Свойства бензина влияющие на смесеобразование

Требования к качеству бензинов

Автомобильным бензином называют нефтяную фракцию, представляющую собой смесь углеводородов, которая выкипает при температурах от 40 до 200 °С.

К бензинам предъявляются следующие требования:

• • обеспечение нормального и полного сгорания полученной смеси в двигателях (без возникновения детонации);
• • образование горючей смеси необходимого состава;
• • обеспечение бесперебойной подачи в систему питания;
• • отсутствие коррозионного воздействия на детали двигателя;
• • незначительное образование отложений в двигателе;
• • сохранение качеств при хранении и транспортировке.

Каждое из перечисленных требований выражается одним или несколькими показателями, которые устанавливаются соответствующими ГОСТами.

Свойства и показатели бензинов, влияющие на смесеобразование

Показателями бензинов, влияющими на смесеобразование, являются плотность, вязкость, поверхностное натяжение и испаряемость.

Плотность — отношение массы вещества к его объему. Плотность бензинов (от 700 до 780 кг/м 3 при температуре 20 °С) наряду с поверхностным натяжением оказывает влияние на качество распыления топлива в карбюраторе, во впускном трубопроводе и цилиндрах двигателя вплоть до перехода его в парообразное состояние. Чем меньше плотность бензина, тем более мелкую структуру будет иметь распыленное топливо, что обеспечит лучшее перемешивание его с воздухом. Это, в свою очередь, улучшит полноту сгорания, т. е. повысит экономичность двигателя. Плотность бензина мало зависит от температуры; с понижением температуры на каждые 10 °С ее величина возрастает примерно на 1 %. Если значение плотности определено без учета температуры, то ее можно привести к значению плотности при температуре 20 °С по формуле:

где р, — плотность бензина при температуре /; у — температурная поправка; / — температура при измерении.

Методы определения плотности нефтепродкутов определяет ГОСТ 3900—85. Плотность различных марок бензина примерно одинакова и определяется с помощью ареометра (рис. 1.4). Ареометр погружают в стеклянный сосуд, заполненный бензином. По глубине погружения (верхняя шкала) определяют значение плотности, а по нижней шкале устанавливают температуру, при которой определялась плотность.

Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой. Различают динамическую Н и кинематическую п вязкости. За единицу динамической вязкости принята вязкость такой жидкости, которая ока-

Рис. 1.4. Измерение плотности бензина

зывает сопротивление силой в 1 Н, вызванное взаимным сдвигом двух слоев этой жидкости площадью 1 м 2 , находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся со скоростью 1 м/с. Динамическая вязкость измеряется в Па-с.

С понижением температуры значения вязкости и плотности нефтяных топлив повышаются. При понижении температуры уменьшается объемный расход бензина через жиклеры карбюратора, но при этом увеличивается его массовый расход. Таким образом, влияния изменений вязкости и плотности бензина на работу жиклера противоположны, но в итоге при понижении температуры расход топлива через жиклеры уменьшается, что привдит к обеднению смеси.

В ГОСТах на нефтепродукты указывается кинематическая вязкость, которая равна отношению динамической вязкости вещества к его плотности:

Кинематическая вязкость измеряется в мм 2 /с. При температуре 20 °С вязкость бензина составляет от 0,5—0,7 мм 2 /с. С понижением температуры вязкость бензина повышается.

Поверхностное натяжение наряду с вязкостью оказывает существенное влияние на степень распыления бензина. Поверхностное натяжение равно работе образования единицы площади (1 м 2 ) поверхности жидкости при постоянной температуре и измеряется в Н/м или Дж/м 2 . Благодаря поверхностному натяжению жидкость, а в данном случае бензин, принимает форму шара. Чем меньше величины поверхностного натяжения и вязкости, тем капли получаются меньших размеров. Для всех бензинов поверхностное натяжение одинаково и при температуре 20 °С равно 20—24 Н/м, т. е. в 3,5 раза меньше, чем у воды.

Испаряемость — способность вещества к переходу из жидкого состояния в газообразное. От испаряемости зависит надежность поступления бензина из топливного бака в карбюратор, а также скорость образования топливно-воздушной смеси. Поэтому бензины должны обладать определенной испаряемостью, обеспечивающей легкий пуск двигателя и быстрый его прогрев, полное сгорание после прогрева. Кроме того, в топливной системе не должны образовываться паровые пробки. Испаряемость бензина оценивается фракционным составом.

