Испаряемость автомобильных бензинов и их фракционный состав.

Испаряемостью жидкостей называется способность их переходить из жидкого состояния в парообразное. Автомобильные бензины должны обладать определенной испаряемостью, обеспечивающей: легкий пуск двигателя, быстрый его прогрев, полное сгорание бензина после прогрева двигателя, невозможность образования паровых пробок в топливной системе. Испаряемость характеризуется в основном фракционным составом топлива (температурными пределами выкипания отдельных фракций топлива) и давлением насыщенных паров (давление пара , находящегося в равновесии с жидкостью при определенной температуре). Фракционный состав является показателем испаряемости бензина и устанавливает зависимость между объемом бензина и температурой, при которой он перегоняется.

При определении фракционного состава любого топлива отмечаются температуры начала (НР) и конца (КР) разгонки. По температуре перегонки заданный объем бензина подразделяется на фракции: начальные, составляющие по объему до 10 % и выкипающие при достижении температуры 50-70º С; средние, составляющие по объему до 50 % и выкипающие при температуре до 100-115º С; конечные, составляющие по объему до 90 % и выкипающие при температуре 185-195º С.

Температуры выкипания названных фракций бензина оказывают непосредственное влияние на его эксплуатационные показатели и на работу двигателя. Температуры выкипания начальных (t_10%) фракций определяют легкость пуска холодного двигателя и скорость его прогрева на холостом ходу. Чем ниже эта температура, тем легче и быстрее можно пустить холодный двигатель, так как большее количество бензина будет попадать в цилиндры в паровой фазе. Однако, если бензин имеет слишком низкие температуры начала перегонки и перегонки 10 %, то при горячем двигателе и особенно в жаркое время в системе питания могут испаряться наиболее низкокипящие углеводороды, образуя пары, объем которых в 150-200 раз больше объема бензина. При этом горючая смесь обедняется, что вызывает перебои в работе двигателя или его остановку. Это явление получило название «паровой пробки».

Температура выкипания средних (t_50%) фракций влияет на приемистость двигателя (интенсивность разгона) и устойчивость работы на малой частоте вращения коленчатого вала. Чем ниже эта температура, тем легче испаряются средние фракции бензина, обеспечивая поступление в непрогретый еще двигатель горючей смеси необходимого состава. Если t_50% оказывается чрезмерно высокой, то испарение бензина происходит медленно, топливовоздушная смесь образуется обедненной, а поэтому прогрев двигателя получается длительным и приемистость его заметно ухудшается.

По температуре перегонки 90 % и температуре конца перегонки судят о наличии в бензине тяжелых трудноиспаряемых фракций, об интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси, о мощности, развиваемой двигателем, и количестве расходуемого топлива, об износах двигателя. Чем выше t_90%, КР, тем вероятнее неполное испарение и сгорание бензина попадающего в цилиндр. Неполное сгорание топлива ведет к увеличению его расхода и снижению мощности двигателя. Еще большая опасность возникает оттого, что несгоревшие фракции бензина, оседая на стенках цилиндра, смывают с них масло и, стекая в картер, разжижают масло.

Бензин считается удовлетворяющим требованиям нормальной работы двигателя, если составляющие его фракции находятся в пределах температур перегонки. при отклонении фракционного состава от заданных температур ухудшаются пусковые свойства, возрастает расход топлива и уменьшается развиваемая двигателем мощность.

Еще одним параметром характеризующим фракционный состав является величина потерь бензина при перегонке. По данному показателю судят о склонности бензина к испарению при транспортировке и хранении.

Давление насыщенных паров характеризует испаряемость начальных (головных) фракций бензинов и прежде всего их пусковые качества. Чем больше в бензине легких фракций, тем выше давление его насыщенных паров и тем лучше его пусковые свойства. Однако с повышением давления насыщенных паров бензина возрастает склонность к образованию им паровых пробок, и увеличиваются потери от испарения его на складах и топливных баках. Для бензинов летнего вида давление насыщенных паров не должно превышать 500 мм рт. ст., а для зимнего вида оно должно быть в пределах 500-700 мм рт. ст. Летний бензин предназначен для использования с 1 апреля по 1 октября и имеет испаряемость фракций ниже, чем зимний (с 1 октября по 1 апреля).

