Показатели качества, характеризующие безопасность автомобильных бензинов

Примечания:

1. Минимальное и максимальное значения показателя давления насыщенных паров устанавливаются в документации на автомобильные бензины конкретных марок в зависимости от климатического района применения по ГОСТ 16350 и сезона эксплуатации.

2. Для автомобильных бензинов типа II, III, IV допускается до 1 января 2003 г массовая доля серы не более 0,1 %.

3. Допускается до 1 января 2003 г, показатель "Объемная доля бензола " в документации на автомобильные бензины конкретных марок не включать.

Указанные методы испытаний являются арбитражными и подлежат обязательному включению в документацию на автомобильные бензины конкретных марок. Допускается включение других методов испытаний, не уступающих по точности указанным.

Бензины, в силу своих физико-химических свойств, применяются в двигателях с принудительным зажиганием (от искры). Более тяжелые дизельные топлива, вследствие лучшей самовоспламеняемости, применяются в двигателях с воспламенением от сжатия, т.е. дизелях.

К автомобильным бензинам предъявляются следующие требования:

•бесперебойная подача бензина в систему питания двигателя;

•образование топливовоздушной смеси требуемого состава;

•нормальное (без детонации) и полное сгорание смеси в двигателях;

•обеспечение быстрого и надежного пуска двигателя при различных температурах окружающего воздуха;

•отсутствие коррозии и коррозионных износов;

•минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах, камере сгорания;

•сохранение качества при хранении и транспортировке.

Для выполнения этих требований бензины должны обладать рядом свойств. Рассмотрим наиболее важные из них.

Карбюрационные свойства. Бензин, подаваемый в систему питания, смешивается с воздухом и образует топливовоздушную смесь. Для полного сгорания необходимо обеспечить однородность смеси с определенным соотношением паров бензина и воздуха.

На протекание процессов смесеобразования влияют следующие физико-химические свойства.

Плотность топлива - при +20⁰С должна составлять 690...750 кг/м³. При низкой плотности поплавок карбюратора тонет и бензин свободно вытекает из распылителя, переобогащая смесь.

Вязкость - с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до —40°С расход бензина через жиклер меняется на 20...30 %.

Испаряемость - эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процесса перехода топлива из жидкого состояния в парообразное.

Испаряемость оказывает влияние на процессы образования горючей смеси в двигателе, воспламенение и горение, полноту сгорания, степень разжижения моторного масла, величину естественных потерь топлива при хранении, изменение качества топлива и экологию окружающей среды.

В зависимости от условий различают два вида испарения - статическое и динамическое. Испарение топлива с поверхности, неподвижной относительно окружающей среды, называется статическим. Если жидкость и газовая среда перемещаются относительно друг друга, испарение называется динамическим. При испарении всегда образуются конвективные потоки за счет разности молекулярных масс и температурного градиента в пограничном слое вблизи поверхности испарения.

Наиболее сложным видом является динамическое испарение распыленного топлива в турбулентном потоке нагретого воздуха. На развитие этого процесса влияют химические реакции топлива с кислородом воздуха, термодиффузия, передача тепла излучением и конвекцией. Аналитический расчет процесса испарения затруднен, поэтому его изучают на основе экспериментальных данных. Основной характеристикой процесса испарения является его скорость.

Скорость испарения - количество вещества, которое испаряется и переносится с единицы поверхности жидкости в окружающую среду в единицу времени. Скорость динамического испарения оценивается количеством вещества, которое испаряется в единицу времени в единице объема пространства.

Факторы, влияющие на скорость испарения. На скорость испарения оказывают влияние свойства топлива и условия испарения: размеры, форма и материал камеры, в которой осуществляется испарение; температура жидкости, давление и характер движения среды. При динамическом испарении факела распыленного топлива большое значение оказывают степень и однородность распыливания.

Размеры, форма и материал камеры влияют на температурный режим испарения. От них зависит температура среды, жидкости и время прогрева. С изменением температуры меняются все физические параметры процесса испарения.

Скорость испарения в факеле сильно зависит от степени распыливания топлива, которая влияет на величину поверхности испарения и количество испаряющегося топлива. С уменьшением размеров капли сокращается время ее прогрева и повышается скорость испарения.

Чем меньше однородность распыливания топлива, тем интенсивнее испарение в начальный период и продолжительнее период испарения.

Давлениенасыщенных паров и коэффициент диффузии влияют на скорость испарения. Процесс испарения протекает с затратой тепла. Если при испарении тепло не подводится, то температура окружающей среды и жидкости понижается тем сильнее, чем выше теплота испарения жидкости.

Теплоемкость и теплопроводность топлива оказывают влияние на температуру и время прогрева топлива. Особенно при испарении факела распыленного топлива в камере сгорания, когда время смесеобразования мало.

Вязкость и поверхностное натяжение топлива влияют на процесс испарения через характеристики распыливания. С увеличением вязкости и поверхностного натяжения распыливание становится более грубым и неоднородным.

Фракционный состав бензина определяют перегонкой на специальном приборе по стандартным показателям:

• температура начала перегонки;

• температуры 10, 50, 90 % об. выкипания;

• температура конца перегонки;

• объем остатка в колбе;

• объем потерь при перегонке.

