umożliwić sprawny przebieg opróżniania z nich komory spalania.

Niekorzystne spalanie

●

W przypadku zbyt małego kąta wyprzedzenia zapłonu:

–

proces spalania trwa dłużej, częściowo również w układzie wydechowym

–

maksymalna wartość ciśnienia w komorze spalania jest mała, osiągana
daleko za punktem GMP

–

spaliny stają się gorętsze i oddają ściankom komory spalania o większej
powierzchni oraz elementom układu wydechowego większe ilości ciepła,
zamiast zamienić to ciepło na pracę

–

wyższe temperatury osiąga też grzybek zaworu

–

nadmierne przedłużanie się procesu spalania może objawiać się
strzałami w układzie dolotowym, bowiem mieszanka przebywająca w
kanale dolotowym zapala się od gorących spalin, w momencie tzw.
współotwarcia zaworów

Niekorzystne spalanie

●

W przypadku zbyt dużego kąta wyprzedzenia zapłonu:

–

proces spalania cechuje wysoka wartość ciśnienia maksymalnego,
osiągana blisko punktu GMP

–

ciśnienia tego nie da się wykorzystać dla zwiększenia wartości momentu
obrotowego silnika, ponieważ przy małych kątach obrotu wału
korbowego za punktem GMP wzajemne ustawienie korbowodu i
ramienia wykorbienia wału korbowego jest niekorzystne

–

wzrost ryzyka wystąpienia spalania stukowego

–

panująca podczas procesu spalania temperatura, wyższa od
temperatury przy spalaniu zapoczątkowanym przy mniejszej wartości
kąta wyprzedzenia zapłonu, powoduje znaczący wzrost emisji tlenków
azotu (NO

x

)

–

rośnie też temperatura tłoka i innych elementów komory spalania,
powiększając dodatkowo straty ciepła uciekającego przez ścianki
komory spalania.

Narastanie ciśnienia w cylindrze

Z3

Z2

Z1

Spalanie stukowe cechuje się
pulsacjami ciśnienia

Ciśnienie

w komorze

spalania

[MPa]

Kąt obrotu wału
korbowego [°OWK]

0

10

0

GMP

-25

25

α

z

Zapłon za późny

Zapłon prawidłowy

Zapłon za wczesny

Kąt “A”

Kąt “B”

Rozkład sił w silniku

F

g

F

k

F

t

F

kp

F

k

M

o

r

Kąt obrotu wału korbowego

p

F

g

F

k

F

t

F

k

=F

kp

M

o

p

Kąt “A” obrotu

wału korbowego

Kąt “B” obrotu

wału korbowego

Liczba oktanowa

●

Liczba oktanowa (LO) służy do określenia odporności paliwa w silniku ZI na spalanie stukowe.

●

Wzorcami LO są 2,2,4-trimetylopentan zwany popularnie izooktanem (LO=100) i n-heptan
(LO=0).

●

Liczbę oktanową danego paliwa określa się porównując jego odporność na spalanie stukowe z
odpornością wzorcowej mieszaniny w znormalizowanych warunkach.

I

ZOOKTAN

n-H

EPTAN

W

ZÓR SUMARYCZNY

–

C

8

H

18

n-C

7

H

16

W

ZÓR STRUKTURALNY

–

CH

3

C

CH

3

CH

3

CH

2

CH

CH

3

CH

3

CH

3

(CH

2

)

5

CH

3

M

ASA CZĄSTECZKOWA

g/mol

114.22

100.2

G

ĘSTOŚĆ

g/cm

3

0.692

0.684

T

EMPERATURA WRZENIA

°C

99.2

98.5

T

EMPERATURA TOPNIENIA

°C

– 107.4

– 90.5

W

ARTOŚĆ OPAŁOWA

kJ/kg

44 715

44 757

L

ICZBA OKTANOWA

–

100

0

Oznaczanie odporności na spalanie stukowe

●

Podstawowe elementy aparatury:

