2.5 Визначення фракційного складу бензину

2.5.1 Теоретичні положення

Фракційний склад – основний показник випаровування палива. Фракційний склад – це кількість фракцій, яка містить-ся в паливі (% об.) і випаровується з нього при нагріванні. Фракційний склад визначається на спеціальному стандартно-му приладі (апараті Енглера) за ГОСТ 2177-82. Результати фракційної перегонки палива відображають графічно у вигля-ді залежності між температурою і кількістю палива, яка пере-ганяється при даній температурі. Фракційний склад оцінюєть-ся температурами перегонки 10, 50 і 90% палива, а також температурами початку і кінця перегонки та залишком в колбі і втратами при перегонці. Від значення цих температур зале-жать: легкість пуску та спрацювання двигуна, утворення паро-вих пробок у системі живлення двигуна, прогрів двигуна, плавність переходу з одного режиму на інший, обледеніння карбюратора, рівномірність розприділення палива по цилінд-рах двигуна, повнота згоряння, склад відпрацьованих газів, витрата палива та оливи.

Визначаючи температуру википання окремих фракцій палива можна оцінити його випаровування і здатність забезпе-чити нормальну роботу двигуна на різних режимах.

Температура початку кипіння бензину обмежує вміст легких фракцій і впливає на його фізичну стабільність, тобто його втрати при зберіганні і транспортуванні. Ця температура нормується тільки для літнього виду бензину (ГОСТ 2084-77) і повинна бути вищою 35С та для всесезонних (ТУ У 00149943.501-98) і повинна бути вищою 30С (додатки А, Б).

Легкість пуску холодного двигуна залежить від темпе-ратури википання 10% бензину. Ця фракція називається пус-ковою. Чим нижча ця температура тим легше запустити хо-лодний двигун, тим менше пускове спрацювання деталей. Між температурою википання 10% бензину і температурою навколишнього повітря, при якій можливий чи неможливий пуск двигуна, існує прямолінійна залежність.

Температура повітря, вище якої можливий легкий пуск двигуна визначається за формулою:

. (2.2)

Те ж для задовільного пуску

. (2.3)

Температура повітря, нижче якої практично неможли-вий пуск холодного двигуна:

, (2.4)

або

. (2.5)

Температура 10% википання для літніх бензинів 70С, а для зимових 55С (ГОСТ 2084-77) та 75С (ТУ У 00149943.501-98).

При використанні бензинів, які мають низькі темпера-тури і , можливе утворення у системі живлення дви-гуна, особливо в спекотні дні, парових пробок. У підкапот-ному просторі температура на 40...50С вища температури навколишнього повітря. Підвищення температури повітря сприяє виникненню парових пробок. Це призводить до зни-ження подачі масової кількості палива помпою, надмірного збіднення горючої суміші, перебоїв у роботі двигуна, падіння його потужності, а іноді – до зупинки двигуна.

Температура повітря, при якій можливі перебої в робо-ті двигуна за рахунок утворення парових пробок визначається за формулами:

; (2.6)

. (2.7)

Прогрівання двигуна, його динамічність, приємистість (інтенсивність розгону автомобіля до певної швидкості після різкого відкриття дросельної заслінки), властивість подолання підйомів без переключення передачі залежить, в основному, від температури перегонки 50% бензину. Чим нижча ця тем-пература, тим легше випаровуються середні фракції бензину, забезпечуючи стійку роботу двигуна на малій частоті обертан-ня колінчастого вала і добру його приємистість.

Температура зв’язана прямолінійною залежністю з температурою горючої суміші у впускному трубопроводі, при якій закінчується прогрів двигуна:

. (2.8)

Залежність зміни динамічності автомобіля порівняно з умовно нормальною (%) від температури википання 50% бен-зину має такий вигляд:

. (2.9)

Проте використання бензину з низькою температурою може знизити коефіцієнт наповнення циліндрів і потуж-ність двигуна. Температура перегонки 50% для зимових авто-мобільних бензинів  100С, а для літніх 115С (ГОСТ 2024-77) та  120С для бензинів згідно (ТУ У 00149943.501-98).

