2.3. Выпаривание

Выпаривание характеризует возможность перехода жидкого топлива в парообразное состояние. В двигателях с принудительным зажиганием топливо сгорает в газообразном состоянии. Перед сгоранием происходит выпаривание топлива и перемешивание образовавшихся паров с воздухом (приготовление горючей смеси). Образование горючей смеси надлежащего состава, обеспечение нормальной работы двигателя без препятствий зависит в большой степени от прокачки бензина, которое может ухудшиться либо приостановиться вследствие содержания в нем механических примесей и воды. Вязкость и вязкостно-температурные свойства бензинов, которые не имеют в своём составе спиртов и некоторых других соединений, как добавок, не создают препятствий и обеспечивают непрерывную прокачку бензина до температур близких к минус 60*С:

Температура, *С	20	0	-10	-20	-30	-40	-50	-60
Вязкость динамическая, МПа с	0,6	0,6	0,9	1,1	1,4	1,8	2,2	2,7

В бензине не должно быть воды и механических примесей.

В большинстве автомобилей с принудительным зажиганием приготовление горючей смеси происходит в карбюраторах. Тяжелая часть топлива оседает на стенках смешивающей камеры и впускного трубопровода, образуя жидкую плёнку, которая выпаривается под влиянием паровоздушного потока. Наличие жидкой пленки является причиной количественной и качественной неравномерности распределения смеси по цилиндрам. Разная протяженность впускных каналов отдельных цилиндров двигателя, пульсирующий характер перемещения пленки приводят к количественной неравномерности, качественная неравномерность разделения топлива в цилиндрах двигателя связана с разным химическим составом топлива, разными температурами кипения составляющих топлива.

Топливо, которое не полностью выпарилось, ухудшает процесс горения, способствует нагарообразованию. Наличие жидкой плёнки вызывает падение мощности и экономичности двигателя, перерасход топлива, повышение токсичности отработанных газов.

В двигателях с непосредственным впрыскиванием бензина топливо подается циклично в камеру сгорания или в трубопровод перед впускным клапаном каждого цилиндра в момент их открытия. Большого эффекта достигают при использовании электронной системы питания. За счет полного сгорания топлива уменьшается его потребление, а так же токсичность отработанных газов.

Полнота выпаривания и сгорания топлива зависит от большинства факторов. Из физических показателей качества к ним относятся: 1) фракционный состав, 2) давление насыщенного пара (влияние этих двух факторов наибольшее), 3) теплота выпаривания, 4) коэффициент диффузии, 5) вязкость, 6) поверхностное напряжение, 7) теплоёмкость, 8) густота.

Для выпаривания топлива необходима энергия, которая называется удельной теплотой выпаривания. Для химически чистых веществ теплота выпаривания – энергия, которая необходима для выпаривания единицы массы вещества при постоянном давлении и температуре.

Учитывая сложную смесь топлива, точно определить его теплоту выпаривания достаточно сложно.

Теплота выпаривания вместе с теплоемкостью характеризует падение (спад) температуры при выпаривании топлива во впускном трубопроводе, которое может стать причиной обледенения карбюратора.

Вязкость и густота влияют на количество бензина, который проходит через калиброванное отверстие карбюратора или форсунки. Чем выше вязкость, тем меньше пройдет топлива в единицу времени. Чем выше густота, тем большая масса его пройдет.

Углеводороды разных классов, которые имеют одинаковые температуры кипения, отличаются густотой: наименьшую густоту имеют парафиновые углеводороды, наибольшую – ароматичные.

Бензины, которые содержат в своем составе большое количество ароматичных углеводородов, имеют более высокую густоту по сравнению с бензинами, в которых количество ароматичных углеводородов меньше.

Густота – это масса вещества в единице объёма. Единица густоты нефтепродуктов – килограмм на кубический метр (кг/м³), очень часто пользуются измерением в г/см³.

Густоту необходимо знать для точного учета затрат топлива. Густота - переменная, а не постоянная величина, её значение зависит от температуры (для одного и того же нефтепродукта): чем выше температура, тем меньше вес нефтепродукта в единице объёма.

Стандартами предусматривается определение густоты при 20*С, все расчеты в отношении учёта затрат и потребности топлива, масел ведутся по значениям густоты при этой температуре. Определяют густоту ареометрами.

Бензин одной марки и сорта (вида), например, А-80 летний, не имеет постоянной густоты, разница в значении может быть до 30 кг на 1 т при температуре 20*С. При определении густоты обязательным является определение температуры.

Выпаривание, оценивается по температурам кипения его отдельных частей – фракционного состава. Фракционный состав определяется перегонкой топлива на специальных стандартных приспособлениях, при этом фиксируются значения температуры начала и конца кипения (t_н.к., t_к.к.), также значения температуры кипения отдельных объёмов – фракций.

