Сумішотвірні показники та показники, що забезпечують пуск і роботу двигуна

ХІММОТОЛОГІЯ ПАЛИВА

 

Цей розділ з позицій хіммотології можна було б назвати приблизно так: «Основні властивості палива і їх вплив на конструкцію, роботу, безвідмовність, довговічність та економічність двигунів». Якраз із цих позицій і розглядаються в ньому всі відомі на сьогодні види палива. Зупинимося спочатку на загальних положеннях та вимогах до них.

Значення палива для становлення та розвитку будь-якої країни і перш за все автомобілів, будівельних та інших машин важко переоцінити. Розвиток техніки і машинобудування здебільшо приводить до збільшення споживання палива, а нова техніка, як правило, висуває нові вимоги до якості мастильних матеріалів. Ураховуючи той факт, що Україна майже не має власної сировини для здобуття високоякісного палива, зростає важливість його раціонального та економічного використання.

Паливо, яке застосовується, можна класифікувати за такими критеріями: агрегатним станом; теплотою спалювання; вихідною сировиною; способами виробництва і цільовим призначенням.

За агрегатним станом розрізняють тверде, рідке та газоподібне паливо.

Тверде паливо у двигунах використовується рідко і тільки після газифікації в газогенераторних пристроях або в пиловидному стані.

Газогенераторні автомобілі в 40-х роках XX ст. дістали деяке поширення та зіграли позитивну роль, особливо в тилу під час Великої Вітчизняної війни, вивільнивши тисячі тонн нафти для фронту. Тоді використовувались дерев'яні чурки та торф, у відносно компактних генераторах, установлених безпосередньо на автомобілях, що переробляли тверде паливо на генераторний газ, на якому і працювали двигуни.

Досліди щодо застосування для газифікації кам'яного вугілля були невдалими, оскільки зона горіння швидко забивалася шлаками.

Пиловидне вугільне паливо також не знайшло використання у зв'язку з його високою зольністю. Біда в тому, що частинки пилу мають не перевищувати 3 мкм, а подрібнення вугілля до такого стану надзвичайно трудомістке. Проте невдалі спроби зовсім не означають, що в цьому напрямі не слід працювати. Так, у США випробували двигун, який працював на вугільному пилу, а його пуск здійснювався на бензині.

Рідке паливо є основним видом палива для всіх двигунів внутрішнього згоряння. Саме про нього і йтиметься нижче.

Газоподібне паливо з кожним роком набуває все більшого значення як замінник рідкого палива. За рядом властивостей воно навіть перевершує останнє, тому слід чекати подальшого розширення його застосування.

Під теплотою згоряння палива для двигунів внутрішнього згоряння розуміють найнижчу теплоту згоряння з урахуванням утрати теплоти на випаровування води, що виникає при спалюванні палива.

Теплоту згоряння палива можна визначити за його елементним складом, тому що при повному згорянні кожного з горючих елементів, які входять у паливо, виділяється певна кількість теплоти. Виходячи з цього простого принципу, Д. І. Менделєєв запропонував формулу, за якою можна підрахувати вищу теплоту згоряння 1 кг будь-якого палива. В СІ ця формула має такий вигляд:

Q₃ = 33,913С + 102,995Н + 10,885 (О – S),

де Q₃ – вища питома теплота згоряння, МДж/кт; С, Н, О, S – масові частки елементів (вуглецю, водню, кисню, сірки), що входять до складу палива.

Нижча питома теплота згоряння палива менша за вищу на 2,512W, де W – кількість водяної пари (кг), яка виділяється при спалюванні 1 кг палива.

Найвищу питому теплоту згоряння має водень (103 МДж/кг), найнижчу (з рідин, що використовуються як паливо) – метиловий спирт (22 МДж/кг). Бензин має нижчу питому теплоту згоряння 44 МДж/кг, дизельне паливо – 42,7 МДж/кг, а етиловий спирт – 26 МДж/кг.

Нижча питома теплота згоряння стехіометричної горючої суміші різного палива з повітрям приблизно однакова і дорівнює 2,88 МДж/кг (для водню) та 2,76 МДж/кг (для метилового спирту). Це пояснюється тим, що чим більша теплота згоряння палива, тим більша кількість повітря потрібна для його повного згоряння (для водню – 27,7 кг, для бензину – 14,8 кг, для дизельного палива – 15 кг, а для етилового та метилового спиртів відповідно 9 і 6,5 кг на 1 кг палива).