Фракционный состав бензинов — содержание в них тех или иных фракций, выраженное в объемных или массовых соотношениях.

Фракционный состав является важной характеристикой бензина, так как совокупность тех или иных фракций определяет пуск двигателя и качество его работы.

При определении фракционного состава топлива с помощью специального прибора отмечают: — температуру начала пере

гонки, /_оп — температуру окончания перегонки, /₁₀, /₅₀, /₉₀ — температуры, при которых перегоняется 10, 50 и 90 % бензина, соответственно (рис. 1.5).

Рис. 1.5. График перегонки бензина ( 5 ‘ю – 50,5.

Возможные температурные условия пуска холодного карбюраторного двигателя на бензине разного фракционного состава показаны на рис. 1.6.

Рабочая фракция — это следующие 80 % бензина, полученные в процессе перегонки. Она обеспечивает однородность состава горючей смеси по цилиндрам, продолжительность прогрева двигателя, устойчивость работы двигателя при малой частоте вращения коленчатого вала и необходимую приемистость автомобиля.

Качественный показатель рабочей фракции — температура t_5Q. При снижении 4 сокращается время прогрева двигателя, увеличиваются приемистость автомобиля и срок службы двигателя, при повышение /₅₀ сокращается ресурс двигателя, особенно при низких температурах окружающей среды. Если температура /₅₀ оказывается слишком высокой, то испарение бензина происходит слишком медленно, топливовоздушная смесь получается обедненной, прогрев двигателя затягивается, приемистость автомобиля ухудшается.

Температура выкипания 10 %, °С

Температура выкипания 50 %, °С

160 180 200 220

Температура выкипания 90 %, °С

Рис. 1.6. Влияние фракционного сотава бензина на пуск карбюраторного двигателя при различной температуре окружающей среды

Концевая фракция определяется показателями /₉₀ и /_оп и отличается содержанием тяжелых трудноиспаряемых фракций. Чем выше /₉₀ и /_оп, тем больше бензина не испаряеся, происходит неполное его сгорание в цилиндрах, а следовательно, увеличивается расход топлива. При этом не сгоревшие частицы бензина оседают на стенках цилиндра двигателя и смывают с них масло.

Давление насыщенных паров — максимальное давление паров топлива в воздухе, которое устанавливается при определенной температуре в результате полного насыщения воздуха этими парами. Давление насыщенных паров характеризует испаряемость бензина. Оно определяется на специальных приборах при температуре 38 °С и характеризует испаряемость пусковой и рабочей фракций бензина. Для летних бензинов давление насыщенных паров должно оставлять 67,7 кПа, для зимних — 66,7—93,3 кПа.

Давление насыщенных паров значительно влияет на потери бензина при его хранении и сливе/наливе. Чем выше давление насыщенных паров, тем больше потери (табл. 1.1).

Давление насыщенных паров влияет и на пусковые свойства бензина (рис. 1.7).

Давление насыщенных паров, кПа

Рис. 1.7. Кривая пуска холодного двигателя в зависимости от давления насыщенных паров бензина и температуры воздуха

Таблица 1.1. Потери бензина при его хранении и сливе/наливе в зависимости от давления насыщенных паров

1. свойства и показатели бензинов, влияющие на смесеобразование

и подачу топлива

К показателям бензинов, влияющих на смесеобразование и подачу топлива, относятся: цвет, содержание воды и механических примесей, плотность, вязкость, поверхностное натяжение и испаряемость.

Цвет бензина является показателем его чистоты. Если топливо мутное, то это первый признак наличия в нем взвешенных частиц – мелких капелек воды, механических примесей или продуктов деятельности микроорганизмов. Бензин неэтилированный должен быть прозрачным и бесцветным. Светлая окраска бензина обусловлена продуктами его окисления, в первую очередь, непредельных углеводородов. В результате окисления непредельных углеводородов в бензине увеличивается содержание смол, что способствует увеличению его склонности к образованию отложений в системе питания, камере сгорания.

Наличие воды в топливе ухудшает топливоподачу и вызывает коррозию деталей и осмоление непредельных углеводородов, содержащихся в бензине. Промышленное топливо практически не содержит воды. Однако в процессе транспортирования, хранения и заправки вода попадает в топливо. В небольших количествах (сотые доли процента) вода способна раствориться

в бензине, и он при этом не теряет прозрачности. Избыточное же количество воды в бензине при перемешивании вызывает его помутнение, а при отстаивании вследствие большего удельного веса приводит к скоплению ее на дне емкости отдельным слоем. Поэтому при оценке бензина на наличие воды достаточно осмотреть его в стеклянном цилиндре и зафиксировать либо наличие или отсутствие мути, либо отдельного слоя воды на дне.

