Влияние свойств легкого топлива на топливоподачу

На подачу топлива в смесеобразующую систему оказывают влияние свойства самого топлива: наличие в нем примесей, склонность топлива к образованию паровых пробок и его низкотемпературные свойства.

Содержание в топливе механических примесей (пыли, ржавчины, других твердых веществ) и воды может нарушить его подачу в топливную систему вследствие засорения фильтрующих элементов, клапанов насоса, жиклеров, трубопроводов и форсунок механическими примесями, а в холодное время – кристаллами льда из-за застывания воды. Следовательно, в топливе недопустимо наличие механических примесей и воды.

В бензине и других светлых нефтепродуктах содержание механических примесей и воды определяют визуально, после отстаивания испытуемого топлива в закрытом стеклянном сосуде диаметром 40…55 мм в течение 12…18 ч при комнатной температуре. Топливо не должно содержать ни взвешенных, ни осевших на дно цилиндра примесей и выделившейся при отстаивании воды.

Склонность топлива к образованию паровых пробок обусловлена величиной давления насыщенных паров. Давление насыщенных паров – это давление, которое развивают пары в условиях равновесного состояния с жидкостью при заданной температуре. С повышением температуры оно возрастает. В зависимости от соотношения паровой и жидкой фаз оно также возрастает с ростом последней.

Давление насыщенных паров бензина определяется по методу Рейда (ГОСТ 1756–2000) в специальной бомбе при соотношении паровой и жидкой фаз (3,8…4,2):1 и температуре 37,8 °С (рис. 5). При больших давлениях насыщенных паров бензин склонен к образованию паровых пробок. Перебои в подаче топлива могут возникнуть в жаркое время из-за образования паровых или паровоздушных пробок в топливопроводе. Этому способствуют разрежение, создаваемое топливным насосом, а также нагревание бензина вследствие получения тепла от двигателя.

В современных впрысковых системах топливоподачи возможность образования паровых пробок в значительной степени исключена благодаря близости расположения автономного электрического топливного насоса к баку с горючим (часто он располагается внутри него). При этом топливо в насос поступает с небольшим разрежением или самотеком. После насоса давление топлива в системе, как правило, не менее 0,25 МПа, поэтому даже некоторое повышение температуры не приводит к разрыву сплошности жидкой фазы.

В устаревших конструкциях карбюраторных систем топливоподачи с длинной всасывающей линией и малыми давлениями подкачки под влиянием паровых пробок происходит заметное обеднение горючей смеси, и даже полное прекращение подачи ее в двигатель. Кроме этого, в жаркое время после остановки двигателя в карбюраторе часто наблюдается интенсивное кипение бензина (вследствие прекращения циркуляции и разогрева), приводящее к вытеснению его через главную дозирующую систему в смесительную камеру. Это явление приводит к попаданию жидкого бензина в цилиндры, к разжижению масла и затрудненному запуску горячего двигателя. Отсюда следует, что в легком топливе должно быть ограничено содержание низкокипящих углеводородов, вызывающих образование паровых пробок в системе питания.

Как следует из данных, представленных на рис. 6, по мере увеличения температуры воздуха во избежание появления пробок необходим бензин с меньшим давлением насыщенных паров. Бензин, предназначенный для использования при низких температурах воздуха (зимой, в северных районах), может иметь более высокое давление насыщенных паров (до 100…110 кПа) для сохранения пусковых качеств, чем бензин летний или южный, у которого давление насыщенных паров должно быть ограничено (до 40…50 кПа). Однако при дальнейшем его понижении существенно ухудшаются пусковые свойства топлива даже при положительных температурах воздуха.

Низкотемпературные свойства топлива проявляются в холодное время. Нарушение подачи может быть вызвано присутствием в топливе относительно легко кристаллизующихся компонентов. Углеводородные топлива обладают свойством поглощать воду из воздуха и растворять ее. Растворимость воды невелика и зависит при прочих равных условиях от температуры и химического состава топлива. Наибольшей гигроскопичностью обладают ароматические углеводороды, особенно бензол, а также кислородсодержащие компоненты бензина – спирты и эфиры. С понижением температуры растворимость воды в топливе падает, вследствие этого часть ее выделяется из раствора в виде мельчайших капель, которые при отрицательной температуре замерзают, образуя кристаллы льда.

Образование твердых кристаллов в топливе при понижении температуры может явиться также следствием перехода в твердое состояние
углеводородов, входящих в его состав. В бензине в первую очередь в
твердое состояние могут переходить пара -ксилол (t _кр= 13,2 °С), бензол
(t _кр= 5,5 °С) и циклогексан (t _кр= 6,5 °С). Низкотемпературные свойства бензинов оценивают по температурам помутнения и кристаллизации.

Температурой помутнения топлива называют температуру, при которой топливо начинает мутнеть вследствие выделения микроскопических капель воды или микрокристаллов льда, или микрокристаллов углеводородов. Потерявшее прозрачность топливо еще обладает достаточной текучестью, однако осаждающиеся на фильтрующих элементах кристаллики могут послужить причиной полного прекращения подачи топлива.

Температурой кристаллизации топлива называют максимальную температуру, при которой в топливе невооруженным глазом обнаруживают кристаллы льда или бензола.

Температуры помутнения и кристаллизации определяются, согласно ГОСТ 5066–91, на специальном приборе (рис. 7). Стандартную пробирку с мешалкой и термометром помещают в другую пробирку, являющуюся воздушной баней, и вставляют в сосуд с охлаждающей смесью спирта с углекислотой. Топливо, налитое в пробирку, перемешивают, охлаждают и фиксируют температуру помутнения и начала кристаллизации.

В целом бензины обладают хорошими низкотемпературными свойствами, зависящими от группового и фракционного составов топлива. Наихудшими низкотемпературными свойствами обладают парафины и ароматические углеводороды, наилучшими – цикланы. В легких фракциях нефти, используемых для изготовления бензинов, углеводороды с высокой температурой плавления практически отсутствуют, поэтому отсутствует и опасность кристаллизации углеводородов вплоть до минус 60 °С. В бензине высокого качества количество растворенной воды не превышает 0,03 %, что не оказывает существенного влияния на его низкотемпературные свойства.