Výroba
Benzín je jedna z frakcí ropy která destiluje v rozmezí 30-180°C při zahřívání bez přístupu vzduchu. Je to směs uhlovodíků s přímým (parafiny) i cyklickým
(cykloparafiny) řetězcem. Frakce s bodem varu nad 180°C jsou středně těžké složky (kerosin, petrolej), nad cca 220°C destilují těžké složky - především
nafta. Složky ropy nad s bodem varu 360° nelze jednoduše destilovat a je nutná vakuová destilace.
Takto lze získat však pouze 5-25% z původního objemu ropy, jelikož větší množství ani v samotné ropě není. Takto získaný benzín nemá ani dostatečné
antidetonační vlastnosti. Krakování je řešení jak získat větší objem lehkých frakcí (olefiny a izoparafiny), kdy se velké molekuly tříští na menší s žádaným
bodem varu. Krakuje se buď zvýšenou teplotou (tepelné karování) nebo za pomocí katalyzátorů (katalické krakování). Dalšími technologickými postupy lze
získat více lehkých frakcí:
Reformace: parafíny s přímým řetězcem, získané destilací ropy, se pomocí katalyzátoru (platina) přeměňují na izoparafíny a aromáty odolné vůči
detonačnímu spalování. Polymerace: při tomto technologické procesu se plynné uhlovodíky, zůstávající po krakování a reformaci, pomocí
katalyzátoru slučují do větších molekul. Vzniknou hlavně izoparafíny. Alkylace: reakcí olefinů a parafinů vznikají izoparafíny s vyšší odolností vůči
detonačnímu spalování. Takto vyrobené benziny se po rafinaci musí ještě dále ošetřit. Odstraní se plynné zbytky, síra a pryskyřice. Pomocí přísad (aditiv) se
zlepší antidetonační vlastnosti, skladovatelnost, barevná stálost, chladové a antikorozivní vlastnosti.
Složení
Uhlovodíková paliva jsou momentálně nejvhodnějším druhem paliv pro dopravní prostředky. Snadná doprava vzhledem ke kapalnému stavu (ropovody), relativně
velké zásoby (zatím), velká výhřevnost a oproti např. vodíku menší nebezpečí. Uhlovodíková paliva obsahují dva prvky - uhlík C a vodík H, kde uhlík
je ve sloučeninách čtyřmocný. První skupinou uhlovodíků jsou n-alkany nebo n-parafiny, jsou to uhlovodíky s nerozvětveným řetězcem. Při větvení
řetězce jsou to iso-alkany a iso-parafiny. Tvar řetězce alkanů ovlivňuje do jisté míry fyzikální vlastnosti isomerů, z hlediska paliv je významná hlavně
antidetonační vlastnost. Cyklany, nafteny, cykloparafiny a polymetyleny mají řetězec stočený do kruhu. Obsahuje-li molekula maximální počet vodíku tj. když všechny
atomy uhlíku mají jen jednu vazbu jedná se o uhlovodíky nasycené, v případě dvojné vazby mezi uhlíky ubyde jedna vazba jinak využitá na "uchycení" vodíku a jedná
se o nenasycené uhlovodíky.
Odparnost
Benzín je směsí uhlovodíků a dalších látek jako jsou parafíny, olefíny a aromatické látky.
Přibližný vzorec je C6H14. Odparnost je jedna z nejdůležitěšjích vlastností a je určena
destilační křivkou kde na svislé ose je toplota a na vodorovné odpařená procenta objemu paliva. Určují se tři významné body a to 10% bod (teplota
kdy se odpaří 10% objemu) který ukazuje nejnižší možnou teplotu startu. Dnešní benzíny ji mají na hodnotě 55-65°C což představuje start v teplotách
kolem –20°C. Dále 50% bod, který ovlivňuje akceleraci (nižší hodnota-živější motor) a rychlost ohřevu motoru. 95% bod by neměl překročit
200°C. Páry benzínu kondenzují na stěnách válce a smývají olejový film.