Основні властивості палива та його вплив на безвідмовність і довговічність машин, а також питання, пов'язані з раціональним використанням палива, слід вивчати з позиції хіммотології.

Теплова енергія, що виконує корисну роботу у двигуні внутрішнього згоряння, створюється внаслідок хімічної реакції між паливом та киснем повітря у процесі згоряння палива в циліндрах двигуна. В сучасних швидкохідних двигунах процес згоряння палива відбувається дуже швидко – за десяті або соті частки секунди. Відповідно настільки швидко мають проходити процеси підготовки суміші палива з повітрям. Вищезгадана обставина висуває певні вимоги до якості палива, яке застосовується у двигунах внутрішнього згоряння.

У загальному вигляді вимоги до якісних сортів палива можна сформулювати так:

• паливо повинно мати високі експлуатаційні властивості, забезпечувати надійну й економічну роботу двигуна;

• паливо не повинно створювати особливих ускладнень при зберіганні, транспортуванні, перекачуванні та заправленні в баки машин;

• паливо не повинно бути токсичним і зумовлювати небезпеку забруднення навколишнього середовища.

Насамперед перевагу слід віддавати використанню того палива, якому притаманні висока теплота згоряння та мінімальна вартість.

За теплотою згоряння класифікація палива важлива тоді, коли треба оцінити його як енергоносій, а також при теплових розрахунках двигунів, розрахунках об'ємів паливних баків тощо. За цією ознакою розрізняють три види палива:

висококалорійне – з питомою теплотою згоряння більш як 42 МДж/кг;

середньокалорійне – з питомою теплотою згоряння 25...42 МДж/кг;

низькокалорійне – з питомою теплотою згоряння менше як 25 МДж/кг.

За походженням паливо класифікують тоді, якщо виникає потреба оцінити його сировинну базу або способи добуття палива. При цьому паливо розділяють на дві групи: нафтового та ненафтового походження.

Часто паливо ненафтового походження називають альтернативним. До нього належать спирти, водень тощо.

За цільовим призначенням паливо поділяється на паливо для двигунів з іскровим запалюванням (бензини), дизельне паливо, паливо для турбореактивних двигунів тощо.

Найважливішим показником якості палива є його енергетичний потенціал, тобто кількість теплової енергії, яку воно виділяє при згорянні.

Відповідно до цих аспектів і розглядають основні якості палива.

Крім бензинів та дизельних палив, слід ураховувати альтернативне, а також перспективне паливо. Для цього аналізують його переваги і недоліки з позиції хіммотології.

Під час розроблення заходів, що передбачають економію палива, необхідно звертатись до глибинного розуміння та аналізу основ теорії будови двигуна, засобів приготування робочих сумішей, процесів згоряння палива у двигунах, особливостей робочих процесів у різних режимах роботи машин, а також враховувати різні умови праці, конструктивні й експлуатаційні параметри бензинових і дизельних двигунів.

Показники якості палива, його експлуатаційні якості у підручнику розглядаються відповідно до названих вище аспектів.

 

ХІММОТОЛОГІЯ БЕНЗИНІВ

 

Експлуатаційні вимоги

Потужність двигуна, його моторесурс, надійність роботи, витрати палива і моторної оливи, токсичність відпрацьованих газів залежать від якості палива.

Автомобільний бензин – це суміш вуглеводнів з температурою кипіння від 30...35 до 195...215 °С.

Товарний бензин складається з суміші бензинових фракцій, здобутих різними способами перероблення нафти (атмосферної перегонки та крекінгів). Крім того, в них додають різні високооктанові компоненти, альтернативне паливо, газовий бензин (для поліпшення пускових якостей), а також присадки й інгібітори окиснення (для збільшення терміну зберігання), присадки, що мають мийні, антиобмерзальні та інші властивості.

Бензин – легкозаймиста горюча рідина (температура займання бензинів становить -27...-39 °С, а температура самозаймання -355...370 °С); тому слід ретельно виконувати правила техніки безпеки під час роботи з бензином.

Бензини повинні насамперед відповідати конструкціям двигунів і мати такі фізико-хімічні властивості, які забезпечували б:

• безперебійну подачу в систему живлення;

• утворення паливоповітряної суміші потрібного складу;

• нормальне та повне згоряння її у двигунах (без виникнення детонації);

• зменшення корозії, а також корозійного зношування деталей двигунів;

• зменшення відкладень у впускному трубопроводі, камері згоряння й інших деталях двигунів;

• збереження якостей при зберіганні, перекачуваннях і транспортуванні.

