Какое должно быть давление насыщенных паров бензина

Работа двигателя по давлению насыщенных паров в бензине

ХИМИЯ НЕФТИ

СВОЙСТВА ТОПЛИВ

— топлива, выкипающие в интервале температур 28-215°С и предназначенные для применения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением.

В зависимости от назначения бензины разделяются на автомобильные и авиационные.

Основными показателями бензина являются детонационная стойкость, давление насыщенных паров, фракционный состав, химическая стабильность и др. Ужесточение в последние годы экологических требований к качеству нефтяных топлив ограничило содержание в бензинах ароматических углеводородов и сернистых соединений.

Детонационная стойкость

Детонация возникает в том случае, если скорость распространения пламени в двигателе достигает 1500-2500 м/с, вместо обычных 20- 30 м/с. В результате резкого перепада давления возникает детонационная волна, которая нарушает режим работы двигателя, что приводит к перерасходу топлива, уменьшению мощности, перегреву двигателя, к прогару поршней и выхлопных клапанов.

Октановое число

— условный показатель, характеризующий стойкость бензинов к детонации и численно соответствующий детонационной стойкости модельной смеси изооктана и н-гептана.

Октановое число изооктана принято за 100 пунктов, а н-гептана — за 0. Для автомобильных бензинов (кроме А-76) октановое число измеряется двумя методами: моторным и исследовательским. Октановое число определяется на специальных установках путем сравнения характеристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана с н-гептаном. Испытания проводят в двух режимах:

• жестком (частота вращения коленчатого вала 900 об/мин, температура всасываемой смеси 149°С, переменный угол опережения зажигания);
• мягком (600 об/мин, температура всасываемого воздуха 52°С, угол опережения зажигания 13 град.).

При производстве бензинов смешением фракций различных процессов важное значение имеют так называемые октановые числа смешения (ОЧС), которые отличаются от расчетных значений. Октановые числа смешения зависят от природы нефтепродукта, его содержания в смеси и ряда других факторов. У парафиновых углеводородов ОЧС выше действительных на 4 единицы, у ароматических зависимость более сложная. Различие может быть существенным и превышать 20 пунктов. Октановое число смешения важно также учитывать при добавлении в топливо оксигенатов.

Фракционный состав

Фракционный состав бензинов характеризует испаряемость топлива, от которой зависит запуск двигателя, распределение топлива по цилиндрам двигателя, полнота сгорания, экономичность двигателя. Испаряемость определяется температурой перегонки 10, 50 и 90% (об.) выкипания фракций бензина.

В ГОСТ Р 51105-97, который действует с 01.01.99 г., фракционный состав бензина определяется при температуре выкипания 70, 100 и 180°С (по аналогии с требованиями к бензинам в США ).

Давление насыщенных паров

Давление насыщенных паров дает дополнительное представление об испаряемости бензина, а также о возможности образования газовых пробок в системе питания двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем выше его испаряемость.

Бензины, предназначенные для применения в летних условиях, имеют более низкое давление паров. Чтобы обеспечить необходимые пусковые свойства товарного бензина, в его состав включают, как правило, до 30% (об.) легких компонентов (фракция НК — 62°С, изомеризата, алкилата и др.). Требуемое давление насыщенных паров обеспечивается также добавлением бутана. В летних бензинах обычно содержится 2- 3% (об.) бутана, в зимних — до 5-8% (об.).

Химическая стабильность

В процессе хранения, транспортирования и применения бензинов возможны изменения в их химическом составе, обусловленные реакциями окисления и полимеризации. Окисление приводит к понижению октанового числа бензина и повышению его склонности к нагарообразованию. Для оценки химической стабильности бензинов используют показатели содержания фактических смол, индукционного периода окисления. Высокой химической стабильностью обладают компоненты, не содержащие алкенов, — прямогонные бензины, бензины каталитического риформинга, алкилаты и изомеризаты. В бензинах коксования, термического и каталитического крекинга, напротив, содержатся в достаточном количестве алкены, которые легко окисляются с образованием смол. Для повышения химической стабильности к топливам, содержащим компоненты вторичного происхождения, добавляют антиокислительные присадки: n-оксидифениламин, ионол (2,6-ди-трет-бутил-n-крезол), антиокислитель ФЧ-16, древесносмоляной антиокислитель и др.

