Эксплуатационные свойства и использование топлив для бензиновых двигателей

Самостоятельная работа № 3

От эксплуатационных требований, предъявляемых к качеству топлива, зависят экономические показатели работы бензиновых двигателей. Одним из главных требований, предъявляемых к бензину, является его детонационная стойкость на всех режимах работы двигателя. Скорость распространения фронта пламени при нормальном горении топлива составляет 25…35 м/с. При определенных условиях сгорание может перейти во взрывное (детонационное), при котором фронт пламени распространяется со скоростью 1500…2500 м/с. При этом образуются детонационные волны, которые многократно отражаются от стенок цилиндра.

При детонации появляются резкие звонкие металлические стуки в Детонационная стойкость бензинов оценивается условной единицей, называемой октановым числом, которое определяют двумя методами:

– моторным (ГОСТ 51-82);

– исследовательским (ГОСТ 8226-82).

Данные методы отличаются только режимами нагрузки двигателя.

Определяют октановое число на одноцилиндровой моторной установке УИТ-85 или УИТ-65 с переменной степенью сжатия методом сравнения испытуемого бензина с эталонным топливом при одинаковой интенсивности их детонации. Эталонное топливо представляет собой смесь двух углеводородов парафинового ряда: изооктана С₈Н₁₈ (его детонационная стойкость принимается за 100%) и нормального гептана С₇Н₁₆ детонационная стойкость которого принимается за 0.

Октановое число (до 100 единиц) равно процентному содержанию по объему изооктана в искусственно приготовленной смеси с нормальным гептаном, которая по своей детонационной стойкости равноценна испытуемому бензину.

Для различных автомобильных двигателей подбирают бензин, обеспечивающий бездетонационную работу на всех режимах. Чем выше степень сжатия двигателя, тем выше требования к детонационной стойкости бензина, но одновременно и выше экономичность, и удельные мощностные показатели двигателя.

Фракционный состав является главным показателем испаряемости автомобильного бензина, важнейшей характеристикой его качества. От фракционного состава бензина зависят лёгкость пуска двигателя, время его прогрева, приемистость и другие эксплуатационные показатели двигателя.

Бензины представляют собой смесь углеводородов, обладающих различной испаряемостью. Скорость и полнота перехода бензина из жидкого в парообразное состояние определяется его химическим составом и называется испаряемостью. Так как бензин является сложной смесью различных углеводородов, то они выкипают не при одной постоянной температуре, а в широком диапазоне температур.

По данным Н.И. Итинской большое влияние на испаряемость оказывает кинематическая вязкость (т.е. удельный коэффициент внутреннего трения).

Создание в камере сгорания горючей смеси надлежащего состава определяется обычно наличием достаточного количества низкокипящих углеводородов. Испаряемость топлива оценивают по температуре выкипания отдельных фракций топлива. Стандарты на бензины в РФ предусматривают температуры выкипания 10, 50 и 90% топлива (табл. 1) и конца кипения – выкипание 98% его объёма.

Таблица 1

Фракционный состав бензина

Фракционный состав	Марка бензина
А-76	А-80	Аи-93
10% перегоняется при температуре °С, не выше
50% перегоняется при температуре °С, не выше
90% перегоняется при температуре °С, не выше

Автомобильные бензины выкипают от 30 до 205 °С. Испаряемость бензина оценивается по температурным пределам его выкипания и по температуре выкипания его отдельных частей — фракций.

Основные фракции бензина разделяются на:

– пусковую (самые легкокипящие углеводороды, входящие в первые 10% объема дистиллята);

– рабочую (представляют дистилляты, перегоняемые от 10 до 90% объема);

– концевую (от 90% объема до конца кипения бензина).

У выпускаемых в настоящее время автомобильных бензинов содержание низкокипящих углеводородов, способствующих легкому запуску двигателя, контролируется тремя показателями:

– температурами начала перегонки;

– температурами перегонки 10% бензина;

– давлением насыщенных паров бензина.

Температура выкипания 10% топлива характеризует его пусковые качества.

Чем ниже температура выкипания этой 10% фракции, тем легче пуск холодного двигателя. Однако если температура выкипания топлива ниже 60 °С, то образуются паровые пробки в топливопроводах и перебои в работе двигателя.

Низкая испаряемость бензина может вызвать:

а) обледенение дросселя карбюратора;

б) засорение распылителей кристаллами льда.