Для пуска двигателя горючая смесь должна загореться от искры. Существуют верхняя и нижняя границы возможности загорания (вспышки) смеси. При верхней границе смесь имеет содержание топлива, при увеличении которого смесь не вспыхнет. При нижней границе смесь имеет содержание топлива, при уменьшении которого смесь также не вспыхнет.

Например, для автомобильного бензина приблизительные границы загорания смеси при 20*С и давления воздуха – 101,3 кПа составляют:

верхняя – при содержании паров бензина в смеси 2,58 % об. (при коэффициенте излишка воздуха α = 0,709); нижняя – при содержании паров бензина в смеси 1,67 % об. (при коэффициенте излишка воздуха α = 1,1).

Чем шире границы загорания горючей смеси, тем лучшие пусковые свойства топлива. На границы загорания горючей смеси влияют химический состав топлива, температура и давление смеси, количество легких фракций в топливе и т.п.

Легкость пуска двигателя характеризуется температурой кипения 10% бензина, эта фракция называется пусковой. Чем ниже температура, тем легче запустить двигатель при низких температурах окружающего воздуха без использования методов облегчения пуска, тем меньше снашивание деталей двигателя.

Для облегчения пуска двигателя при низких температурах воздуха, экономии бензина необходимо повысить количество легкой части (фракции) бензина. С этой целью в условиях эксплуатации возможна добавка к бензину «газового» бензина, газолина, жидкой (бензиновой) части топлива газовых магистралей, а также конденсата, слитого из баллонов сжиженного газа (пропан-бутан).

Полностью заменять бензин газолином, жидким (газовым) бензином не следует. К стандартным бензинам можно добавлять бензиновые фракции, которые получают на газоконденсатных месторождениях, после их стабилизации (бензин газовый стабильный легкий и бензин газовый стабильный тяжелый) до 50%.

Наличие большого количества легкой части в топливе при использовании его летом вызывает другие затруднения, в частности, образование «паровых пробок». Возможность возникновения «паровых пробок» зависит от многих факторов, главными из которых является количество легкой части топлива и температура воздуха.

В связи с легким образованием паровых пробок в летний период невозможно использование легких фракций (газолина, «газового» бензина, конденсата, которые сливают из баллонов с сжиженным пропан-бутаном), как добавок к бензину.

При использовании летом зимних бензинов, кроме перебоев в работе двигателя за счет образования паровых пробок, могут быть большие потери топлива и загрязнение окружающей среды легкими фракциями бензина.

Температура кипения 50% бензина влияет на обледенение карбюратора. Обледенение карбюратора происходит при эксплуатации автомобилей в холодную сырую погоду, когда температура воздуха составляет от минус 2*С до плюс 11*С, а относительная влажность воздуха превышает 70 %. Наибольшее количество перебоев в работе двигателя вследствие обледенения карбюратора наблюдается, если влажность воздуха составляет 100%, а температура воздуха - + 4…+ 5*С. Наиболее часто условия для обледенения карбюратора создаются в районах с морским климатом в весенний и осенний периоды, при эксплуатации автомобилей на зимних легких бензинах с низкой температурой перегонки 50%.

Возможность обледенения карбюратора повышается при использовании альтернативного топлива, прежде всего спиртов, как добавок к бензинам, потому что спирты имеют наивысшую теплоту парообразования среди альтернативных топлив.

Автомобильный транспорт на территории нашей страны около 6 месяцев эксплуатируется при сниженных температурах воздуха, поэтому проблемы с обледенением имеют место. С целью предупреждения обледенения карбюратора к топливу можно добавлять специальные присадки: поверхностно-активные вещества, гликолы, амиды и некоторые другие в количестве до 1…3%.

На расход топлива, состав отработанных газов значительно влияет скорость движения, подъемы, спуски, обтекаемость автомобиля, режим работы двигателя. Движение автомобиля на большой скорости, особенно на близкой к максимальной, ведет к резкому повышению расхода топлива и масла. Малая скорость также не может быть экономичной, хотя расход топлива при этом меньше по сравнению с затратами топлива при максимальной скорости движения. Экономичная скорость автомобиля – это такая, при которой достигаются условия работы двигателя с максимальным крутящим моментом, которая составляет 2/3 от максимальной.

Наличие легких фракций в бензине характеризуется давлением насыщенных паров – давлением, которое образуется парами, пребывающими в равновесии с жидкостью при данной температуре и при определенном соотношении объемов жидкой и паровой фаз.

По давлению насыщенных паров бензина делают выводы о способности топлива к образованию паровых пробок при высоких температурах окружающего воздуха, пусковых качеств бензина при низких температурах окружающего воздуха, возможностей потери топлива от выпаривания легких фракций при хранении, транспортировке, заправке автомобиля топливом, из топливного бака автомобиля. Если значение давления насыщенных паров ниже 33,3 кПа, то пусковые свойства бензина зимой резко ухудшаются.