Механическими примесями являются твердые вещества, образующие осадок или находящиеся во взвешенном состоянии. Бензины не должны содержать механических примесей. Определение их отсутствия или наличия проводится по внешним признакам или с помощью специальных приборов. Для оценки по внешним признакам достаточно осмотреть образец бензина в стеклянном цилиндре. При этом невооруженныи глазом не должно быть обнаружено твердых частиц как во взвешенном состоянии, так и в осадке.

Плотность – отношение массы вещества к его объему. Плотность бензинов (от 690 до 810 кг/м3) наряду с поверхностным натяжением оказывает влияние на распыление топлива. Чем меньше плотность бензина, тем более мелкую структуру будет иметь распыленное топливо, это, в свою очередь, улучшит полноту сгорания и повысит экономичность двигателя. Плотность бензина мало зависит от температуры; с понижением температуры на каждые 10 °С ее величина возрастает примерно на 1 \%.

Плотность принадлежит к числу обязательных показателей, включаемых в паспорт на топлива двигателей. Она в основном используется при пересчете объемных единиц нефтепродуктов в массовые и наоборот.

Плотность нефтепродуктов определяется с помощью ареометров (нефтеденсиметров), гидростатических весов и пикнометров. Ареометром и гидростатическими весами определяют плотность нефтепродуктов, вязкость которых не превышает

200 мм2/с при 50 °С. Пикнометром определяют плотность всех нефтепродуктов. Наиболее простым и удобным является определение плотности нефтепродуктов ареометром (ГОСТ 3900–85).

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой. Различают динамическую h и кинематическую n вязкости. За единицу измерения динамической вязкости принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление силой в 1 Н, вызванным взаимным сдвигом двух слоев этой жидкости площадью 1 м2, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и имеющих скорость взаимного перемещения 1м/с. Единица измерения динамической вязкости – Па×с.

Вязкость нефтепродуктов зависит от температуры окружающей среды, с понижением ее вязкость повышается, что затрудняет процесс нормальной топливоподачи.

В ГОСТах на нефтепродукты указывается кинематическая вязкость n, которая равна отношению динамической вязкости h вещества к его плотности r

Кинематическая вязкость измеряется в мм2/с. При температуре 20 °С вязкость бензина составляет 0,5 – 0,7 мм2/с.

Поверхностное натяжение a жидкости – величина, равная отношению силы dF ,действующей на элемент контура поверхности жидкости, к длине dl этого элемента контура:

Единица измерения поверхностного натяжения – H / м.

Испаряемость – это способность вещества к переходу из жидкого состояния в газообразное, характеризуется скоростью перехода жидкой фазы в пар. Испаряемость оказывает комплексное влияние на безотказность, долговечность, токсичность отработавших газов и другие показатели, связанные с химмотологической надежностью двигателя. Испаряемость зависит от ряда свойств топлив, в первую очередь от фракционного состава и давления насыщенных паров при температуре 37,8 °С (для бензинов).

Фракционный состав бензинов характеризуется количеством (в процентах к объему) содержащихся в нем отдельных фракций. Фракцией называют часть жидкости, выкипающую в определенном диапазоне температур.

Фракционный состав определяют путем перегонки топлива на специальном приборе (рис. 1). При перегонке фиксируют температуру начала перегонки tнп, конца перегонки tкп, температуры t10, t50, t90, при которых перегоняется 10, 50 и 90 \% бензина соответственно. За температуру tнп принимают температуру пара, соответствующую падению в холодильник первой капли конденсата. За температуру tкп бензина принимают ту максимальную температуру, при которой ртутный столбик термометра останавливается на некоторой высоте, а после этого начинает опускаться. На основании полученных данных строят график перегонки бензина в координатах – количество q перегоняемого бензина (в процента) – время перегонки t. (рис. 2).

Рис. 1. Аппарат для определения фракционного состава

1 – колба с образцом топлива; 2 – термометр; 3 – кожух; 4 – холодильник;

5 – стеклянный мерный цилиндр; 6 – электроподогреватель

Рис. 2. Кривая перегонки бензина

В бензинах различают три основные фракции: пусковую, рабочую, концевую. Пусковая фракция представляет собой первые 10 \% перегонки бензина. Чем ниже температура кипения первых 10 \% топлива, тем легче осуществить пуск холодного двигателя. По температуре t10 можно определить минимальную температуру окружающей среды tос, при которой возможен пуск двигателя

tос = 0,5t10 – 50,5. (3)

Температура выкипания 50 \% бензина характеризует однородность состава смеси по отдельным цилиндрам, продолжительность прогрева и приемистость двигателя. При снижении t50 сокращается время прогрева, увеличивается приемистость и срок службы двигателя.