Механические примесив бензине не допускаются. Они приводят к засорению топливных фильтров, топливопроводов, жиклеров, что нарушает нормальную работу двигателя. Пир попадание механических примесей в двигатель увеличивается износ цилиндров и поршневых колец.

Вода в бензине не допускается так как при температурах ниже 0º С замерзает, образуя кристаллы льда, которые могут предотвратить доступ бензина в цилиндры двигателя. Кроме того, вода способствует осмолению бензина, так как в ней растворяется ингибитор, а так же является основным источником коррозии стальных деталей системы питания.

Растворимость воды в бензинах и других нефтепродуктах невелика и составляет при обычных условиях сотые доли процента. Такая концентрация воды в бензине не вносит осложнений в практику эксплуатации автомобилей.

Виды сгорания рабочей смеси в двигателе с воспламенением от искры.

Развиваемая двигателем мощность в большой степени зависит от характера сгорания бензино-воздушной смеси: скорости сгорания, полноты сгорания, моментов начала и конца сгорания.

Сгорание рабочей смеси может быть нормальное, в результате самовоспламенения (калильное зажигание) и детонационное.

Нормальное сгорание. Сгорание смеси называется нормальным, если она полностью сгорает в цилиндрах двигателя при средних скоростях распространения фронта пламени, укладывающихся в пределы от 15 до 30 м/с. При нормальном сгорании смесь сжатая до 10-16 кгс/см² и нагретая теплом сжатия до 350-380º С, воспламеняется от искры свечи зажигания. Длительность основной фазы сгорания составляет 25-30º угла поворота коленчатого вала или примерно 0,0025 с при 2000 об/мин.

В случае возникновения калильного зажигания (самовоспламенения) часть смеси воспламеняется не от искры свечи зажигания, а самопроизвольно от перегретых деталей или раскаленных частиц нагара на стенках камеры сгорания.

Характерный внешний признак самовоспламенения в карбюраторном двигателе - это продолжение работы двигателя с очень низкой частотой вращения коленчатого вала (200-300 об/мин) после выключения зажигания.

Самовоспламенение может являться причиной возникновения детонации.

Детонационное сгорание.

Детонациейназывается ненормальная работа двигателя с воспламенением от искры, вызванная взрывным сгоранием части горючей смеси и сопровождающаяся металлическими стуками, появлением в отработавших газах черного дыма, падением мощности, перегревом двигателя и другими вредными последствиями вплоть до механического повреждения отдельных деталей двигателя.

Детонационное сгорание рабочей смеси происходит в результате цепных реакций образования и самопроизвольного распада углеводородных перекисей под воздействием высоких температур и давлений, которым подвергается рабочая смесь, сгорающая в последнюю очередь.

Первоначально воспламенение рабочей смеси происходит от искры свечи зажигания и фронт пламени распространяется по камере сгорания с нормальными скоростями. При этом температура пламени достигает 2000-2500º С. Условия для детонации наиболее благоприятны в той части камеры сгорания, где выше температура и больше время пребывания смеси. При нормальном протекании процесса сгорания для самовоспламенения (и последующей детонации) рабочей смеси не хватает времени. Если же очаги воспламенения возникают в рабочей смеси до подхода фронта пламени вызванного искрой свечи зажигания, то такое сгорание, как и давление в цилиндре, распространяется со скоростью звука и приобретает взрывной характер. В цилиндре возникают и распространяются ударные волны, которые при столкновении со стенками вызывают сильные динамические нагрузки и сопровождаются звонким «металлическим» стуком. При детонации скорость распространения пламени в камере сгорания достигает 2000-2500 м/с, а температура сгоревшей смеси повышается до 2500-3000º С.

На появление детонации влияют детонационная стойкость бензина, состав рабочей смеси, режим работы двигателя. Для подавления детонации при эксплуатации карбюраторных двигателей автомобилей можно использовать уменьшение опережения зажигания, прикрытие дросселя и увеличение скорости вращения коленчатого вала.