Další parametry pro porovnání benzínu:
Tlak par podle Rieda
Je to tlak benzinových par v uzavřené nádobě při 38°C. Čím je tento tlak vyšší, tím lze snáze spustit motor a rychleji ho zahřát na provozní teplotu, nevýhodou
jsou však vyšší ztráty při uskladnění paliva. Tlak se pohybuje na úrovni 25 kPa až 75 kPa (0,25 bar až 0,75 bar). Je-li však tlak příliš vysoký, může způsobit
tvorbu tzv. parních polštářů paliva v dopravním potrubí.
Výparné teplo
Výparné teplo je množství tepla potřebné k převedení hmotnostní nebo objemové jednotky kapalného paliva do plynného skupenství o stejné teplotě.
Paliva pro zážehové motory by měla mít velké výparné teplo, protože pak přichází do válce směs chladná, snižující teplotu válce a dna pístu. Současně se
zvyšuje plnicí účinnost motoru. U benzinu se palivo může pouhou přeměnou na páru ochladit oproti okolní teplotě až o 20°C. Nevýhodou vysokého
výparného tepla je nebezpečí tvoření námrazy v zařízení pro přípravu směsi (zejména v difuzoru karburátoru).
Ostatními parametry jsou: spalné teplo a výhřevnost, bod krystalizace, skladovací stabilita, korozivní vlastnosti, reaktivnost na pryž, hustota benzinu, mísitelnost
složek a citlivost vůči vodě.
Hoření
Při přeskoku jiskry na svíčce vzniká pomalý oxidační proces a vlivem vznikajícího tepla se oxidace urychluje a vznikne plamená
fronta o rychlosti 15-50m/s. Nastane velký vzrůst tlaku který vykonává práci na píst. Aby tlak vznikl ve vhodný okamžik tj. těsně za horní úvratí
(HU) musí se směs zapálit s jistým předstihem. Je možné, že před plamenem vznikají ohňová centra a ty explodují a tlak na píst jde v době kdy nepřekročil HU a tím
klesá výkon a zvedá se teplota (detonační spalování-rychlost hoření cca 300m/s). Sklon ke klepání zvyšují tyto faktory: vyšší komprese, menší otáčky, velké vrtání, špatné chlazení,
dobře těsnící kroužky, čistý vzd. filtr, suchý vzduch. Je jasné, že tyto vlastnosti od motoru vyžadujeme tak jediná cesta jak docílit bezdetonačního
spalování je přidat do benzínu složky usměrňující hoření. Aby se dalo objektivně hodnotit kvalita paliva a jeho odolnost vůči klepání používá
se porovnání s technicky čistými palivy. Jedním je n-heptan, který má velký sklon ke klepání a izo-oktan s velkou odolností vůči detonacím.
Paliva se míchají a obsah izooktanu určuje oktanové číslo.
Související informace na stránce zapalování a svíčky
Oktanové číslo
Používá se porovnávací metoda. V motoru s proměným kompr. poměrem (cca 4-15) se prvně použije zkoušené palivo a najde se
komprese kdy palivo hoří detonačně. Potom se nalije směs n-heptanu a izo-oktanu a sleduje se takový poměr při kterém motor taky klepe. Procentuální
obsah izooktanu ve směsi udává oktanové číslo zkoušeného paliva. Metody jsou dvě a to MOTOROVÁ a VÝZKUMNÁ. Liší se pouze
parametry avšak dávají poněkud odlišné hodnoty OČ. Motorová se více blíží skutečnému motoru, protože je zde zahrnut tvar spalovacího prostoru.Z obou
hodnot se pak vypočte jedna která se uvádí jako OČ. Ikdyž je to procentuální obsah izooktanu tak to neznamená, že nemůže být např OČ 102. Existují totiž
paliva, která mají větší odolnost k detonacím než právě izooktan.Hodnota se pak zjišťuje interpolací. Jako antidetonátory se dřív používalo TEO (tetraetylolovo),
které u motorů s netvzenými sedly (litinová hlava) plnilo zároveň funkci „mazaní“ ventilových sedel a vodítek ventilů. V dnešní době je pro starší motory s
litinovou hlavou určen Special, který obsahuje draslík. TEO ovšem by samo ulpívalo na svíčce a zkratovalo by ji tak se musely používat vynašeče na bázi bromu
a chloru. Dnešní antidenonátory jsou na éterického původu : metyltercbutyléter (MTBE), etyltercbutyléter (ETBE), tercamaylmetyléter (TAME).
