Влияние фракционного состава топлива на эксплуатационные показатели двигателей.

 

Температура начала перегонки (начала кипения) t_н.к ограничена в сторону уменьшения: она не должна быть меньше 35°С для всех марок бензина летнего вида. Этим условием предусматривается гарантия от возникновения паровоздушных пробок.

Легкие фракции бензина (по кривой от начала кипения до выкипания 10 %) характеризуют пусковые свойства топлива: чем ниже температура выкипания 10 % топлива, тем лучше пусковые свойства. Для пуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10 % бензина выкипало при температуре не выше 55°С (зимний сорт) и 70°С (летний). Зная температуру выкипания 10% бензина, можно оценить минимальную температуру воздуха, при которой пуск легкий t_лп), пуск возможен (t_вп) и пуск невозможен (t_пн):

t_лп = t₁₀/1,25 - 59; t_вп= t₁₀/2- 50,5;  t_пн = t₁₀/2- 50,5 + (t_нк - 50)/3.

Для стандартных автомобильных бензинов зимнего вида t_пн = -28 °С. Например, имеем:

Летний бензин t_нк= 40°С, t₁₀% = 70°С; зимний бензин t_нк= 35°С, t₁₀% = 55°С. Тогда получим:

  летний бензин: t_лп= -3°С, t_вп= -15,5°С, tпн = -18,8°С;

  зимний бензин: t_лп= - 1 5 ° С, t_вп = - 2 3 ° С, t_пн= - 2 8 ° С.

Полученные цифры нельзя воспринимать как незыблемый критерий возможности пуска. Формулы эмпирические, и результаты могут варьироваться как в одну, так и в другую сторону в зависимости от состояния двигателя в целом и аккумуляторной батареи с карбюратором в частности.

При температуре окружающего воздуха ниже -25°С для пуска холодного двигателя необходим предварительный подогрев. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя, в дальнейшем они начинают интенсивно испаряться в топливном баке, бензопроводах. Вместе с жидкостью через жиклер карбюратора поступает пар, снижается коэффициент наполнения цилиндров, падает мощность, двигатель перегревается. В топливоподающей системе образуются паровые пробки, возникают перебои в работе, двигатель глохнет. Особенно это часто наблюдается при использовании зимних сортов бензина летом. В связи с этим количество легкокипящих углеводородов в бензине ограничивают; температура начала кипения для всех сортов бензина должна быть не ниже 35°С.

Основную часть топлива называют рабочей фракцией (по кривой разгонки от 10 до 90 %). От испаряемости рабочей фракции зависят, образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). По стандарту рабочую фракцию нормируют 50 % точкой. С понижением температуры окружающего воздуха требуются бензины с более низкой температурой перегонки 50% бензина: для летнего - не выше 115°С, для зимнего - не выше 100°С. Чем она ниже, тем однороднее состав топлива и горючей смеси по отдельным цилиндрам, устойчивее работает двигатель, лучше приемистость.

Температура перегонки концевых фракций (от 90 % до конца кипения) влияет на полноту испарения топлива, полноту сгорания, на токсичность выхлопа, а также на экономичность и износ двигателя. Концевые фракции поступают в цилиндр, не испарившись, они не участвуют в сгорании, и экономичность двигателя ухудшается. Тяжелые фракции бензина, осевшие на стенках цилиндра, смывают смазочную пленку, разжижают масло и увеличивают износ. Несгоревшее топливо откладывается также на поверхностях камеры сгорания и поршней в виде нагара, который инициирует детонационное сгорание и калильное зажигание. Чем меньше интервал температуры от 90% до конца кипения, тем выше качество топлива. Объем остатка в колбе (количество не испарившегося при перегонке бензина) характеризует наличие в бензине тяжелых, трудно испаряемых 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.

Зимние виды бензина имеют более легкий, чем летние, фракционный состав, что необходимо для облегчения пуска двигателей в холодное время года. В целом фракционный состав определяет легкость и надежность пуска двигателя, возможность образования паровых пробок, полноту сгорания и экономичность, длительность прогрева, приемистоть, интенсивность износа деталей двигателя.