Кожна з перелічених вимог визначається одним або кількома показниками, значення яких для різних марок бензинів нормовано Держстандартами. Ці показники за їх впливом на ті чи інші властивості можна умовно поділити на:

• сумішотвірні, які забезпечують подачу бензину й утворення паливоповітряної суміші, та показники, що забезпечують пуск і роботу двигунів;

• показники, які забезпечують повне згоряння бензинів, їхні антидетонаційні властивості та властивості, що впливають на корозію й утворення відкладень у двигунах.

 

ХІММОТОЛОГІЯ ПАЛИВА

 

Цей розділ з позицій хіммотології можна було б назвати приблизно так: «Основні властивості палива і їх вплив на конструкцію, роботу, безвідмовність, довговічність та економічність двигунів». Якраз із цих позицій і розглядаються в ньому всі відомі на сьогодні види палива. Зупинимося спочатку на загальних положеннях та вимогах до них.

Значення палива для становлення та розвитку будь-якої країни і перш за все автомобілів, будівельних та інших машин важко переоцінити. Розвиток техніки і машинобудування здебільшо приводить до збільшення споживання палива, а нова техніка, як правило, висуває нові вимоги до якості мастильних матеріалів. Ураховуючи той факт, що Україна майже не має власної сировини для здобуття високоякісного палива, зростає важливість його раціонального та економічного використання.

Паливо, яке застосовується, можна класифікувати за такими критеріями: агрегатним станом; теплотою спалювання; вихідною сировиною; способами виробництва і цільовим призначенням.

За агрегатним станом розрізняють тверде, рідке та газоподібне паливо.

Тверде паливо у двигунах використовується рідко і тільки після газифікації в газогенераторних пристроях або в пиловидному стані.

Газогенераторні автомобілі в 40-х роках XX ст. дістали деяке поширення та зіграли позитивну роль, особливо в тилу під час Великої Вітчизняної війни, вивільнивши тисячі тонн нафти для фронту. Тоді використовувались дерев'яні чурки та торф, у відносно компактних генераторах, установлених безпосередньо на автомобілях, що переробляли тверде паливо на генераторний газ, на якому і працювали двигуни.

Досліди щодо застосування для газифікації кам'яного вугілля були невдалими, оскільки зона горіння швидко забивалася шлаками.

Пиловидне вугільне паливо також не знайшло використання у зв'язку з його високою зольністю. Біда в тому, що частинки пилу мають не перевищувати 3 мкм, а подрібнення вугілля до такого стану надзвичайно трудомістке. Проте невдалі спроби зовсім не означають, що в цьому напрямі не слід працювати. Так, у США випробували двигун, який працював на вугільному пилу, а його пуск здійснювався на бензині.

Рідке паливо є основним видом палива для всіх двигунів внутрішнього згоряння. Саме про нього і йтиметься нижче.

Газоподібне паливо з кожним роком набуває все більшого значення як замінник рідкого палива. За рядом властивостей воно навіть перевершує останнє, тому слід чекати подальшого розширення його застосування.

Під теплотою згоряння палива для двигунів внутрішнього згоряння розуміють найнижчу теплоту згоряння з урахуванням утрати теплоти на випаровування води, що виникає при спалюванні палива.

Теплоту згоряння палива можна визначити за його елементним складом, тому що при повному згорянні кожного з горючих елементів, які входять у паливо, виділяється певна кількість теплоти. Виходячи з цього простого принципу, Д. І. Менделєєв запропонував формулу, за якою можна підрахувати вищу теплоту згоряння 1 кг будь-якого палива. В СІ ця формула має такий вигляд:

Q₃ = 33,913С + 102,995Н + 10,885 (О – S),

де Q₃ – вища питома теплота згоряння, МДж/кт; С, Н, О, S – масові частки елементів (вуглецю, водню, кисню, сірки), що входять до складу палива.

Нижча питома теплота згоряння палива менша за вищу на 2,512W, де W – кількість водяної пари (кг), яка виділяється при спалюванні 1 кг палива.

Найвищу питому теплоту згоряння має водень (103 МДж/кг), найнижчу (з рідин, що використовуються як паливо) – метиловий спирт (22 МДж/кг). Бензин має нижчу питому теплоту згоряння 44 МДж/кг, дизельне паливо – 42,7 МДж/кг, а етиловий спирт – 26 МДж/кг.