–

jednocylindrowy silnik wzorcowy o zmiennym stopniu sprężania,
możliwością regulowania kąta wyprzedzenia zapłonu, regulację
temperatury oleju, wilgotności powietrza

–

urządzenie wskazujące wielkość stopnia sprężania

–

urządzenie do pomiaru stukania, tzw. detonometr z czujnikiem
magnetostrykcyjnym (wcześniej urządzenie elektromechaniczne – iglica
Midgleya), określające natężenia stukania w skali od 0 do 100

–

asynchroniczny silnik elektryczny, sprzężony z silnikiem wzorcowym,
spełniającym funkcję rozrusznika oraz funkcję odbiornika mocy
utrzymującego stałą prędkość obrotową i stałe obciążenie silnika

Liczby oktanowe

●

Oznaczanie odporności paliwa na spalanie stukowe.

–

Liczba oktanowa motorowa LO/M

–

Liczba oktanowa badawcza LO/B

–

Liczba oktanowa temperaturowa LO/T

–

Liczba oktanowa drogowa LO/D

–

Liczba oktanowa dystrybucyjna LO/Dy

–

Wskaźnik segregacji

–

Liczba metanowa LM

–

Współczynnik wyczynowy WW

Liczba oktanowa motorowa i badawcza

●

Liczba oktanowa motorowa LO/M

dobrze charakteryzuje zachowanie się

paliw w samochodach eksploatowanych na dłuższych trasach, gdy silnik jest bardzo
wysilony i pracuje w warunkach stałego obciążenia, przy wyższych prędkościach
obrotowych i w wyższej temperaturze.

●

Liczba oktanowa badawcza LO/B

charakteryzuje zachowanie się paliwa w

samochodach w czasie ich eksploatacji w mieście, przy częstych zatrzymaniach i
przyspieszaniach, gdy temperatura silnika nie jest zbyt wysoka.

●

Różnica między wartościami liczby oktanowej badawczej i motorowej nazywa się

czułością paliwa.

Największą czułość charakteryzują się węglowodory aromatyczne, a najmniejszą
węglowodory parafinowe.

●

Liczba oktanowa temperaturowa LO/T –

w tej metodzie porównuje się

najwyższe temperatury, uzyskiwane przy zasilaniu silnika wzorcowego badanym
paliwem oraz odpowiednio dobranymi mieszaninami paliw wzorcowych. Pomiar
wykonuje się przy stałym stopniu sprężania. Wielkość stopnia sprężania ustala się
dla badanego paliwa za pomocą tzw. linii wzorcowej temperatury stuku.

●

Paliwem wzorcowym w zakresie liczb poniżej 100 jest mieszanina n-heptanu i
izooktanu, a powyżej 100 izooktan z dodatkiem czteroetylku ołowiu.

Liczba oktanowa temperaturowa

Warunki pracy wzorcowych silników przy

wyznaczaniu liczby oktanowej motorowej

Warunki pracy

ASTM-CFR (USA)

UIT-65 (Rosja)

Kąt wyprzedzenia zapłonu, stopnie przed GZP

Zmienny, ustawiany automatycznie

Olej silnikowy

Według instrukcji silnika

149 ± 1,1

149 ± 1

165

57 ± 8,5

60 ± 10

Nie kontrolowana

100 ± 1,5

100 ± 2

100

38 ± 2,8

50 ± 5

Nie kontrolowana

Nie kontrolowana

BASF-Prüfmotor

(Niemcy)

Prędkość obrotowa [obr/min]

900 ± 9

900 ± 10

900 ± 20

Stały, 26°

ν

99

=9,62÷12,93mm

2

/s

n

100

>20mm

2

/s

Ciśnienie oleju silnikowego [kPa]

185 ± 15

196 ± 30

75 ± 25

Temperatura mieszanki zasysanej do cylindra
[°C]

Temperatura oleju silnikowego [°C]

Temperatura cieczy chłodzące w płaszczu
cylindra [°C]