Температури перегонки 90% бензину і кінця кипіння характеризують склад робочої суміші в циліндрі в кінці такту стиску, повноту згоряння палива, плавність переходу з малого газу на повний і навпаки, “робоче” спрацювання деталей дви-гуна, склад відпрацьованих газів, витрату палива і оливи. Чим нижчі ці температури, тим надійніше працює двигун.

При високих температурах і бензин не повніс-тю випаровується у впускному трубопроводі двигуна і надхо-дить в циліндри у рідкому стані. Рідкі краплини палива, які не випаровувались летять з великою швидкістю і можуть спри-чинити механічне спрацювання верхньої частини стінок ци-ліндра. Частина рідкого палива, що не випаровувалася, стікає через замки поршневих кілець у картер, розріджує оливу. Це призводить до погіршення змащувальних властивостей оливи, збільшення спрацювання деталей двигуна, зменшення терміну служби оливи і збільшення її витрати. З підвищенням темпе-ратур і зростає лако- і нагароутворення в камері зго-ряння і на деталях двигуна за рахунок неповноти згорання палива.

За температурою можна визначити зміну робочого спрацювання деталей двигуна порівняно з нормальним (%):

. (2.10)

Таким чином, зниження температур перегонки 90% бензину і кінця кипіння поліпшує експлуатаційні характе-ристики автомобіля, зменшує витрату палива, оливи і ток-сичність відпрацьованих газів. Для автомобільних бензинів літнього виду 180С, 195С, для бензинів зимового виду ці температури повинні бути відповідно 160С і 185С (ГОСТ 2084-77) та 190С і 215С (ТУ У 00149943.501-98).

За величиною втрат при перегонці бензину роблять висновок про здатність його до випаровування при зберіганні і транспортуванні. Практично погіршення якості бензину спостерігається при втратах, які перевищують 2%.

За кількістю залишку в колбі після перегонки судять про наявність у бензині більш важких фракцій і смолистих ре-човин. Залишок в колбі не повинен перевищувати 1,5%.

2.5.2 Прилади і матеріали

Прилад для визначення фракційного складу нафтопро-дуктів, комплект 1

Газовий пальник, шт 1

Секундомір, шт 1

Зразок палива, мл 100

2.5.3 Опис приладу

Прилад для визначення фракційного складу палив (рис.2.3) складається з колби ємкістю 125 мл з боковою труб-кою 1, холодильника 3, який виконаний у вигляді водяної ван-ни з трубкою 8 всередині, мірного циліндра 4 на 100 мл, газового пальника 5. Для зменшення втрат тепла колба закри-вається металевим кожухом 7. Колба вставляється на азбес-тову прокладку 6, яка має отвір діаметром 0,03 м. Колба закривається зверху корком з термометром 2 на 300С. Темпе-ратура води в холодильнику 3 при визначенні фракційного складу повинна бути не вище 25С.

1-колба з боковим відводом; 2-термометр; 3-ванна холодильника; 4-мірний циліндр; 5-газовий пальник; 6-азбестова прокладка; 7-металевий кожух; 8-трубка холодильника; 9,10-патрубки для вводу і виводу води

Рисунок 2.3 – Прилад для визначення фракційного складу

палива

2.5.4 Порядок виконання роботи

Сутність методу полягає у визначенні температур по-чатку і кінця кипіння палива і вмісту фракцій, які википають у певних температурних межах.

Досліджуване паливо попередньо ретельно обезводню-ють хлоридом кальцію. Вода, яка попадає в колбу разом з паливом, призводить при перегонці до раптового закипання і викиду палива через відвідну трубку, холодильник в мірний циліндр, а при викиді через горло колби до можливої пожежі.