Нижча питома теплота згоряння стехіометричної горючої суміші різного палива з повітрям приблизно однакова і дорівнює 2,88 МДж/кг (для водню) та 2,76 МДж/кг (для метилового спирту). Це пояснюється тим, що чим більша теплота згоряння палива, тим більша кількість повітря потрібна для його повного згоряння (для водню – 27,7 кг, для бензину – 14,8 кг, для дизельного палива – 15 кг, а для етилового та метилового спиртів відповідно 9 і 6,5 кг на 1 кг палива).

Основні властивості палива та його вплив на безвідмовність і довговічність машин, а також питання, пов'язані з раціональним використанням палива, слід вивчати з позиції хіммотології.

Теплова енергія, що виконує корисну роботу у двигуні внутрішнього згоряння, створюється внаслідок хімічної реакції між паливом та киснем повітря у процесі згоряння палива в циліндрах двигуна. В сучасних швидкохідних двигунах процес згоряння палива відбувається дуже швидко – за десяті або соті частки секунди. Відповідно настільки швидко мають проходити процеси підготовки суміші палива з повітрям. Вищезгадана обставина висуває певні вимоги до якості палива, яке застосовується у двигунах внутрішнього згоряння.

У загальному вигляді вимоги до якісних сортів палива можна сформулювати так:

• паливо повинно мати високі експлуатаційні властивості, забезпечувати надійну й економічну роботу двигуна;

• паливо не повинно створювати особливих ускладнень при зберіганні, транспортуванні, перекачуванні та заправленні в баки машин;

• паливо не повинно бути токсичним і зумовлювати небезпеку забруднення навколишнього середовища.

Насамперед перевагу слід віддавати використанню того палива, якому притаманні висока теплота згоряння та мінімальна вартість.

За теплотою згоряння класифікація палива важлива тоді, коли треба оцінити його як енергоносій, а також при теплових розрахунках двигунів, розрахунках об'ємів паливних баків тощо. За цією ознакою розрізняють три види палива:

висококалорійне – з питомою теплотою згоряння більш як 42 МДж/кг;

середньокалорійне – з питомою теплотою згоряння 25...42 МДж/кг;

низькокалорійне – з питомою теплотою згоряння менше як 25 МДж/кг.

За походженням паливо класифікують тоді, якщо виникає потреба оцінити його сировинну базу або способи добуття палива. При цьому паливо розділяють на дві групи: нафтового та ненафтового походження.

Часто паливо ненафтового походження називають альтернативним. До нього належать спирти, водень тощо.

За цільовим призначенням паливо поділяється на паливо для двигунів з іскровим запалюванням (бензини), дизельне паливо, паливо для турбореактивних двигунів тощо.

Найважливішим показником якості палива є його енергетичний потенціал, тобто кількість теплової енергії, яку воно виділяє при згорянні.

Відповідно до цих аспектів і розглядають основні якості палива.

Крім бензинів та дизельних палив, слід ураховувати альтернативне, а також перспективне паливо. Для цього аналізують його переваги і недоліки з позиції хіммотології.

Під час розроблення заходів, що передбачають економію палива, необхідно звертатись до глибинного розуміння та аналізу основ теорії будови двигуна, засобів приготування робочих сумішей, процесів згоряння палива у двигунах, особливостей робочих процесів у різних режимах роботи машин, а також враховувати різні умови праці, конструктивні й експлуатаційні параметри бензинових і дизельних двигунів.

Показники якості палива, його експлуатаційні якості у підручнику розглядаються відповідно до названих вище аспектів.

 

ХІММОТОЛОГІЯ БЕНЗИНІВ

 

Експлуатаційні вимоги

Потужність двигуна, його моторесурс, надійність роботи, витрати палива і моторної оливи, токсичність відпрацьованих газів залежать від якості палива.

Автомобільний бензин – це суміш вуглеводнів з температурою кипіння від 30...35 до 195...215 °С.

Товарний бензин складається з суміші бензинових фракцій, здобутих різними способами перероблення нафти (атмосферної перегонки та крекінгів). Крім того, в них додають різні високооктанові компоненти, альтернативне паливо, газовий бензин (для поліпшення пускових якостей), а також присадки й інгібітори окиснення (для збільшення терміну зберігання), присадки, що мають мийні, антиобмерзальні та інші властивості.