Фракции бензина условно подразделяют на три части (рис. 8): пусковую - первые 10 % отгона, рабочую - 10-90 % отгона и концевую - последние 10 % отгона.

Рис.8. Основные фракции бензина

Температура перегонки 10 % (об.) характеризует пусковые качества бензина и его способность к образованию паровых пробок.

При пуске холодного двигателя в системе смесеобразования испаряется лишь небольшая часть бензина, его самые легкие фракции. Остальная часть бензина попадает в цилиндры двигателя при пуске в виде жидкой пленки, в которой отсутствуют легкие фракции (рис. 9).

Если в бензине недостаточно легких фракций, то бензиновоздушная смесь может оказаться вне пределов воспламенения и двигатель не заведется. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше требуется легких фракций.

Рис. 9. Фракционный состав автомобильного бензина и жидкой пленки: 1 - автомобильный бензин; 2 - жидкая пленка

На прогретом двигателе часть легких фракций может испариться в бензопроводах и образовать паровые пробки, которые вызовут перебои в подаче бензина.

Температура перегонки 50 %-ной фракции топлива характеризует скорость прогрева двигателя, устойчивость его работы на малых оборотах и приемистость. Если температура перегонки 50 %-ной фракции высока, то испарение происходит неполно и с небольшой скоростью; горючая смесь получается обедненной, прогрев двигателя затягивается, двигатель на малых оборотах работает неустойчиво, а приемистость его ухудшается.

Приемистость двигателя предопределяет динамические качества машины, ее способность преодолевать подъемы без переключения передачи и небольшую длину разгона.

Температура перегонки 90 %-нои фракции и температура конца перегонки характеризуют наличие в бензине тяжелых фракций, которые не успевают испариться в впускном трубопроводе и доиспаряются в цилиндрах двигателя. Если тяжелых фракций много и температура их кипения высока, то они останутся в жидком состоянии. В результате этого мощность двигателя упадет, повысится удельный расход топлива и увеличатся рабочие износы двигателя вследствие смывания масла и разжижения его топливом.

Пусковые свойства автомобильных бензинов характеризуются не только содержанием 10 % фракции бензина, но и более высококипящей – 20 % фракции.

Пусковые свойства бензинов в последнее время связывают с содержанием в них фракций, выкипающих до 70°С. Эта зависимость, в отличие от температур начала кипения, 10% и 20% выкипания, не является прямолинейной. С понижением температуры окружающего воздуха потребность во фракциях, выкипающих до 70°С, растет быстрее, чем при более высоких температурах (рис. 10).

Рис. 10. Изменение области возможного запуска двигателя от температуры воздуха и фракционного состава автомобильных бензинов: А - область возможного пуска холодного двигателя; Б - область невозможного пуска холодного двигателя

Объем остатка в колбе (количество не испарившегося при перегонке бензина) характеризует наличие в бензине тяжелых, трудноиспаряемых углеводородов и примесей, которые оказывают вредное влияние на работу двигателя. Как правило, эти остатки, попадая в двигатель, полностью не сгорают и увеличивают удельный расход топлива и рабочие износы двигателя.

Объем потерь при перегонке характеризует склонность бензина к испарению при транспортировании и хранении. Повышенные потери при перегонке свидетельствуют о наличии особо легких фракций в бензине, которые будут интенсивно испаряться при транспортировании и хранении, особенно в жаркое время года.

Давление насыщенных паров - это максимальное давление паров топлива в воздухе, которое устанавливается при динамическом равновесии при определенных соотношениях жидкой и паровой фаз и температуре.

Давление насыщенных паров дополняет информацию фракционного состава об испаряемости бензина. По величине давления насыщенных паров можно судить о пусковых свойствах бензина, о склонности бензина к образованию в топливной системе двигателя паровых пробок, о возможных потерях от испарения. Давление насыщенных паров измеряют в Па и мм рт. ст.: 1Па = 7,5024 *10^-3 мм рт. ст. = 1,02*10^-5 кгс/см².

Давление насыщенных паров зависит от состава топлив, температуры и соотношения жидкой и паровой фаз для топлив неоднородного углеводородного состава.

Влияние соотношения паровой и жидкой фаз на величину давления насыщенных паров объясняется следующим. Когда объем паровой фазы по сравнению с объемом жидкой фазы невелик, то того количества легкоиспаряющихся углеводородов, которое содержится в бензине, бывает вполне достаточно, чтобы насытить паровую фазу. В этом случае при насыщении состав жидкой фазы практически не изменяется и в равновесии находятся пар и бензин первоначального состава. Когда объем паровой фазы значительно превышает объем жидкой фазы, тогда для насыщения расходуется значительное количество легкоиспаряющихся углеводородов, при этом состав жидкой фазы меняется. В состоянии насыщения паровая фаза находится в равновесии с жидкостью уже измененного состава. Давление насыщенных паров в данном случае отличается от давления насыщенных паров, определенного при небольшом объеме паровой фазы.

С увеличением отношения паровой фазы к жидкой определяемое давление насыщенных паров будет уменьшаться.

Давление насыщенных паров очень сильно влияет на потери бензина при хранении и сливе-наливе. Чем выше давление насыщенных паров, тем больше потери бензина (табл. 7).

Таблица 7

Дата добавления: 2014-01-15