Використання паливно-експлуатаційних матеріалів та економія паливно-енергетичних ресурсів

1. Що характеризує фракційний склад? Параметри які визначають при визначені фракційного складу та їхній вплив на роботу двигуна?

Фракційний склад є одним з найважливіших показників якості бензину. Фракційний склад встановлює залежність між кількісним вмістом фракцій палива (у відсотках за об'ємом) і температурою, при якій воно переганяється. Від фракційного складу бензину залежить пуск, час прогріву і прийомистість двигуна, спрацювання деталей циліндро-поршневої групи, витрата палива, масла, токсичність відпрацьованих газів та ін.

Бензини – складна суміш вуглеводнів, які мають різну випаровуваність та википають не при одній температурі, а у широкому інтервалі. Фракційний склад оцінюють за температурними межами його википання і по температурі його окремих фракцій.

Для характеристики фракційного складу у стандарті регламентовані: температура початку кипіння (t_п.к.), температури, при яких переганяється 10, 50 і 90% (t_10%, t_50%, t_90%) бензину, температура кінця його кипіння (t_к.к.), а також визначають залишок після перегонки і втрати. Усі ці показники у тій чи іншій мірі характеризують бензин у двигуні з іскровим запаленням.

На рис. 1.1 показана крива розгонки бензину та вказані його основні фракції – пускова, робоча і кінцева.

Рис. 1.1 Крива фракційної розгонки бензину

В склад пускової фракції бензину входять легкокиплячі вуглеводні, які входять у перші 10% об'єму дистиляту (t_п.к. – t_10%). Робочу фракцію складають дистиляти, які википають у межах від 10% до 90% об'єму (t_10% – t_90%), і кінцеву фракцію – від 90% об'єму до кінця кипіння (t_90% – t_к.к.).

Пускові властивості та схильність до утворення парових пробок визначається температурами початку кипіння t_п.к. і перегонки 10% бензину t_10%. По температурі t_10% роблять висновок про наявність у бензині пускових фракцій, від яких залежить легкість пуску холодного двигуна. Чим нижче ця температура, тим легше і швидше можна запустити двигун, оскільки більша кількість бензину надходитиме в циліндр у вигляді пару.

Це стосується тих бензинів, які використовуються при низьких температурах повітря.

При високій температурі перегонки 10% бензину ускладнюється пуск холодного двигуна, тому що основна кількість бензину подається в циліндр у рідкому стані. Такий бензин розріджує масло, змиваючи його зі стінок циліндрів, і призводить до підвищеного спрацювання деталей двигуна.

Якщо бензин має дуже низькі температури t_п.к. і t_10%, то на прогрітому двигуні, особливо у спеку, в системі живлення можуть утворюватися парові пробки, які порушують подачу палива з паливного бака до бензонасоса. Гранична температура пуску карбюраторного двигуна (найменша температура повітря t_п, ºС) описується наступною емпіричною залежністю:

.

Після пуску прогрів та прийомистість двигуна (інтенсивність розгону автомобіля до певної швидкості після різкого відкриття дросельної заслінки) обумовлюється робочою фракцією. Чим крутіше підіймається у цій частині крива розгонки, тим одноманітніше паливо і склад горючої суміші по різним циліндрам двигуна, тим краще прийомистість автомобіля і тім стійкіше його робота (рис. 1.2). Якість робочої фракції визначається головним чином температурою перегонки 50% бензину t_50% (рис. 1.3). Чим нижче ця температура, тим легше випаровуються середні фракції бензину, забезпечуючи стійку роботу двигуна на режимі холостого ходу і його добру прийомистість. Із збільшенням часу прогріву підвищуються втрати палива на збагаченій суміші та наступним утворюванням токсичних продуктів у відпрацьованих газах.

Р ис. 1.2 Залежність часу прогріву двигуна від фракційного складу бензину

Рис. 1.3 Вплив температури t₅₀ на швидкість автомобіля, що розвиває за 6 с розгону при різних температурах повітря

Проте, використання бензину з низькою температурою 50% може привести до зниження коефіцієнту наповнення і потужності двигуна.

З нос та економічність роботи двигуна оцінюється температурою перегонки 90% (t_90%) і температурою кінця кипіння (t_к.к.), по яким роблять висновок щодо інтенсивності і повноти згорання робочої суміші, про наявність у бензині важких (хвостових) фракцій. При наявності важких фракцій, бензин випаровується не повністю, що призводить до нерівномірного розподілу пальної суміші між циліндрами, розрідження масла і змиву його зі стінок циліндрів, а також до підвищення спрацювання двигуна і витрат палива. Чим менший інтервал температур, від t_90% до t_к.к. тим якість палива вища (рис. 1.4).

Рис. 1.4 Залежність загального зносу та витрати палива двигуна від температури кінця кипіння t_к.к бензину

Випаровуваність дизельних палив по стандарту оцінюється тільки фракційним складом.

Випаровуваність палив у дизельних двигунах має не таке важливе експлуатаційне значення, ніж випаровуваність бензинів у карбюраторних двигунах. Це пов’язано з тим, що у дизельному двигуні, сумішоутворення протікає при дуже високій температурі у кінці такту стиску повітря.

Фракційний склад сучасного стандартного дизельного палива має такі характеристики.

Переганяється при температурі, 0С
початок кипіння	10% фракцій	50% фракцій	90% фракцій	96% фракцій
180…210	205…230	250…280	320…345	330…370

Випаровуваність дизельних палив, у першу чергу, визначають пускові властивості.

Пускові властивості дизельних палив залежать від температури википання 50% (t_50%) фракцій. При цьому, цетанове число (якщо воно не надто низьке) впливає на легкість пуску, у меншій мірі, ніж фракційний склад. При запуску двигуна складаються найбільш несприятливі умови для сумішоутворення та самозаймання палива, внаслідок недостатньо високої температури у кінці такту стиску. При цьому велика кількість тепла передається холодним стінкам, а частина стискаємого повітря, при невеликих пускових обертах колінчатого валу, буде прориватися у картер. Ступінь стиску, а, як наслідок, і температура повітря у кінці стиску, будуть нижче порівняно з прогрітим двигуном. Саме тому, випаровуваність має бути такою, щоб у момент самозаймання утворювалася горюча суміш, яка відповідає межам займання.

О бважнювання фракційного складу погіршує пускові властивості. Полегшення пуску двигуна з кращою випаровуваністю спостерігається лише до певних меж полегшення фракційного складу, у зв’язку з погіршенням займання (рис. 1.11). Крім того, відбувається перезбагачення суміші поблизу форсунки і збіднення у решті камери згоряння, знову погіршуються пускові характеристики. Температура википання 96% фракцій палива (t_96%), в основному, здійснює вплив на потужності та економічні показники роботи дизеля.

Рис. 2. Вплив фракційного складу на показники роботи одноциліндрової установки, на базі двигуна ЯМЗ-236 у залежності від цетанового числа палива: І – ЦЧ=40±2; ІІ – ЦЧ=46±2; ІІІ – ЦЧ=52±2