Бензин – легкозаймиста горюча рідина (температура займання бензинів становить -27...-39 °С, а температура самозаймання -355...370 °С); тому слід ретельно виконувати правила техніки безпеки під час роботи з бензином.

Бензини повинні насамперед відповідати конструкціям двигунів і мати такі фізико-хімічні властивості, які забезпечували б:

• безперебійну подачу в систему живлення;

• утворення паливоповітряної суміші потрібного складу;

• нормальне та повне згоряння її у двигунах (без виникнення детонації);

• зменшення корозії, а також корозійного зношування деталей двигунів;

• зменшення відкладень у впускному трубопроводі, камері згоряння й інших деталях двигунів;

• збереження якостей при зберіганні, перекачуваннях і транспортуванні.

Кожна з перелічених вимог визначається одним або кількома показниками, значення яких для різних марок бензинів нормовано Держстандартами. Ці показники за їх впливом на ті чи інші властивості можна умовно поділити на:

• сумішотвірні, які забезпечують подачу бензину й утворення паливоповітряної суміші, та показники, що забезпечують пуск і роботу двигунів;

• показники, які забезпечують повне згоряння бензинів, їхні антидетонаційні властивості та властивості, що впливають на корозію й утворення відкладень у двигунах.

 

Сумішотвірні показники та показники, що забезпечують пуск і роботу двигуна

На сумішотвірні показники бензинів впливають їхні густина, в'язкість, поверхневий натяг, випаровуваність, тиск насичених парів і низькотемпературні властивості.

Густина бензину впливає на витрати палива крізь жиклери та рівень бензину в попалвцевій камері карбюратора. Тому густина бензину має знаходитись у межах 690...750 кг/м³ при +20 °С. Зниження густини бензину призводить до підвищення рівня в поплавцевій камері карбюратора і самочинному (довільному) витіканню палива з розпилювачів. Густина бензину зі зниженням температури на кожні 10 °С збілшується приблизно на 1% (рис. 1.1).

Знаючи температуру, при якій визначено густину бензину, можна звести її до стандартної температури (+20 °С):

Збільшення в 'язкості бензинів може призвести до недопустимого збіднення робочої суміші (рис. 1.2).

В'язкість переважно впливає на об'ємну кількість палива, що проходить крізь жиклер за одиницю часу (рис. 1.3), а отже, і на його витрату. Витікання бензину крізь жиклер при зміні температури від +40 до –40 °С знижується на 20...30 %.

Поверхневий натяг усіх автомобільних бензинів однаковий і при температурі +20 °С становить 20...2.4 мН/м, тобто приблизно в 3,5 ра-за менший, ніж води.

Таким чином, густина, поверхневий натяг і, особливо, в'язкість автомобільних бензинів впливають на сумішеутворення, що треба враховувати при регулюванні дозувальної апаратури. Проте для нормальної роботи двигуна ще недостатньо точно реалізувати програму дозування палива. Дуже важливо, щоб перед згорянням воно випаровувалось й утворювалась горюча суміш з повітрям.

Властивості бензинів, які забезпечують пуск та роботу двигунів. Утворення горючої суміші палива і повітря залежить як від фізичних властивостей самого палива, так і від умов, в яких відбувається цей процес, тобто від кількості теплоти, що підводиться до горючої суміші, та тривалості процесу сумішоутворення. Ця властивість бензинів називається випаровуваністю. Вона характеризує його здатність переходити з рідкого стану в газоподібний.

Від випаровуваності бензину залежать пуск і прийомистість двигуна, надійність його роботи в різних умовах, витрати та втрати бензину при транспортуванні, а також зношування деталей, які труться.

Про випаровуваність бензину судять за двома стандартизованими показниками: фракційним складом і тиском насичених парів.

Фракційний склад визначають за температурою википання компонентів (фракцій) бензину, що характеризуються температурою початку кипіння, температурою википання 10 % фракцій, 50 % фракцій, 90 % фракцій, кінця кипіння та залишком у колбі (рис. 1.4).

Температура початку перегонки (кипіння) і температура перегонки 10 % бензину характеризують його пускові властивості, схильність до утворення парових пробок у системі живлення двигуна та обмерзання карбюратора. За температурою википання 10 % фракцій бензину можна приблизно визначити мінімальну температуру навколишнього повітря, при якій можливий пуск двигуна.