Každý motor má svůj oktanový nárok a palivo s nižším OČ může způsobit detonace.
|
|
Special 91 |
Natural 95 |
Super plus 98 |
| OČ-výzk. metoda |
91 |
95 |
98 |
| OČ-mot. metoda |
82 |
85 |
88 |
| hustota při 15°C [kg/m3] |
725-775 |
725-775 |
725-775 |
| oxidačí stabilita [min] |
360 |
360 |
360 |
Směs
Jelikož je hoření oxidační proces tak je zapotřebí adekvátní množství kyslíku k danému objemu benzínu. Teoretické množství vzduchu potřebné ke spálení paliva je
(8/3C+8H-O)/0,231 kde C,H,O jsou hmotnostní podíly v palivu a 0,231 je obsah kyslíku ve vzduchu. Vychází to tedy zhruba na 1kg
benzínu je zapotřebí 14,7kg vzduchu. Objemově je to přibližně 1litr benzínu na 10 000litrů vzduchu. Pokud je směs v tomto poměru potom se součinitel přebytku
vzduchu λ=1. Pro směsi chudé je λ>1 a bohaté λ<1. Rozsah zápalnosti benzínu je λ=0,5-1,3. Chudá směs má za následek
mírný pokles spotřeby i výkonu a větší tepelnou zátěž motoru z důvodu menšího chlazení kapalným palivem, které při změně skupenství přebírá velké množství tepla.
Bohatší směs zvyšuje výkon a to pro λ=0,85-0,95. Závislost je patrná na grafu.
Emise
Dnešní svět je zaplněn e-maily, e-shopy, e-bankami, .... a bohužel i e-misemi. Nejsou to elektronický mise, ale plody spalování.
Pokud by se podařilo provést čistou chemickou reakci HC+202 dostaneme H2O+CO2. Zkondenzovaná vodní pára je
vidět při nízkých teplotách někdy až vyloženě kape z výfuku. Bohužel hoření je nedokonalé a snaha je snižovat škodlivé emise ve třech rovinách. První je snaha
dodávat vhodnou směs což vyžaduje regulaci a vstřikování. Nejsem zastánce elektroniky, ale ta má opravdu budoucnost. Elektronické karburátory byla jen
taková znouzectnost-snaha o něco co nemohlo pořádně fungovat a u motorek co vím tak se nikdy nepoužívaly a skočilo se zde rovnou do vstřikovačů.
I elektronické ovládání ventilů přinese (snad) skvělé možnosti časování bez složitých mechanismů. Druhou fází je úprava spalovacího prostoru a tím zdokonalení
hoření. Sem by se dalo zařadit spalovací prostory s vířením směsi případně i příprava vrstvených směsí (ikdyž to zapadá i do samotného vstřiku), velkou roli hraje i počet
ventilů na válec (víc ventilů přináší nižší obsah HC), poloha svíčky ve valci což se dá všeobecně brát jako spalovací prostor. Třetí fází úpravy
emisí je výstup z motoru přes katalyzátor kde dochází k pořebným chemickým reakcím.
oxid uhelnatý CO je plyn těžší než vzduch a proto se drží při zemi. Je silně toxický, protože se váže na hemoglobin snadněji než
kyslík a dochází k "udušení". V motoru vzniká při bohatých směsích když chybí kyslík na oxidaci tohoto plynu ze kterého by pak vznikl neškodný oxid uhličitý.
Při chudých směsích je hodnota CO nízká a prakticky na součiniteli přebytku vzduchu už nezávislá.
oxid uhličitý CO2 je produktem správného spalování a tudíž jeho maximální hodnota se objevuje při λ=1. Je
hlavním zdrojem skleníkového jevu a není toxický. Hodnota ve výfuku je jedním ze zdrojů pro posuzování stavu motoru.
uhlovodíky HC jsou produkty nedokonalého spalování především bohatých směsí. Nejnižší hodoty jsou kolem λ=1,1-1,2.