Temperatura powietrza zasysanego do gaźnika
[°C]

Wilgotność powietrza zasysanego do gaźnika [g
H

2

O/kg powietrza]

3,56 ÷ 7,12

3,5 ÷ 7

Warunki pracy silników przy wyznaczaniu różnych

liczb oktanowych

Warunki pracy

Metoda

Badawcza

Motorowa

Temperaturowa

Kąt wyprzedzenia zapłonu, stopnie przed GZP

13

26

35

Nie kontrolowana

149

104,5

58

58

66

100

100

190,5

Prędkość obrotowa [obr/min]

900 ± 9

900 ± 10

900 ± 20

Temperatura mieszanki zasysanej do cylindra
[°C]

Temperatura oleju silnikowego [°C]

Temperatura cieczy chłodzące w płaszczu
cylindra [°C]

Liczba oktanowa drogowa

-5

0

5

10

15

20

80

85

90

95

Mała intensywność
stuków

Kąt wyprzedzenia zapłonu [° przed GZP]

L

ic

zb

a

o

kt

a

n

o

w

a

●

Liczba oktanowa drogowa LO/D –

wyznacza się ją w czasie jazdy samochodu

w zakresie różnych warunków pracy silnika lub w specjalnie dobranym cyklu jezdnym.

●

Liczbę oktanową drogową wyznacza się dwiema metodami –

Uniontown i Borderline.

●

Metoda Uniontown:

–

Poziomy odcinek drogi o długości 2km

–

Paliwa wzorcowe o wzrastających co dwie
jednostki LO/B

–

Zmiana kąta wyprzedzenia zapłonu co 2°

–

Wykreśla się wykres będący zależnością

liczby oktanowej mieszanki wzorcowej od
kąta wyprzedzenia zapłonu, przy której
słyszalne są słabe stuki.

–

Określa się wartość kąta wyprzedzenia
zapłonu przy teście wykonanym z paliwem
badanym, przy którym słyszalne będą stuki.
Liczbę oktanową drogową odczytuje się z
wykresu.

Liczba oktanowa drogowa

●

Metoda Borderline:

–

Poziomy odcinek drogi o długości 2km

–

Paliwa wzorcowe o wzrastających co dwie jednostki LO/B

–

Zmiana kąta wyprzedzenia zapłonu co 2°

–

Możliwość zmiany i pomiaru prędkości obrotowej silnika od 600 obr/min do maksymalnych.
wyznaczenie prędkości obrotowej silnika, przy której ustają stuki

–

Dla mieszanek wzorcowych wykreśla się wykres będący zależnością kąta wyprzedzenia

zapłonu i prędkości obrotowej silnika, przy której przestają być słyszalne stuki są słabe
stuki

0

1000

2000

3000

4000

10

20

30

40

50

90
92
94
96

Prędkość obrotowa [obr/min]

K

ą

t

w

yp

rz

e

d

ze

n

ia

z

a

p

ło

n

u

[

°

p

rze

d

G

ZP

]

Liczba oktanowa drogowa

●

Metoda Borderline:

–

Na wykres nanosi się charakterystykę regulatora wyprzedzenia zapłonu.

–

Wykonuje się pomiar dla paliwa badanego: fragment krzywej leżący powyżej
charakterystyki regulatora wyprzedzenia zapłonu to obszar bezstukowej pracy, a leżący
poniżej charakterystyki regulatora wyprzedzenia zapłonu to obszar pracy ze słyszalnymi
stukami

0

1000

2000

3000

4000

10

20

30

40

50

90
92
94
96
Regulator

Prędkość obrotowa [obr/min]

K

ą

t

w

yp

rz

e

d

ze

n

ia

z

a

p

ło

n

u

[

°

p

rze

d

G

ZP

]

Liczba oktanowa drogowa

●

Metoda Borderline:

–

Na wykres nanosi się charakterystykę regulatora wyprzedzenia zapłonu.