Усі сучасні бензини мають однаковий фракційний склад температуру початку кипіння tnK = 35 °С, температуру википання tm = 55 °С (зимові бензини) і t 10 = 70 °С (літні). Пуск двигуна на зимових бензинах можливий при температурі –28,5 °С, а на літніх – при температурі – 20,5 °С.

Легкий пуск двигунів здійснюється при температурі t = – 5 °С.

Однак бензини, що випускаються за технічними умовами України (ТУУ), не поділяються на літні та зимові і температура їх t І0 = 75°С, а t50 =120°С. Пуск двигунів без підігрівання на цих бензинах може бути при температурі повітря t пов –18 °С, що відповідає кліматичним умовам України.

Таким чином, якщо температура навколишнього повітря нижча за -18 °С, то пуск холодного двигуна без попереднього підігрівання чи використання спеціальних пускових рідин на сучасних бензинах України практично неможливий.

Використання взимку літніх бензинів веде до перевитрати палива на 3...5 %. При застосуванні зимових бензинів улітку легкі фракції починають інтенсивно випаровуватись, у паливопідвідній системі утворюються парові пробки, знижується коефіцієнт наповнення циліндрів, спадає потужність, двигун перегрівається і, як наслідок, виникають перебої в його роботі, двигун глохне.

Температура википання 50 % фракцій (t₅₀) характеризує середню випаровуваність бензину, що впливає на прийомистість, прогрівання, стійку роботу двигуна та обмерзання карбюратора. Чим нижча температура, тим вищі випаровуваність бензину і стійкість роботи двигуна на ньому, але тим більша небезпека обмерзання карбюратора. Температура t50 літніх бензинів становить 115°С, а зимових – 100°С.

Температура википання 90 % фракцій бензину (t₉₀) і температура закінчення його кипіння характеризують повноту згоряння палива та визначають прийомистість гарячого двигуна, легкість переходу з малого газу на повний і, навпаки, робоче зношування двигуна, втрати палива і моторної оливи, склад відпрацьованих газів та інші експлуатаційні характеристики машини. Чим нижчі температури t90 і t_KK, тим надійніше працює двигун. Крім того, наявність у бензині важких фракцій, які погано випаровуються, підвищує його схильність до конденсації. Температуру початку конденсації називають точкою роси. Схильність палива до конденсації тим менша, чим менший інтервал температури від t 90 до t к к. Температура t 90 літніх бензинів становить 180°С, зимових –160°С, а температура t кк відповідно дорівнює 195 та 185 °С (за ТУУ t90 = 190 °С і t кк = 215 °С).

Із підвищенням цих температур бензин повністю не випаровується і надходить у циліндри в рідкому стані. Рідкі краплі палива, що не випарились, летять із великою швидкістю та можуть спричинити механічне зношування верхньої частини стінок циліндрів. Крім того, краплі важких фракцій бензину не повністю згоряють у циліндрах

днигуна і питома витрата палива збільшується (рис. 1.5). При цьому більше бензину протікає в картер, змиваючи оливну плівку зі стінок циліндра та поршня і розріджуючи оливу в картері, що призводить до інтенсивного зношування цюгіндро-поршневої групи двигуна (рис. 1.6),збільшення імовірності утворення лаків та нагарів і витрати оливи внаслідок неповного згоряння палива. Тому вважають, що чим менший інтервал температур від t9 0 до tкк, тим вища якість бензину, краща економічність та нижча інтенсивність зношування деталей двигуна. Вплив фракційного складу бензину на його експлуатаційні властивості при різній температурі навколишнього повітря показано на рис. 1.7. Номограму для експлуатаційного оцінювання бензинів за даними їх розгонки зображено на рис. 1.8. На її горизонтальній осі відкладено температури характерних точок розгонки палива, а на вертикальній – температуру зовнішнього повітря t пов у межах +60...–30°С.

 

 

Усе поле на номограмі поділено на три зони (а, б, в), що відповідають можливим коливанням температури у сучасних бензинів, при якій випаровується 10, 50 і 90 % їхнього об'єму за ГОСТ 2084–77.

Легкість пуску бензинового двигуна безпосередньо пов'язана з наявністю в бензинах легких фракцій, які характеризуються початком кипіння та википання 10 % бензину. Вважають, що двигун пускається легко, якщо він починає працювати після одного-двох обертів колінчастого вала при частоті обертання 35...40–1 хв.