Содержание сернистых и ароматических соединений

Активные сернистые соединения, содержащиеся в бензинах (сероводород, низшие меркаптаны) вызывают сильную коррозию топливной системы и транспортных емкостей; полнота очистки бензинов от этих веществ контролируется анализом на медной пластинке. Неактивные сернистые соединения (тиофены, тетрагидротиофены, сульфиды, дисульфиды, высшие меркаптаны) коррозии не вызывают, однако при их сгорании образуются оксиды серы (SO2, SO3), под действием которых происходит быстрый коррозионный износ деталей двигателя, снижается мощность, ухудшается экологическая обстановка.

Наибольшую опасность для людей представляют ароматические углеводороды, особенно бензол и полициклические ароматические углеводороды. Токсическое действие бензола объясняется возможностью его окисления в организме. В связи с этим в последних нормативных документах ограничено допустимое содержание серы, бензола и ароматических соединений в бензинах.

Испаряемость

Индекс испаряемости (ИИ) бензина характеризует испаряемость бензина и его склонность к образованию паровых пробок при определенном сочетании давления насыщенных паров и объема испарившегося бензина при температуре 70°С. Индекс испаряемости рассчитывают по формуле:

В зависимости от климатического района применения автомобильные бензины подразделяют на пять классов. Наряду с определением температуры перегонки при заданном объеме предусмотрено и определение объема испарившегося бензина при заданной температуре.

Источник

Бензин

Для обеспечения полного сгорания топлива в двигателе необходимо перевести его в короткий промежуток времени из жидкого состояния в парообразное и смешать с воздухом в определенном соотношении — 1:14 — т.е. создать рабочую смесь. К физико-химическим показателям, от которых зависит испаряемость бензинов, относят давление насыщенных паров, фракционный состав, скрытую теплоту испарения, коэффициент диффузии паров, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость, плотность. Из перечисленных показателей важнейшими, определяющими испаряемость бензинов, являются давление насыщенных паров и фракционный состав. По вязкости, поверхностному натяжению, скрытой теплоте испарения, коэффициенту диффузии паров, теплоемкости бензины разного состава сравнительно мало различаются между собой, и эти различия нивелируются конструктивными особенностями двигателей. Давление насыщенных паров и фракционный состав являются функциями состава бензина, и эти показатели могут существенно различаться для разных бензинов. Эти два параметра определяют пусковые свойства бензинов, их склонность к образованию паровых пробок, физическую стабильность.

Давление насыщенных паров зависит от температуры и от соотношения паровой и жидкой фаз и уменьшается с уменьшением температуры и увеличением отношения паровой фазы к жидкой. В лабораторных условиях давление насыщенных паров определяют при температуре 37,8°С и соотношении паровой и жидкой фаз (3,8-4,2):1 в «Бомбе Рейда» (ГОСТ 1756-52) или аппарате с механическим диспергированием типа «Вихрь» (ГОСТ 28781-90).

Фракционный состав бензинов определяют перегонкой на специальном приборе, при этом отмечают температуру начала перегонки, температуру выпаривания 10, 50, 90 % и конца кипения, или объем выпаривания при 70, 100 и 180°С. Требования к фракционному составу и давлению насыщенных паров бензинов определяются конструкцией автомобильного двигателя и климатическими условиями его эксплуатации.

1. С одной стороны, необходимо обеспечить запуск двигателя при низких температурах, с другой стороны — предотвратить нарушения в работе двигателя, связанные с образованием паровых пробок при высоких температурах. Пусковые свойства бензина зависят от содержания в нем легких фракций, которое может быть определено по давлению насыщенных паров и температуре перегонки 10 % или объему легких фракций, выкипающих при температуре до 70°С. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше легких фракций требуется для запуска двигателя. Однако чрезмерное содержание низкокипящих фракций в составе бензинов может вызвать неполадки в работе прогретого двигателя, связанные с образованием паровых пробок в системе топливоподачи. Причиной образования паровых пробок в автомобильном двигателе является интенсивное испарение топлива вследствие его перегрева. В условиях жаркого климата это явление может иметь массовый характер. Образование паровых пробок зависит от испаряемости бензина, температуры и конструкции двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температуры начала кипения и перегонки 10 % и больше объем фракции, выкипающей при температуре до 70 °С, тем больше его склонность к образованию паровых пробок.