За допомогою мірного циліндра заміряють 100 мл обезводненого палива і переливають його в колбу та слід-кують за тим, щоб воно не попало у відвідну трубку. Для цього тримають колбу відвідною трубкою вверх. Закривають колбу щільно корком з термометром так, щоб верхній край ртутної кульки був на рівні нижнього краю відвідної трубки і не торкався стінок горла колби. Встановлюють колбу на азбестову прокладку. Відвідну трубку колби на 0,025...0,040 м вставляють у трубку холодильника і ущільнюють корком. Усі з’єднання елементів установки для герметизації ретельно замащують колоїдом або клеєм. Після цього колбу закривають кожухом.

Мірний циліндр, яким замірялось паливо, не висушую-чи, ставлять під нижній загнутий кінець трубки холодильника так, щоб трубка заходила в циліндр не менше, ніж на 0,025 м і не торкалася стінок циліндра. На час перегонки циліндр за-кривають ватою, щоб не було втрат парів.

Після підготовки приладу для перегонки записують барометричний тиск. При тиску вище або нижче 101325 Па вводять поправку на барометричний тиск до кожного показу термометра. Для знаходження поправки с використовують дані табл.2.4, які одержані за формулою:

, (2.11)

де р – барометричний тиск під час випробовування, Па; t – температура за термометром, С.

Провіряють правильність збору приладу, після чого включають газовий пальник і регулюють нагрівання колби так, щоб перша крапля палива при перегонці впала з кінця трубки холодильника не раніше 5 хвилин і не пізніше 15 хви-лин від початку нагрівання. Температуру, при якій впаде перша крапля конденсату, записують, як температуру початку кипіння. Після падіння першої краплі палива в приймальний циліндр, збільшують нагрівання і ведуть перегонку з рівномір-ною швидкістю 20...25 крапель за 10 секунд, що відповідає 4...5 мл/с.

Після падіння першої краплі в мірний циліндр, його зсувають дещо назад, щоб кінець трубки холодильника торк-нувся внутрішньої стінки. При цьому паливо, що переганя-ється, буде стікати по стінці і меніск буде залишатися спокій-ним. Для провірки швидкості перегонки (за відліком крапель) циліндр на короткий час відставляють від кінця трубки холо-дильника для того, щоб крапля палива падала в центр цилінд-ра.

Порушення встановленого режиму підігріву при пере-гонці дає суттєве спотворення результатів випробування, а са-ме: при більш інтенсивному нагріванні швидкість випарову-вання зростає і фракційний склад палива буде здаватися лег-шим; при меншій інтенсивності нагрівання швидкість випаро-вування знижується і фракційний склад палива буде здаватися важчим.

Таблиця 2.4 – Температурні поправки на барометричний тиск

Температурна межа, С	Поправка на різницю тиску*, 103 Па	Температурна межа, С			Поправка на різницю тиску*,103 Па	Температурна межа, С	Поправка на різницю тиску*,103 Па
10...30 30...50 50...70 70...90 90...110 110...130 130...150	0,26 0,29 0,30 0,32 0,34 0,35 0,37		150...170 170...190 190...210 210...230 230...250 250...270 270...290	0,39 0,41 0,43 0,48 0,50 0,52 0,54		290...310 310...330 330...350 350...370 370...390 390...410	0,52 0,53 0,56 0,57 0,59 0,60

*Додати, якщо барометричний тиск нижче 0,101 МПа; відняти, якщо баро-метричний тиск вище 0,101 МПа.

Після відгону кожних 10 мл відмічають температуру. По мірі підвищення температури необхідно збільшувати нагрівання, щоб швидкість перегонки залишалася постійною. Після того, як рівень палива в циліндрі досягне 90 мл, нагрів колби посилюють так, щоб до кінця перегонки пройшло 3...5 хв.