–

Wykonuje się pomiar dla paliwa badanego: fragment krzywej leżący powyżej
charakterystyki regulatora wyprzedzenia zapłonu to obszar bezstukowej pracy, a leżący
poniżej charakterystyki regulatora wyprzedzenia zapłonu to obszar pracy ze słyszalnymi
stukami

0

1000

2000

3000

4000

10

20

30

40

50

90
Paliwo badane I
Paliwo badane II
96
Regulator

Prędkość obrotowa [obr/min]

K

ą

t

w

yp

rz

e

d

ze

n

ia

z

a

p

ło

n

u

[

°

p

rze

d

G

ZP

]

Liczba oktanowa dystrubucyjna

●

Liczba oktanowa dystrybucyjna LO/Dy jest to liczba oktanowa

badawcza pozostałości paliwa po oddzieleniu z niego części ciężkich

frakcji.

●

Pomiaru liczby oktanowej dystrybucyjnej dokonuje się za pomocą

znormalizowanego silnika, zaopatrzonego w specjalny wykraplacz.

●

Wykraplacz ten jest wmontowany pomiędzy gaźnik i kolektor

dolotowy. W wykraplaczu utrzymywana jest stała temperatura 4,4°C.

●

Mieszanka paliwowo-powietrzna przepływając przez wykraplacz

oziębia się do temperatury 17÷22°C i część najcięższych składników

paliwa ulega wykropleniu, a następnie jest odprowadzana do

odpowiedniego naczynia pomiarowego.

●

Po takim zabiegu oznaczanie liczby oktanowej metodą dystrubucyjną

jest identyczne jak przy metodzie badawczej.

Wskaźnik segregacji

●

Wskaźnik segregacji wyznacza się na podstawie następujących

wzorów:

 R−t=LO / B−LO / B−t

gdzie ΔR-t

- wskaźnik segregacji frakcji wrzącej do t=°C

LO/B

- liczba oktanowa pełnofrakcyjnego paliwa

LO/B-t

- liczba oktanowa badawcza frakcji wrzącej do temperatury t=°C

lub

 R− p= LO / B−LO / B− p

gdzie ΔR-p

- wskaźnik segregacji paliwa stanowiącego p% całości paliwa

LO/B-p

- liczba oktanowa badawcza frakcji stanowiącego p% całości paliwa

Porównanie różnych liczb oktanowych

Sposób oznaczania LO

Benzyna

LO/B

101,8

98,6

96,4

91,0

90,4

LO/M

91,8

90,8

89,3

85,7

82,8

LO/B-75

98,1

85,6

87,0

87,2

83,4

LO/Dy

102,0

96,3

93,3

89,3

88,6

LO/D

99,3

94,4

92,2

88,7

87,5

Liczba metanowa

●

Liczba metanowa często

wykorzystywana jest do oznaczania

odporności na spalanie stukowe

gazów.

●

Skala liczby metanowej została

opracowana podobnie jak dla liczby

oktanowej przy czym wzorcami są:

–

Metan – posiadający liczbę metanową
równą 100

–

Wodór – posiadający liczbę metanową
równą 0

Rodzaj gazu

Liczba metanowa LM

Wodór

0,0

N-butan

2,0

Butadien

11,5

Etylen

15,5

Propylen

20,0

Izobutylen

26,0

Propan

35,0

Etan

43,5

Tlenek węgla

73,0

Gaz ziemny

90,0
92,0
94,0
95,5
99,0

Metan

100,0
104,4
105,5
111,5
117,0
130,0

Gaz ziemny + 8% N

2

Gaz ziemny + 15% N

2

Gaz ziemny + 8% CO

2

Gaz ziemny + 30% N

2

Gaz ziemny + 15% CO

2

Gaz ziemny + 40% N

2

Gaz ziemny + 20% CO

2

Gaz ziemny + 50% N

2

Gaz ziemny + 30% CO

2

Współczynnik wyczynowy

●

Współczynnik wyczynowy jest parametrem określającym jakość paliwa do
zasilania tłokowych silników lotniczych doładowanych, z bezpośrednim
wtryskiem paliwa.

