Потери бензина в зависимости от давления насыщенных паров

При понижении давления насыщенных паров до 250 мм рт.ст. пусковые свойства бензинов ухудшаются, а при дальнейшем снижении запуск двигателя становится невозможен. Товарные автомобильные бензины должны иметь давление насыщенных паров не менее 250 мм рт.ст. (в стандартных условиях).

Склонность бензина к образованию паровых пробок в системе подачи топлива оценивается по отношению объемов паровой и жидкой фаз бензина, испарившегося при определенных условиях.

Показателем склонности бензина к образованию паровых пробок является критическое значение показателя соотношения пар - жидкость, исключающее образование паровых пробок в широком диапазоне оборотов и нагрузок двигателя. На практике за показатель склонности бензина к образованию паровых пробок принимается температура, при которой достигается предельное соотношение пар-жидкость, обычно 20:1.

Причиной образования паровых пробок в автомобильном двигателе является перегрев топлива, особенно в условиях жаркого климата.

Для обеспечения надежной эксплуатации автомобильного двигателя в различных климатических зонах в стандартах на автомобильные бензины стали предусматривать дополнительные требования к характеристикам испаряемости.

Наряду с традиционными показателями фракционного состава введены новые показатели:

• объем испарившегося бензина (%) при температуре: 70°С, 100°С, 180°С;

• индекс испаряемости (индекс паровой пробки).

Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температура перегонки 10 % и больше объем фракции, выкипающей до 70°С, тем больше индекс паровой пробки (ИПП).

Влияние бутанов на пусковые свойства бензинов. При добавлении в бензин бутановых углеводородов пусковые свойства бензинов улучшаются непропорционально изменению отдельных показателей их испаряемости. Пусковые свойства бензина, содержащего бутан, всегда лучше, чем пусковые свойства бензина без бутана, имеющего такое же давление насыщенных паров и температуру перегонки – 10 %. Предложенные выше формулы для бензинов, содержащих бутаны, дают завышенную температуру воздуха, при которой возможен холодный пуск двигателя. Присутствие бутана в бензине снижает температуру начала кипения бензина [5].

Низкотемпературные свойства характеризуют работоспособность топливоподающей системы зимой. При низких температурах происходит выпадение кристаллов льда в бензине и обледенение деталей карбюратора. В бензине в растворенном состоянии находится несколько сотых долей процента воды. С понижением температуры растворимость воды в бензине падает и она образует кристаллы льда, которые нарушают подачу бензина в двигатель.

Склонность к образованию отложений - эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процессов образования отложений продуктов превращения топлив при эксплуатации техники.

Отложения изменяют тепловой режим двигателя, ухудшают подачу топлива, увеличивают износ и надежность эксплуатации.

Отложения по своим свойствам делят на лаки, нагар и осадки.

Лаки — плотные продукты окислительных превращений на горячих поверхностях металла. Для предотвращения образования лаковых отложений топливо должно обладать хорошими моющими свойствами — способностью противостоять окислению и уплотнению продуктов окисления углеводородов, их адсорбции и коагуляции на горячей металлической поверхности.

Нагар — твердые продукты отложений, образующиеся на поверхности днища поршня и верхней части цилиндра, форсунке и выпускных клапанах. Нарушает тепловой режим двигателя, подачу топлива, увеличивает износ. Для предотвращения образования нагара топливо и масло должны иметь низкую нагарообразующую способность, что зависит от их основного углеводородного состава, наличия примесей, типа и концентрации присадок.

Осадки — липкие, мазеподобные вещества темно-коричневого или черного цвета, состоящие из продуктов низкотемпературного окисления углеводородов, продуктов уплотнения, механических примесей и воды. Забивают элементы топливосистем, ухудшают фильтрование и подачу топлива. Для предотвращения образования осадков топливо должно обладать высокой химической стабильностью [6].

Сгорание бензина. Под "сгоранием" применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500...2400 °С.

Теплота сгорания (теплотворная способность) - количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или твердого и м³ газообразного топлива (табл. 8).

Таблица 8

 Теплота сгорания различных топлив

От теплоты сгорания зависит топливная экономичность: чем выше теплота, тем меньше топлива необходимо для м³ смеси.

Нормальное и детонационное сгорание. При нормальном сгорании процесс протекает плавно с почти полным окислением топлива и скоростью распространения пламени 10...40 м/с. Когда скорость распространения пламени возрастает и достигает 1500...2000 м/с, возникает детонационное сгорание, характеризующееся неравномерным протеканием процесса, скачкообразным изменением скорости движения пламени и возникновением ударной волны.