Для оцінювання пускових властивостей бензинів потрібно на номограмі (див. рис. 1.8) знайти два значення температури зовнішнього повітря, які є нижніми межами легкого й утрудненого пусків двигуна. З цією метою на горизонтальній осі (перший прямокутник) знаходять точку, що відповідає температурі t10 0 (для ілюстрації на номограмі t10 стосовно літнього бензину t10 = 70 °С), з неї опускають перпендикуляр (вертикальна штрихова лінія); точку перетину перпендикуляра з похилими суцільними лініями переносять на вертикальну вісь і на ній зчитують відповідь. У розглядуваному прикладі легкий пуск холодного двигуна на літніх бензинах можливий при температурі -5 °С, а важкий (майже неможливий) – при температурі –18 °С.

На зимових бензинах (t10 = 55 °С) легкий пуск двигуна можливий при температурі -18 °С, а важкий (майже неможливий) – при температурі -22 °С, тобто похибка визначення температури за номограмою незначна порівняно з оцінкою за формулою (1.2).

Після пуску холодного двигуна його треба прогріти. Чим коротший цей етап, тим швидше машина буде підготовлена до роботи (руху), тим менші розрідження оливи та зношування деталей двигуна. Здатність бензину забезпечувати швидке прогрівання двигуна прийнято характеризувати температурою t 50. З нею пов'язують прийоми-стість двигуна і стійкість його роботи при малому відкриванні дроселя.

Сучасні літні бензини мають tso= 115 °С, а зимові -110 °С. Якщо опустити перпендикуляри із точок 115 та 110 °С до перетину з кривою (другий прямокутник на рис. 1.8) і провести горизонтальну пряму до перетину з віссю ординат, то можна встановити, що швидке прогрівання двигуна на літньому бензині забезпечується при температурі не нижче -20 °С, а на зимовому – не нижче -25 °С. Ступінь розрідження оливи можна знайти за номограмою (третій прямокутник на рис. 1.8), виходячи з температур закінчення кипіння tкк = 195 °С літніх та t кк = 185 °С зимових бензинів. Як випливає з рисі.8, зона помітного розрідження оливи для літніх бензинів починається при + 10 °С і закінчується при -9 °С, а для зимових відповідно при +5 °С та -20 °С.

Інтенсивне зношування двигуна (третій прямокутник на рис. 1.8) починається при температурі повітря -9 °С (літні бензини) і -20 °С (зимові бензини).

Слід відзначити, що при температурі повітря, вищій від граничних температур, знайдених за номограмою, немає потреби застосовувати будь-які засоби підігрівання двигуна і, навпаки, вони є обов'язковими при температурі повітря, нижчій за критичні (знайдені за номограмою).

Небезпека утворення парових пробок може бути також визначена за номограмою (перший прямокутник на рис. 1.8). Наприклад, для бензину t 10 = 70 °С (літнього) відповідна температура становитиме +55 °С, а для бензину з t10 = 55 °С (зимового) вона дорівнюватиме +40 °С за умови, що висота місцевості над рівнем моря не більша, ніж 500 м. Для гірських місцевостей ці температури потрібно знижувати на 5°С з кожними 1000 м підйому над рівнем моря.

Температура розгонки бензинів як метод оцінювання їхньої випаровуваності має один важливий недолік: на стандартному апараті неможливо сконденсувати пари бензину і тому точно оцінити легкі фракції, найнебезпечніші з погляду утворення парових пробок у па-ливопроводах, не можна.

Тому експлуатаційну оцінку випаровуваності бензинів, одержану за номограмою, слід розглядати як наближену, оскільки номограма не враховує конструктивні особливості двигуна та його системи живлення, вплив яких може позначитись на деякій розбіжності фактичних значень і визначених за номограмою.

Тиск насичених парів бензинів визначають при температурі 38°С за допомогою стандартних герметично закритих приладів. Цей показник дає можливість зробити точніший висновок про пускові властивості бензину.

Чим вищий тиск насичених парів, тим більше в бензині фракцій, які легко випаровуються, і, як наслідок, кращі його пускові властивості та швидше прогрівається двигун. Водночас зростає небезпека утворення повітряних пробок і втрати бензину від випаровування при його зберіганні.