Horší je to u 2T motorů jak u 4T. Rozlišujeme nasycené, nenasycené a aromatické uhlovodíky.
oxidy dusíku NOx - kolem 70% nasávaného vzduchu obsahuje dusík který se nám dostává do reakcí při spalování. Většina projde bez povšimnutí, ovšem
tvoří se i oxidy dusíku -NOx vlivem tlaku a teplotě při saplovacím procesu. Převážně jde o NO - oxid dusnatý (na vzduchu tvoří NO2 a podílí
se na tvorbě smogu), dále NO2 - oxid dusičitý a N2O - oxid dusný (rajský plyn). Oxidy dusíku nejvíce vznikají při λ=1,05-1,10
Časté dotazy
Můžu používat bezolovnatý benzín 95 místo olovnatého Specialu?
Pokud má motor hliníkovou hlavu tak má i tvrzená sedla ventilů, která nevyžadují "mazání" olovem a
tudíž je možno používat bez přidání aditiv naharzujících olovo.
Výrobce předepisuje Super (myšleno u starých motorů)-co mám používat?
Jelikož není náhrada benzínu Super který měl dříve 96 oktanů běžně k dostání lze používat Natural 95.
Na některých stanicích je i benzín Natural 98 který je taky vhodný. Každý motor má svůj oktanový nárok,
který je vysoký při novém motoru díky těsnosti a tím pádem vyšší kompresi. V důsledku opotřebení
oktanový nárok klesá. I Natural 95 má prakticky stejné okt. číslo jako dřívější Super 96.
Pokud náhodou se objeví samozápaly je nutné zkontrolovat množství karbonu ve spal.prostoru a
správný tepelný rozsah svíčky.
Vyplatí se používat Shell V-power popř. jiná vysokooktanová paliva?
Spíš ne : velký rozdíl v ceně a pokud motor není upravován tak mu stačí benzín o
oktanovém čísle předepsán výrobcem. Čistící schopnost těchto paliv se projevuje zhruba při ujetí 2000km.
J. Douša na své GSX-R 1100 naměřil při V-power o 3 koně míň než při použití Naturalu 95. Samozřejmě že
na výkon má vliv tlak a teplota nasávaného vzduchu, teplota spalovacího prostoru a spousta dalších činitelů,
ale i tak se o markantním nárustku výkonu při změně paliva nedá mluvit. Čím vyšší otáčky a kompresní poměr
tak je nárůst vyšší. U R6 to dělá (dle Motorradu) +2PS. Článek včetně grafů najdeš na
www.lpx.cz
Použitá literatura:
Spalovací motory I - Milan Štoss (dost dobrý)
Paliva a maziva - Antonín Dyk
Příručka pro automechaniky - Klůna, Košek
Příslušenství vozidlových motorů - Fr. Vlk
Technická rukověť motocyklisty - Janeck, Nepomuck
Přívod paliva
Benzín je uložen většinou v nádrži z ocelového plechu, na kroskách často z plastu a na závodních motorkách z hliníkového plechu.
Každý z materiálů má jisté výhody i nevýhody. Benzín je do karburátorů dopravován buď samospádem nebo pomocí elektrického či
podtlakového čerpadla (SV650, Mosnter) u karburátorových verzí. Pokud je motor vybaven vstřikováním je nutné dodávat vysoký
tlak (3bary) na vstřikovače a je použito výkoného čerpadla uloženého přímo v nádrži a dál vedeno vysokotlakým rozvodem ke vstřikování.
Palivový kohout
V samospádovém řešení je benzín udržován v nádrži kohoutem buď manuálně ovládaným nebo v převážné míře ovládaném podtlakem sání.
Podlakové kohouty jsou samočinné. Ikdyž se jedná o poměrně jednoduché a dobré řešení často se lze setkat se špatnou polohou kohoutu při provozu.
Kohout má dvě polohy ovládané podtlakem v sání a tím pádem benzín teče POUZE při nastartovaném motoru a to při polohách ON
(zapnuto) a RES (rezerva). Poloha PRI je určena JEN pro plnění karburátorů např. po čištění nebo po vyjetí benzínu a NESMÍ se v této
poloze kohout nechávat, protože pak drží benzín pouze plovákový ventil a často se stává že nateče i několik litrů benzínu do motorového
oleje přes sání-ventily-píst.