Детонация вызывается самовоспламенением наиболее удаленной от запальной свечи части бензино-воздушной смеси, горение которой приобретает взрывной характер. Условия для детонации наиболее благоприятны в той части камеры сгорания, где выше температура и больше время пребывания смеси. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков - результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн.

Возникновению детонации способствует повышение степени сжатия, увеличение угла опережения зажигания, повышенная температура окружающего воздуха и его низкая влажность, особенности конструкции камеры сгорания. Вероятность детонационного сгорания топлива возрастает при наличии нагара в камере сгорания и по мере ухудшения технического состояния двигателя. В результате детонации снижаются экономические показатели двигателя, уменьшается его мощность, ухудшаются токсические показатели отработавших газов [1].

Бездетонационная работа двигателя достигается применением бензина с соответствующей детонационной скоростью. Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются по детонационной стойкости. Наименее стойки к детонации нормальные парафиновые углеводороды, наиболее - ароматические. Остальные углеводороды, входящие в состав бензинов, по детонационной стойкости занимают промежуточное положение. Варьируя углеводородным составом, получают бензины с различной детонационной стойкостью, которая характеризуется октановым числом (0Ч).

0Ч - это условный показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию (по объему) изооктана в смеси с нормальным гептаном, равноценной по детонационной стойкости испытуемому топливу.

Для любого бензина октановое число определяют путем подбора смеси из двух эталонных углеводородов (нормального гептана с 0Ч=0 и изооктана с 0Ч=100), которая по детонационным свойствам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за 0Ч бензина.

Определение 0Ч производится на специальных моторных установках. Существуют два метода определения 0Ч - исследовательский (0ЧИ - октановое число по исследовательскому методу) и моторный (0ЧМ - октановое число по моторному методу).

Наиболее важным конструктивным фактором, определяющим требования двигателя к октановому числу, является степень сжатия. Повышение степени сжатия двигателей автомобилей позволяет улучшить их технико-экономические и эксплуатационные показатели. При этом возрастает мощность и снижается удельный расход топлива. Однако с увеличением степени сжатия необходимо повышать октановое число бензина. Поэтому важнейшим условием бездетонационной работы двигателей является соответствие требований к детонационной стойкости двигателей октановому числу применяемых бензинов [3].

В топлива, детонационная стойкость которых не соответствует требованиям, добавляют высокооктановые компоненты (бензол, этиловый спирт) или антидетонаторы.

Антидетонаторы.   

Алкилсвинцовые антидетонаторы. Наиболее эффективной антидетонационной присадкой до конца XX столетия являлся тетраэтилсвинец (ТЭС). Способность ТЭС подавлять детонацию была открыта в 1921 г., а с 1923 г. начался массовый промышленный выпуск этого антидетонатора. В настоящее время (с июля 2004) в интересах экологической безопасности повсеместно запрещен.

Алкилсвинцовые антидетонаторы - тетраэтилсвинец и тетра-метилсвинец (ТМС) - применяются в виде жидкостей, включающих в свой состав кроме металлоорганических соединений, выноситель, наполнитель и краситель. Наибольшее распространение получили жидкости Р-9, П-2 и 1-ТС.

Этиловая жидкость Р-9 состоит из 54 % ТЭС, 33 % бромистого этила и 6 8+0,5 % монохлорнафталина в качестве выносителя свинца; 0,1 % красителя и наполнителя (керосин или бензин) до 100 %. Жидкость П-2 в качестве выносителя содержит дибромпропан, а жидкость 1-ТС - дибромэтан.

Тетраэтилсвинец при повышенных температурах от 200°С начинает разлагаться с образованием металлического свинца и свободного радикала. При температуре 500-600°С происходит полное разложение ТЭС и окисление металлического свинца.

Окись свинца прерывает избыточное развитие перекисных цепочек, образующихся в рабочей смеси, тем самым предотвращая процесс взрывного горения. При сгорании бензина, содержащего ТЭС, образуется окись свинца с низкой летучестью (t_пл =888°С), поэтому часть ее отлагается на стенках камеры сгорания, свечах, клапанах, что может вывести двигатель из строя.

Галоидоалкильные выносители (табл. 9) превращают металлический свинец и его окись в «летучие» галоидопроизводные, которые удаляются из двигателя вместе с отработавшими газами.

Таблица 9