Показатели t90 и tнп определяют содержание в бензинах тяжелых трудноиспаримых фракций. За температуру tкп бензина принимают ту максимальную температуру, при которой ртутный столбик термометра останавливается на некоторой высоте, а после этого начинает опускаться. Чем выше t90 и tкп, тем вероятнее неполное испарение бензина и неполное его сгорание.

При перегонке бензинов невозможно определить количество легкокипящих фракций, присутствие которых влияет на эксплуатационные свойства топлива, поэтому в нормативные требования вводят контрольный параметр – давление насыщенных паров при температуре +37,8 °С. По температуре перегонки можно косвенно судить о давлении насыщенных паров – чем ниже tнп и t10 , тем выше давление насыщенных паров.

Давление насыщенных паров бензина характеризует испаряемость пусковой и рабочей фракций. Давлением насыщенных паров называют давление пара в состоянии термодинамического равновесия с испаряющейся жидкостью. Давление насыщенных паров является индивидуальной характеристикой вещества, зависящей от ряда факторов, обусловливаемых влиянием внешней среды. К таким факторам относятся температура, соотношение между паровой и жидкой фазами, наличие в топливе растворимого газа и др. Давление насыщенных паров зависит от соотношения паровой и жидкой фаз.

Давление насыщенных паров определяют прибором, который состоит из двух соединенных друг с другом камер

Давление насыщенных паров нормируется ГОСТом: для летних бензинов – до 67,0 кПа, зимних – 66,7 – 93,3 кПа.

Содержание

Читать: Аннотация
Читать: Лабораторная работа № 1 определение показателей качества бензина
Читать: 1. свойства и показатели бензинов, влияющие на смесеобразование
Читать: 2. коррозионные свойства бензинов
Читать: 3. экспериментальная часть
Читать: 3.1. определение цвета бензина
Читать: 3.2. определение механических примесей и воды
Читать: 3.3. измерение плотности бензина
Читать: 3.4. определение фракционного состава бензина
Читать: 3.5. определение давления насыщенных паров
Читать: Порядок выполнения работы
Читать: Определение качества моторного масла

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Смесеобразующие свойства топлива

Надежное и качественное образование горючей смеси во многом определяет полное сгорание топлива и в целом экономичную работу двигателя. Качество смеси зависит от конструкции карбюратора и топливоподающей системы и от физико-хи­мических свойств применяемого топлива, основными из которых являются испа­ряемость топлива и давление насыщенных паров. Под испаряемостью понимают свойство топлива переходить из жидкого в газообразное состояние.

В двигателях топливо сгорает, находясь только в газообразном состоянии.

Этому процессу должны предшествовать полное испарение жидкого топлива и хорошее перемешивание образовавшихся паров с воздухом. Неиспарившаяся часть топлива (в виде жидкой фазы) не сгорает, что ведет к перерасходу топлива, а также разжижает моторное масло. Последнее обуславливает повышенный износ деталей двигателя.

Полнота испарения топлива возрастает при повышении скорости движения воздуха и температуры испарения. Эта температура зависит от начальной темпера­туры поступающего воздуха и от скрытой теплоты испарения топлива. С увеличе­нием молекулярной массы углеводородов в топливе повышаются его плотность и температура кипения, а испаряемость ухудшается.

Испарение различают статическое, примером которого является испарение топ­лива из резервуаров при его хранении, и динамическое, которое происходит в усло­виях относительного перемешивания жидкого топлива и воздуха. Последнее имеет место в карбюраторе при образовании топливовоздушной смеси. Испаряемость топ­лива оценивается его фракционным составом, который характеризуется темпера­турными пределами выкипания отдельных частей топлива (фракции).

Фракционный состав определяют по ГОСТ 2177-82 перегонкой его на специ­альном приборе (рис. 1.1). Для этого в колбу 1 наливают 100 мл исследуемого топ­лива и нагревают до кипения. Температуру паров топлива фиксируют с помощью термометра 2. Пары топлива поступают в холодильник 3, где конденсируются и да­лее в виде жидкой фазы поступают в мерный сосуд 4. Температура, при которой происходит падение первой капли, условно считают температурой начала кипения.