Na modrou část A je připojen podtlak ze sacího traktu, čímž se otvírá membrána 5, na které je zavěšen pístek 1 s O-kroužkem.
Membrána je při přerušení podtlaku vrácena pružinkou 2 zpět do sedla. Podtlaková část A není propojena s částí proudění benzínu
B a je možné otevřít kohout jakýmkoli podtlakem (stříkačka, plíce).
POZOR na kohoutky: většina lidí mávne rukou nad uživatelskou příručkou ke svému stroji a patrně většina lidí obsluhu své
motorky zná. Bohužel během krátké chvíle se objevila na blízku i ta menšina. V popisu výše je vysvětlen podtlakový kohout a jeho správné užití. Dvě ER5,
Aprilia Pegaso a GSX400F potrápily majitele a vytáhly pár set korun jen díky otočení kohoutu na PRI. V této poloze neudrží delší dobu plovákové ventilky
benzín a ten pak nepozorovaně proklouzne až do motoru. Je to bohužel špatnou konstrukcí přepadu, který na většině motorkách funguje dobře a pokud
dojde k úniku benzínu tak jen na zem což stojí pár korun za benzín, ale né kolem 1000Kč za nový olej s filtrem, což je jen minimum možných nákladů.
Stručně
k závadám: Pegaso 650- pár dní v garáži, po nastartování nešel motor vytočit a z airboxu tekl olej - do motoru natekl přes karburátory benzín
(cca 2litry) což zvýšilo hladinu natolik, že přebytek tekl ven přepadem a píst narážel na hladinu. ER5(1) - nová majitelka byla srozuměna s funkcí
kohoutu od "chytráka", který při vyplém motoru označil polohy ON a RES jako nefunkční a polohu PRI jako prutok benzínu. Provoz na PRI opět umožnil
vtok benzínu do motoru...nestačil protéct a stačilo jen vyndat svíčky a protočit bez nich a benzín vyletěl ven. ER5(2) - opět poloha PRI, cca 2litry v
oleji. GSX400F - poloha PRI a vychytralej zákazník, kterej svou chybu sváděl na špatně utěsněné plovákové komory.
Problém lze odhalit velmi rychle a snadno-stačí se podívat na množství oleje. Pokud je znatelně nad horní rysku a po čichnutí k nalévacímu otvoru to až štípe
do nosu máte ho tam. Dokáže to až prorazit těsnění pod hlavou, ohnout ventil, přidřít(zadřít) motor. Většinou však motor na štěstí nejde natočit a ani se o to
nesnažte. Docela dostačující je vypustit směs olej/benzín, nechat to půl dne vyvětrat, nalít levný nebo vyjetý čistý!! olej a motor chvíli nechat běžet.
Pak vypustit, dát nový filtr a nový olej.
Čerpadla
Elektrické palivové čerpadlo pro karburátorové motory je umístěno mimo nádrž v její blízkosti. Použito je nejen u nádrží s nižší hladinou než je hladina karburátoru,
ale i u jiných motorek (např ZXR,FZR,R1 atd). Napájeno je stejnosměrně 12V a pulzace kotvy je zajištěna stejně jako u klasického domovního zvonku. Obvod je sepnut a
vytvoří se magnetické pole, které vtáhne kotvu. Kontakt umístěný na kotvě se při tomto pohybu rozpojí, přestane působit magnetismus a pružina vrátí kotvu do
původní polohy. Tímto dochází k neustálé pulzaci membrány pod kterou jsou dva ventily navzájem otočeny - jeden saje a druhý vytlačuje (stejně jako žabka na
foukání matračky). Čerpadlo přečerpá za minutu cca 0,6L kapaliny.
Podtlakové palivové čerpadlo pro karburátorové motory bývá především u jedno a dvouválcových motorů, kde je využita pulzace sání k pohybu membrány
stejně jako s ní pohybuje elektromagnet v předchozím typu. (obrázek bude časem)
Elektrické palivové čerpadlo pro vstřikování je uložen na dně nádrže. další popis jak bude čas psát a fotit
autor: GSX-Roll