Можливість виникнення парових пробок залежить від багатьох чинників, основними з яких є кількість легкої частини палива та температура повітря в підкапотному просторі, що на 40...50 °С перевищує температуру повітря. Підвищення температури сприяє виникненню парових пробок. Від експлуатації автомобілів, наприклад у гірських умовах, в умовах бездоріжжя, на малій швидкості, можливість виникнення парових пробок збільшується. В системі живлення двигуна при нагріванні бензину відбувається випаровування легко-киплячих вуглеводнів не тільки з відкритої поверхні, айв об'ємі палива, з утворенням великої кількості пари. Об'єм пари у 150...200 разів більший, ніж об'єм вуглеводнів у рідкому стані.

Таким чином, у бензині сильно підвищується об'єм парової фази тазменшується об'єм рідкої. Через систему живлення двигуна в цьому випадку проходить суміш, що складається з рідкого бензину, його парів і невеликої кількості повітря, яке виділилося при нагріванні бензину. Це призводить до зниження подачі насосом масової кількості палива, надмірного збіднення горючої суміші, перебоїв у роботі двигуна, зменшення його потужності, а іноді – до зупину двигуна.

Зупин двигуна в жаркі дні внаслідок інтенсивного випаровування легких фракцій бензину має такий самий характер, як і при забрудненні паливопроводів механічними домішками. Тому це явище дістало назву парових пробок. Утворення їх ускладнює повторний пуск двигуна під час короткочасних зупинів через нестачу бензину в поплавцевій камері та труднощі загоряння збідненої суміші.

При використанні влітку зимових бензинів, крім перебоїв у роботі двигуна через наявність парових пробок, можуть бути великі втрати палива і забруднення навколишнього середовища легковипаровуваними фракціями бензину. Чим нижча температура його кипіння та вища температура навколишнього повітря, тим більша частка бензину знаходиться в баці у пароподібному стані. При заповненні бака новою порцією палива бензиноповітряна суміш витискується рідким паливом в атмосферу. Це і є безповоротні витрати бензину з бака. Для їх зменшення бак машини кожного разу має заповнюватись повністю.

Таким чином, з одного боку, наявність у бензині фракцій, що легко випаровуються та мають високий тиск насичених парів, є шкідливою, оскільки веде до утворення повітряних пробок і підвищених витрат бензину при його зберіганні, а з іншого – корисною, тому що від неї залежать легкість пуску та швидке прогрівання двигуна. Тому промисловість випускає бензин із таким фракційним складом і таким тиском насичених парів, щоб схильність до утворення у паливопроводах парових пробок була мінімальною влітку, але щоб він мав необхідні пускові властивості взимку.

Тиск насичених парів літніх бензинів становить 66 661 Па (500 мм рт.ст.), а зимових – 66 661...93 325 Па (500...700 мм рт.ст.). При цьому слід відзначити, що крім тиску насичених парів та фракційного складу на випаровуваність бензину впливають поверхневий натяг, в'язкість, теплоємність, коефіцієнт дифузії тощо.

Низькотемпературні властивості бензинів обумовлюють їхні можливості щодо забезпечення працездатності паливопідвідної системи при мінусових температурах.

При низьких температурах може статись обмерзання карбюратора або припинення подачі бензину у двигун через випадання кристалів льоду.

Обмерзання карбюратора залежить від наявності в бензині легких фракцій і характеризується температурою випаровування 10 та 50 % бензину. Це явище пов'язане з поглинанням теплоти під час випаровування бензину. При температурі навколишнього повітря 5...7 °С через 2,5 хв після пуску двигуна температура дросельної заслінки може знизитись до -14 °С, а вода, що конденсується на ній з повітря, перетворитися на лід.

Автомобільний транспорт, будівельні та інші машини на більшій частині території нашої країни понад півроку експлуатуються при знижених температурах повітря, тому боротьба з їх обмерзанням є досить актуальною. З цією метою до бензинів додають спеціальні присадки: поверхневоактивні речовини (ПАР), іноді спирти, гліколі, ефіри, аміди й інші речовини в кількості 1...3 %. Можна використовувати присадку «Найк», що має мийні та захисні властивості, в кількості 0,02...0,4 %.

При цьому слід пам'ятати, що чим більша висота над рівнем моря, тим повітря більш розріджене, нижча температура кипіння рідини, вірогідніше утворення парових пробок у системі живлення двигуна і тим більша вірогідність обмерзання карбюратора.

Найбільші ускладнення при експлуатації двигунів в умовах низьких температур пов'язані з утворенням у бензинах кристалів льоду.