Лекция: Свойства топлива, влияющие на смесеобразование.

Лекция: Свойства топлива, влияющие на смесеобразование.

Цель: Дать информацию о плотности, вязкости, испаряемости топлива и их влиянии на топливную экономичность ДВС.

Изучить теоретически

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

( рис. 1.2).

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 t₁₀%, можно определить минимальную температуру tn (°С), при которой возможен легкий пуск двигателя:

tn=0,5t₁₀%-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.

Вопросы :

Дать определение свойств топлива: плотность, вязкость и испаряемость о их влияние на процесс горения.