От содержания в бензине легкокипящих фракций зависит его физическая стабильность, т.е. склонность к потерям от испарения. Наибольшие потери от испарения имеют бензины, содержащие в своем составе низкокипящие углеводороды.

2. От фракционного состава зависят такие показатели как скорость прогрева двигателя, его приемистость, износ цилиндро-поршневой группы. Приемистость — способность бензинов к повышению детонационной стойкости при добавлении антидетонаторов. Наиболее существенное влияние на скорость прогрева двигателя и его приемистость оказывает температура перегонки 50 % бензина. Температура выкипания 90 % бензина также влияет на эти характеристики, но в меньшей степени. Скорость прогрева двигателя, его приемистость зависят и от температуры окружающего воздуха. Чем ниже температура воздуха, тем ниже должна быть температура перегонки 50 % бензина для обеспечения быстрого прогрева и хорошей приемистости двигателя. При понижении температуры это влияние усиливается. Поэтому нормы на этот показатель также зависят от температурных условий эксплуатации и различаются по сезону и климатическим зонам.

3. Для нормальной работы двигателя большое значение имеет полнота испарения топлива, которая характеризуется температурой перегонки 90 % бензина и температурой конца кипения. При неполном испарении бензина во впускной системе часть его может поступать в камеру сгорания в жидком виде, смывая масло со стенок цилиндров. Жидкая пленка через зазоры поршневых колец может проникать в картер, при этом происходит разжижение масла. Это приводит к повышенным износам и отрицательно влияет на мощность и экономичность работы двигателя. Снижение температуры конца кипения бензинов может повысить их эксплуатационные свойства, однако это снижает ресурс бензинов. Температура конца кипения (tк.к.) бензинов также характеризует полноту сгорания бензинов и равномерность распределения рабочей смеси по цилиндрам двигателя; при tк.к. выше 220 оС происходит неполное сгорание бензинов, повышается его расход, а также увеличивается износ двигателя, снижаются его экономичность и мощность.

Как было указано выше, требования к испаряемости автомобильных бензинов в значительной мере зависят от температурных условий их применения. С учетом климатических особенностей нашей страны автомобильные бензины по фракционному составу и давлению насыщенных паров подразделяют на два вида: зимний и летний. Для обеспечения нормальной эксплуатации автомобилей и рационального использования бензинов введено пять классов испаряемости для применения в различных климатических районах. Наряду с определением температуры перегонки бензина при заданном объеме предусмотрено определение объема испарившегося бензина при заданной температуре 70, 100 и 180 °С (табл. 2).

Источник

Давление насыщенного пара бензина

Если бы вас попросили закупорить посуду парами бензина, вы могли бы это принять за шутку. Но оказывается, бензиновые пары могут, подобно пробке, закупорить трубопровод.

Паровые пробки — это пары бензина, образовавшиеся в системе питания двигателя. Наиболее опасно образование паровых пробок в трубопроводах, подводящих бензин к насосу, и в нагнетающих полостях насоса. Паровые пробки разрывают струю бензина, в связи с чем подача горючего к двигателю уменьшается или полностью прекращается.

О склонности бензина к образованию паровых пробок надёжно можно судить не по температуре перегонки 10 % бензина, а по давлению его насыщенного пара* определяемому в лабораторной бомбе Рейда (рис. 7), которая состоит из двух камер, соединённых трубкой. Верхняя камера, которая по объёму в 4 раза больше нижней, снабжена манометром для измерения давления. Нижнюю камеру заполняют бензином (в верхней находится воздух), затем бомбу помещают в нагретую водяную баню. По манометру замеряют давление пара бензина в бомбе в мм рт. ст. или в барах**. Давление паров сильно изменяется в зависимости от температуры, поэтому опыт ведут при стандартной температуре 38 °С.

По давлению насыщенного пара судят:

• о наличии легкоиспаряющихся фракций в бензине, способных образовывать паровые пробки: чем выше давление насыщенного пара бензина, тем больше в нём легкокипящих фракций и, следовательно, тем больше опасность образования паровых пробок при работе двигателя на таком бензине;

• о пусковых свойствах бензина: чем выше давление пара, тем лучше пусковые свойства бензина, тем быстрее может быть осуществлён пуск и прогрев двигателя;

• о возможных потерях бензина от испарения при хранении: чем выше давление пара бензина, тем больше потери бензина от испарения при хранении.