1- колба; 2-термометр; 3- холодильник; 4- мерный сосуд.

Рис. 1.1 Прибор для определения фракционного состава топлива.

1 -пусковая; 2 – рабочая; 3 – концевая или хвостовая фракция.

Рис. 1.2 Кривая фракционной разгонки автомобильного бензина А-76.

Затем фиксируют температуру, при которой в мерном сосуде накапливаются 10, 20, 30% и т.д. перегоняемого топлива. Процесс перегонки заканчивается, когда после достижения своего наивысшего значения температура начинает падать. Ос­тавшаяся в колбе часть топлива называется остатком. Объем ее измеряют отдельно. Разность между взятым объемом топлива (100 мл) и суммой объемов отгона в мер­ном сосуде и остатком в колбе представляют потери, характеризующие летучесть топлива. По результатам перегонки строят кривую фракционной разгонки топлива

ГОСТ на бензины предусматривает определение температуры начала кипения, выкипания 10, 50, 90% топлива и конец кипения.

Первая пусковая фракция выкипания 10% топлива характеризует его пусковые свойства, чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше пуск двига­теля. Для бензинов 10% топлива должно выкипать при температуре не выше 55 – 70°С. Причем, чем ниже температура воздуха, тем меньше значение ее.

Температура выкипания 10% топлива. Зная температуру выкипания 10% бен­зина t 10 %, можно определить минимальную температуру tn (°С), при которой воз­можен легкий пуск двигателя:

tn=0,5t 10 %-50,5 (1.16)

Легкие пусковые фракции топлива необходимы главным образом в период пуска и прогрева двигателя, поэтому вид бензина для двигателей выбирают в зави­симости от температуры окружающего воздуха.

В летнее время при относительно высокой температуре воздуха легкие фракции бензина испаряются в топливопроводах, что может привести к образованию паро­вых пробок и нарушению питания двигателя. Поэтому бензин с максимально допус­тимым значением выкипания 10% должен обеспечивать легкий пуск холодного дви­гателя в зимнее время, надежную работу прогретого двигателя без образования па­ровых пробок.

Содержание легкокипящих углеводородов в бензинах ограничивается также температурой начала кипения, значение которой для всех марок должно быть не ниже 35°С. Такое условие необходимо для уменьшения потерь легкокипящих угле­водородов бензина от нагревания при хранении в случае нагревания резервуаров солнцем. Часть бензина от 10 до 90% выкипания называют рабочей фракцией. Тем­пература ее испарения не должна превышать160 -180°С. Чем однороднее углеводо­родный состав бензина, тем более круто поднимается кривая разгонки в своей сред­ней части. Бензин с такими свойствами позволяет двигателю устойчиво и экономно работать на всех эксплутационных режимах и обеспечивает хорошую приемистость (переход с одного режима на другой). Рабочую фракцию нормируют также по тем­пературе выкипания 50% бензина.

Температура выкипания 50% бензина должно составлять 100 -115°С. Такое то­пливо обеспечивает после пуска и прогрева плавный переход двигателя с одного скоростного режима работы на другой. Увеличение этой температуры снижает приемистость двигателя.

Тяжелые углеводороды бензина в интервале свыше 90% выкипания представ­ляют собой концевые, или хвостовые, фракции, которые крайне нежелательны в то­пливе (рис. 1.2). Они полностью не испаряются и, значит, не сгорают. Наличие этих фракций обуславливает неполное сгорание топлива, повышение износов деталей за счет смывания масла с гильз цилиндров и разжижение моторного масла (снижение его смазывающей способности).

Кроме фракционного состава, испаряемость топлива характеризуется также давлением насыщенных паров. Давление, которое развивают пары, находящиеся в условиях равновесного состояния с жидкостью при данной температуре, называется давлением паров данной жидкости. С повышением температуры это давление воз­растает. Чем выше давление насыщенных паров топлива, тем лучше его испаряе­мость и тем меньше теплоты потребуется для его испарения. Однако исполь­зование топлива с высоким давлением насыщенных паров приводит к образованию паровых пробок, снижению наполнения цилиндров и, следовательно, к падению мощности. Давление насыщенных паров для летних бензинов допускается не выше 0,667 кПа (500 мм рт. ст.), для зимних – 0,667 – 0,933 кПа (500 – 700 мм рт. ст.). От значения давления насыщенных паров бензина зависит температура воздуха, при которой возможен пуск двигателя.