Кінцем перегонки бензину рахується момент, коли ртутний стовпчик термометра після деякої зупинки на певній висоті почне стабільно опускатися. Максимальну температуру записують, як температуру кінця перегонки, одночасно замі-ряють загальну кількість перегнаного бензину.

Після закінчення перегонки бензину дають колбі вис-тигнути, прилад розбирають і гарячий залишок в колбі зливають у малий мірний циліндр та заміряють. Різницю між 100 мл і кількістю зібраного конденсату та залишку в колбі записують, як втрату при перегонці. Дані перегонки заносять в табл.2.5.

За даними табл.2.5 будують криву перегонки і роблять висновок про сорт досліджуваного палива і відповідність його стандарту.

Таблиця 2.5 – Результати перегонки палива

Об’єм відігнаного бензину, %	Кипіння при пере-гонці, С	Кипіння з врахуван-ням поп-равки, С	Кипіння за стандартом
Початок перегонки 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Кінець перегонки

2.5.5 Оцінка результатів випробування

Висновок про сорт палива і відповідність його вимогам стандарту, одержані значення температур перегонки дослід-жуваного палива наносять у вигляді кривої на графік і порівнюють одержану криву з кривими фракційного складу типових сортів палива. Необхідно враховувати, що криві пере-гонки цих палив дають граничні значення фракційного складу. Криві перегонки кондиційних палив повинні розміщу-ватися дещо лівіше кривих, наведених на графіку.

Встановивши сорт палива, порівнюють одержані харак-терні точки фракційного складу з вимогами стандарту і роб-лять висновок про відповідність палива за цим показником нормам технічних умов.

За стандартом допускаються відхилення даних фрак-ційного складу від норми в сторону підвищення: для темпе-ратури 10% перегонки – на 1С, для 50% і 90%-вих фракцій – на 2С і для температури кінця перегонки – на 3С. Допуска-ється також збільшення залишку в колбі після перегонки на 0,3%.

2.5.6 Висновок про експлуатаційні якості бензину

За даними фракційного складу бензину можна зробити важливий висновок про роботу карбюраторного двигуна.

Для цієї мети використовують емпіричні формули або номограми, за якими визначають пускові властивості бензину, його здатність забезпечувати достатню приємистість двигуна, утворювати парові пробки і розріджувати картерну оливу на основі значень характерних точок фракційного складу і температури навколишнього середовища.

Формули за якими визначається експлуатаційна оцінка досліджуваного бензину наведені вище (2.2...2.10).

При використанні номограм (рис.2.4) на вісь абсцис наносять температури перегонки 10, 50, 90% бензину і кінця кипіння та встановивши з них перпендикуляри до перетину з відповідними кривими, відмічають на осі ординат граничні температури повітря для використання досліджуваного пали-ва, а також спрацювання двигуна і витрату палива.

Рисунок 2.4 – Номограма для експлуатаційної оцінки автомо-

більних бензинів

Наприклад, фракційний склад палива має наступні по-казники: t_10%=75C; t_50%=140C; t_90%=190C; t_к.к.=220C.

У цьому випадку:

утворення парових пробок можна чекати при темпера-турі вище +30С;

легкий пуск холодного двигуна (1...2 повороти колін-частого вала частотою обертання 35...45 об/хв) можливий при температурі повітря вище 0С;

пуск двигуна без попереднього підігріву практично можливий тільки при температурі повітря вище -15С;

добра приємистість двигуна який працює на даному паливі, буде при температурі повітря вище -3С;

при температурі повітря нижче -15С можна очікувати інтенсивного розрідження картерної оливи, а при температурі повітря вище +2С розрідження картерної оливи буде незнач-ним;

загальне спрацюваня деталей двигуна за температурою кінця кипіння (рис.2.5) становить 123%, а витрата палива складає 104% порівняно з стандартним бензином.

Рисунок 2.5 – Графік залежності спрацювання двигуна і вит-

рати палива від температури кінця кипіння

бензину