Рис. 7.Лабораторная бомба для определения давления

на­сыщенных паров бензина

Давление насыщенных паров — это давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью при определённых соотношениях жидкой и паровой фаз и данной температуре; оно зависит от температуры и давления жидкости. Давление насыщенных паров бензина, кПа, не более:

летнего вида — 66,7

зимнего вида — 93,3

Давление насыщенных паров влияет не только на пусковые свойства бензина при низкой температуре окружающей среды, но и на работу двигателя в случае нагрева бензина в системе питания. Во время работы двигателя в условиях жаркого климата температура бензина в системе питания в среднем на 20-30 °С выше температуры окружающего воздуха. При чрезмерном повышении температуры из бензина выделяются пары углеводородов, кипящих при низкой температуре. Эти пары с воздухом, который в небольших концентрациях находится в бензине, образуют паровоздушные пузырьки. В результате горючая смесь, поступающая в цилиндры двигателя, будет содержать меньшую массовую долю бензина (обеднённая смесь) и может выйти за концентрационные пределы распространения пламени, а следовательно, привести к остановке двигателя. В зависимости от климатических условий эксплуатации двигателя используют бензины с различным фракционным составом и давлением насыщенных паров, обеспечивающие надёжный пуск и предотвращающие остановку двигателя из-за образования паровоздушных пузырьков в системе питания.

Таким образом, с одной стороны, высокое давление насыщенного пара бензина вредно, так как ведёт к образованию паровых пробок и повышенным потерям при хранении, а с другой — полезно, поскольку от него зависят лёгкость пуска и быстрый прогрев двигателя. Примирить между собой столь противоречивые свойства невозможно. Нельзя создать бензин, который не образовывал бы паровых пробок и в то же время обеспечивал лёгкий пуск двигателя и летом и зимой. Поэтому промышленность выпускает бензин с таким давлением насыщенного пара, чтобы склонность к образованию паровых пробок была минимальной летом, но чтобы он обладал необходимыми пусковыми свойствами зимой.

Для пуска двигателей зимой иногда применяют специальный пусковой бензин с высоким давлением насыщенного пара, на котором двигатель не может работать длительно из-за образования паровых пробок, но зато легко пускается при низкой температуре.

Вообще говоря, нет таких бензинов, которые не могли бы образовывать паровых пробок. Дело в том, что образование паровых пробок зависит не только от качества бензина, но и от условий эксплуатации и от конструкции системы питания двигателя.

Жаркая погода, как и заправка баков машин тёплым бензином, способствуют образованию паровых пробок.

Известно, что чем больше высота над уровнем моря, тем воздух разрежённее и тем ниже температура кипения жидкости. Например, если на уровне моря бензин начинает кипеть при температуре 60 °С, то на высоте 6000 м над уровнем моря он закипает при 40 °С. Отсюда понятно, что, чем выше над уровнем моря взбирается автомобиль, чем выше поднимается самолёт, тем вероятнее опасность образования паровых пробок в системе питания двигателя.

Состав горючей смеси

В карбюраторных двигателях бензин вначале испаряется, смешивается с воздухом и лишь затем поджигается электрической искрой.

При сжигании паров бензина, смешанных с воздухом, большое значение имеет состав горючей смеси.

Состав горючей смеси в двигателе выражают в виде коэффициента избытка воздуха.

Коэффициент избытка воздуха (α) — это отношение количества воздуха в килограммах, расходуемого в двигателе на сгорание 1 кг топлива, к количеству воздуха в килограммах, теоретически необходимому для полного сгорания 1 кг топлива.

Поясним па примере. Теоретически для полного сгорания I кг бензина необходимо 14,9 кг воздуха. Если при работе двигателя на 1 кг бензина расходуется воздуха ровно столько, сколько требуется теоретически, то α равняется 1 — такая горючая смесь называется нормальной.

Если же воздуха расходуется больше, чем требуется теоретически для сгорания 1 кг бензина, например 17,9 кг, то α будет равна 1,2.

Горючие смеси с α > 1 называются бедными, а с α

Источник

Источник