●

Określa on o ile procent większą lub mniejszą moc można uzyskać przy
pracy silnika na badanej benzynie w porównaniu z jego pracą na czystym
izooktanie

●

Najbardziej odpowiada on wymaganiom jakie stawia się paliwu podczas
startu samolotu, czyli przy zasilaniu silnika mieszanką bogatą.

●

Współczynnik wyczynowy określa się za pomocą jednocylindrowego
doładowanego silnika wzorcowego z bezpośrednim wtryskiem paliwa przy
stałym stopniu sprężania przy zmiennych stopniach doładowania i ilościach
podawanego paliwa.

●

Współczynnik wyczynowy jest liczbowo równy współczynnikowi
wyczynowemu paliwa wzorcowego, na którym uzyskuje się takie same
wielkości ciśnienia indykowanego jak dla badanej benzyny, oznaczanego
przy początku spalania stukowego i przy stosunku masy paliwa do
powietrza, zużywanego przez silnik wynoszącej 0,112.

Współczynnik wyczynowy

●

Wartość współczynnika wyczynowego (WW) wylicza się ze wzoru:

WW

=

 p

e



IC

 p

e



I

⋅100

gdzie: (p

e

)

IC

- maksymalna wielkość średniego ciśnienia indykowanego

przy zasilaniu silnka wzorcowego izooktanem z dodatkiem

czteroetylku ołowiu

(p

e

)

I

- maksymalna wielkość średniego ciśnienia indykowanego

przy zasilaniu silnka wzorcowego izooktanem

●

Czysty izooktan ma współczynnik wyczynowy równy 100,

maksymalna wartość tego współćzynnika wynosi 161 ze względu na

ogranicznie ilości dadatku czteroetylku ołowiu do 4cm

3

/kg izooktanu

Współczynnik wyczynowy

0,08

0,09

0,1

0,11

0,12

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

Paliwo I
Paliwo II
Paliwo III
Paliwo IV
Paliwo V
Paliwo badane

Stosunek masy paliwa do masy powietrza

Ś

re

dn

ie

c

iś

ni

en

ie

in

dy

ko

w

an

e

Pomiary

●

Badanie zmiany faz

●

Badanie składu frakcyjnego.

●

Badanie własności energetycznych.

●

Pomiar napięcia powierzchniowego.

●

Pomiar kąta zwilżania.

●

Barwa i przezroczystość.

●

Pomiar współczynnika załamania światła.

Pomiar penetracji

Wybrane normy badania produktów

naftowych

●

PN-ISO 3015:1997 - Przetwory naftowe -- Oznaczanie temperatury mętnienia

●

PN-84/C-04017 - Przetwory naftowe -- Oznaczanie temperatury mętnienia i początku krystalizacji paliw silnikowych

●

PN-84/C-04026 Przetwory naftowe -- Oznaczanie temperatury krystalizacji paliw lotniczych

●

PN-93/C-40008.10 Płyny niskokrzepnące do układów chłodzenia silników spalinowych -- Oznaczanie temperatury
krystalizacji

●

PN-EN ISO 3405:2004 Przetwory naftowe -- Oznaczanie składu frakcyjnego metodą destylacji pod ciśnieniem
atmosferycznym

●

PN-67/C-04010 Przetwory naftowe -- Destylacja normalna -- Oznaczanie składu frakcyjnego

●

PN-EN 13016-1:2005 Ciekłe przetwory naftowe -- Prężność par -- Część 1: Oznaczanie prężności par nasyconych
powietrzem (ASVP)

●

PN-EN 13016-2:2005 Ciekłe przetwory naftowe -- Prężność par -- Część 2: Oznaczanie bezwzględnej prężności par
(AVP) w zakresie temperatur od 40 stopni C do 100 stopni C