В соответствии с ГОСТ 2084-77 и ТУ 38.001165-97 автомобильные бензины летнего вида должны иметь температуру начала перегонки не ниже 35 °С, а 10% бензина должны перегоняться при температуре не выше 70 °С. Для бензинов зимнего вида температура начала перегонки не нормируется, а 10% бензина должны перегоняться при температуре не выше 55 °С. Благодаря этому выпускаемые товарные бензины летнего вида обеспечивают пуск холодного двигателя при температуре окружающего воздуха выше 10 °С, в жаркий летний период они не образуют паровых пробок. Бензины зимнего вида дают возможность запустить холодный двигатель при температуре воздуха до -26...-28 °С, появление паровых пробок в системе питания двигателя при этих условиях практически исключено.

Температура выкипания 50% части топлива (110…115 °С) – характеризует следующие важные качества:

а) длительность прогрева двигателя после его пуска, чем больше температура выкипания, тем длительнее прогрев;

б) динамичность двигателя (т.е. плавный перевод двигателя с одного скоростного режима работы на другой) после его прогрева;

в) приемистость двигателя.

Чем легче фракционный состав и ниже температура перегонки 50%, тем быстрее скорость прогрева двигателя. Бензин с низкой температурой перегонки 50% быстрее испаряется во впускном трубопроводе, наполнение цилиндра горючей смесью улучшается, мощность двигателя возрастает. При низких температурах окружающего воздуха необходимо применять бензин с низкой температурой перегонки 50% топлива.

Способность двигателя в прогретом состоянии под нагрузкой быстро переходить с одного режима на другой называется приемистостью. Автомобиль, имеющий хорошую приемистость двигателя, способен быстро набирать скорость при резком открывании дроссельной заслонки. Приемистость двигателя зависит, главным образом, от температуры перегонки 50% бензина.

Температура перегонки 50% топлива у товарных бензинов летнего вида должна быть не более 115 °С, а зимнего вида — 100 °С.

Температура выкипания 90% части топлива (160…315 °С) – характеризует испарение основной части углеводородов топлива. И для двигателя определяет следующие параметры: получение соответствующей мощности; экономичность двигателя; полноту испарения бензина.

Если в бензине содержится много высококипящих углеводородов, то они не испаряются во впускном трубопроводе двигателя и попадают в цилиндры в виде жидкости. Некоторая часть жидкого бензина, поступающего в цилиндры, испаряется и сгорает, а оставшаяся часть стекает вниз по стенкам цилиндра и смывает с них смазочное масло. Попадая в картер двигателя тяжелые фракции бензина разжижают моторное масло и снижают его вязкость. В тех местах, где высококипящие фракции бензина смывают смазочное масло, наблюдается полусухое трение деталей и повышенный износ их трущихся поверхностей.

Температура перегонки 90% топлива для автомобильных бензинов летнего вида должна быть не выше 180 °С, а зимнего вида — 160 °С. Конец кипения бензинов летнего вида должен быть не выше 195 °С, а зимнего вида — 185 °С, кроме бензина марки АИ-93.

Для этого бензина указанные температуры на 10 °С выше и соответственно должны быть не выше 205 и 195 °С.

Одним из главных свойств, обусловливающих испаряемость бензина, является давление его насыщенных паров.

Давление, развиваемое парами в условиях равновесного состояния с жидкостью при данной температуре, называется давлением насыщенных паров жидкостей. Пусковые свойства бензинов ухудшаются с понижением давления их насыщенных паров, причём при давлении 34 кПа концентрация паров бензина в рабочей зоне настолько мала, что запуск двигателя становится невозможным.

Давление насыщенных паров падает при снижении температуры от 80 до 20 °С в 6…7 раз. В связи с этим при температуре порядка –20 °С и ниже испаряемость топлива резко ухудшается вследствие чего пуск холодного двигателя затрудняется или становится невозможным.

Работа автомобиля в летний период на бензинах зимнего вида запрещается, так как в связи с высоким давлением насыщенных паров бензина в системе питания будут интенсивно образовываться паровые пробки. Также недопустима работа автомобилей в зимний период на бензинах летнего периода: относительно невысокое давление насыщенных паров и наличие большого количества высококипящих углеводородов в летних бензинах затрудняет запуск двигателя, ухудшает его динамические качества и повышает износ цилиндропоршневой группы.

Вопросы для самопроверки

1. Чем отличаются зимние сорта бензина от летних?

2. Каковы причины нагарообразования в двигателях? Как оценивается стабильность бензинов и причины её ухудшения?

3. От чего зависят коррозирующие действия топлив?

4. Что такое сгорание топлива с детонацией?

5. Что называют октановым числом и как оно определяется?

6. Назовите марки выпускаемых автомобильных бензинов.

Дата добавления: 2015-07-13