Для оценки испаряемости бензина определяют зависимость количества испарившегося бензина от температуры. Дело в том, что по температурам, при которых перегоняются отдельные фракции бензина, можно косвенно судить о давлении насыщенных паров этих фракций. Чем ниже температура перегонки какой-либо фракции, тем выше давление насыщенных паров.

График, показывающий зависимость объёма отогнанного топлива (в %) от температуры, называется кривой перегонки. Кривая перегонки даёт наглядное представление о фракционном составе топлива.

По характерным точкам на кривой фракционного состава можно приближенно судить о некоторых эксплуатационных качествах бензина.

 

Аппаратура и реактивы

1.Прибор для перегонки (разгонки) нефтепродуктов по ГОСТ 1392-63 (рис. 3).

2.Цилиндры измерительные на 100 и 10 мл. по ГОСТ 1770-64.

3.Круглодонная колба на 200 мл.

4.Термометр с корковой пробкой.

5.Горелка газовая или электрическая плитка.

6.Автомобильные бензины марок АИ-80, АИ-92, АИ-95, АИ-98;

Проведение испытаний

 

Определение фракционного состава бензинов проводится в соответствии с ГОСТ 2177-82.

Ход работы

1.Сухим чистым цилиндром отмерить 100 мл испытуемого бензина и осторожно перелить его в колбу.

2.Колбу с бензином ставят на асбестовую прокладку внутренним диаметром 30 мм. Отводную трубку колбы соединяют с верхним концом трубки холодильника. Закрывают колбу асбестом.

3.В шейку колбы вставляют притертый термометр, так чтобы верх ртутного шарика находился на уровне отводной трубки.

4.Измерительный цилиндр, которым отмеривали бензин, ставят, не высушивая, под нижний конец трубки холодильника. Трубка должна входить в цилиндр на глубину, не менее чем 25 мм.

5.На время перегонки отверстие цилиндра закрывают ватой.

6.Подключить воду к холодильнику, температуру воды поддерживать не выше 5°С.

7.Включить нагрев колбы.

8.Во время перегонки регистрируют температуру начала кипения -падения первой капли в цилиндр (t_HK). Дальнейшую перегонку ведут со скоростью 4-5 мл/мин, что соответствует 20-25 каплям за 10 секунд. Запись показаний термометра производится через каждые 10 мл перегонки дистиллята.

9.Регистрируют температуры соответствующие моментам, когда уровень

(t₁₀%, t₅₀%, t₉₀%) жидкости в цилиндре доходит до 10, 50, 90 мл   t₅₀%,

Рис. 3. Прибор для определения фракционного состава бензина: 1– колба с испытуемым топливом; 2 – холодильник; 3 – термометр; 4 – мерный цилиндр; 5 –электрическая плитка; 6 – защитный кожух.

10. Перегонка считается законченной, когда прекратится рост температуры и наступит ее небольшое падение. Наивысшая достигнутая температура считается температурой конца кипения топлива (t_цк).

11.После остывания колбы из неё вынимают термометр и снимают с прибора. Оставшийся в колбе остаток сливают в измерительный цилиндр на 10 мл и замеряют с точностью до 0,1 мл.

Обработка результатов

По результатам перегонки, которые должны быть записаны в таблицу 6, строится график.

По вертикали откладывается объём дистиллята в %, а по горизон­тали - температура. Кривая должна иметь плавный характер и не дохо­дить до 100% на величину остатка в колбе и потерь при перегонке, т.е. практически на 2-3%.

Результаты экспериментального определения показателей фракционного

состава автомобильного бензина

Таблица 6

Наименование показателя	Значение
температура начала перегонки, °С
температура перегонки, ^0С    10%    50%    90%
конец кипения, °С
доля остатка в колбе, % (по объему)

3. Номограмма для определения влияния фракционного состава бензина на