Материал: Эксплуатационные материалы и экономия топливно-энергетических ресурсов. метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 190603. Устинов Ю.Ф., Волков Н.М

6

пуске холодного двигателя часть бензина не успевает испариться и попадает в цилиндры в жидком состоянии. Горючая смесь оказывается переобедненной, она не воспламеняется от электрической искры и пуск двигателя становится невозможен. Жидкий бензин в цилиндрах смывает смазку, а в картере двигателя разжижает моторное масло. Чем меньше испаряется бензина во впускной системе двигателя, продолжительнее пуск и хуже подача смазочного масла к трущимся деталям, тем значительнее пусковые износы.

Содержание низкокипящих углеводородов в современных автомобильных бензинах контролируется тремя показателями: температурой начала перегонки, температурой перегонки 10 % бензина и давлением насыщенных паров.

В соответствии с действующими стандартами температура начала перегонки летних автомобильных бензинов должна быть не ниже 35 °С, а 10 % бензина должны перегоняться при температуре не выше 70 °С. Температура начала перегонки зимних бензинов не нормируется, а 10 % бензина должно перегоняться при температуре не выше 55 °С. Благодаря этому на летних бензинах обеспечивается пуск холодного двигателя при температуре окружающего воздуха выше –10 °С, в летний период не образуется паровых пробок. Применяя зимние бензины, можно пустить холодный двигатель при температуре воздуха

—26...—28 °С. Появление паровых пробок при этих условиях практически исключено.

Температура перегонки 50% бензина, которая характеризует скорость прогрева и приемистость двигателя, нормируется для рабочей фракции (объем дистиллятов от 10 до 90%).

Прогрев двигателя длится от момента пуска до создания устойчивого режима работы. В конце прогрева на режиме холостого хода достигается почти полное испарение бензина во впускном трубопроводе. Чем легче фракционный состав и ниже температура перегонки 50 % бензина, тем скорее прогревается двигатель. Бензин с низкой температурой перегонки 50 % быстрее испаряется во впускном трубопроводе, наполнение цилиндра горючей смесью улучшается, мощность двигателя возрастает. При низкой температуре окружающего воздуха необходимо применять бензины с низкой температурой перегонки 50 % топлива.

Приемистость — это свойство двигателя в прогретом состоянии под нагрузкой быстро переходить с малой частоты вращения к большей при резком открытии дроссельной заслонки. Для обеспечения хорошей приемистости двигателя нужно, чтобы цилиндры двигателя в момент дросселирования наполнялись богатой горючей смесью. При резком открытии дроссельной заслонки во впускной трубопровод поступает большая порция холодного воздуха и жидкого бензина, что приводит к резкому ухудшению условий парообразования из-за недостатка теплоты для полного испарения топлива.

Если бензин обладает высокой температурой перегонки 50 % топлива, то некоторая часть высококипящих углеводородов, составляющих рабочую фракцию топлива, в системе питания не испаряется. В этом случае горючая смесь

7

переобеднена и двигатель не развивает более высокой частоты вращения коленчатого вала и даже может остановиться.

Для восстановления теплового режима системы питания двигателя требуется некоторое время. Тепловое равновесие устанавливается тем быстрее, чем лучше идет процесс испарения и смесеобразования, чем больше в бензине низкокипящих углеводородов. Следовательно, приемистость двигателя во многом зависит от температуры перегонки 50 % бензина. С понижением этой температуры приемистость улучшается и время разгона автомобиля сокращается. Оптимальный разгон автомобиля наблюдается при такой испаряемости бензина, при которой создается горючая смесь из воздуха и паров топлива в соотноше-

нии 12: 1.

Если испаряемость бензина хуже, а значит, выше температура перегонки 50 % топлива, то образуется бедная смесь и время разгона автомобиля увеличивается.

Температура перегонки 50 % летнего бензина должна быть не более 115 °С, зимнего — не более 100 °С. При таких температурах обеспечиваются быстрый прогрев и хорошая приемистость двигателя во время эксплуатации автомобиля.

Температуры перегонки 90 % и конца кипения бензина характеризует полноту его испарения. Если в бензине содержится много высококипящих углеводородов, то условия работы двигателя аналогичны условиям пуска холодного двигателя на бензине с низкой температурой начала перегонки. Высококипящие углеводороды не испаряются во впускном трубопроводе двигателя и попадают в цилиндры в виде жидкости. Некоторая часть ее испаряется и сгорает, а оставшаяся часть стекает по стенкам цилиндра и смывает с них смазочное масло.

При использовании бензинов с высокой температурой конца кипения повышаются износ двигателя, количество отложений на деталях двигателя и увеличивается расход топлива.

Температура перегонки 90 % топлива для летнего автомобильного бензина должна быть не выше 180 °С, зимнего — не выше 160 °С. Конец кипения летнего бензина должен быть не выше 195 °С, зимнего — не выше 185°С.

Проведение испытаний. На рис. 2 показан аппарат для разгонки нефтепродуктов. Сущность метода определения фракционного состава заключается в перегонке 100 см3 испытуемого бензина на этом аппарате при условиях, предусмотренных стандартом.

Пробу бензина осторожно при минимальном перемешивании наливают в колбу. Колбу предварительно охлаждают до 13... 18 °С. Для этого ее закрывают пробкой и устанавливают в баню со льдом, где выдерживают при температуре не выше 15 °С.

Баню 5 заполняют так, чтобы трубка 3 холодильника была покрыта жидкостью. Температуру пробы бензина доводят до 13...18 °С. Мерным цилиндром 7 отмеряют 100 см3 испытуемого бензина и сливают его в колбу 1, следя за тем,

8

чтобы бензин не попал в пароотводную трубку колбы. В горловину колбы вставляют пробку с термометром. Ось термометра должна совпадать с горловиной колбы, нижний конец капилляра — с самой высокой точкой нижней внутренней стенки пароотводной трубки. Колбу с пробой бензина помещают на подставку, трубку 3 холодильника соединяют при помощи пробки с пароотводной трубкой колбы. Пароотводная трубка колбы должна входить в трубку холодильника на 25... 50 мм и не касаться ее стенок.

Рис. 2. Аппарат для разгонки нефтепродуктов: 1— колба; 2 —термометр; 3 — трубка холодильника; 4 и 6 — патрубки для ввода и вывода воды; 5 - баня холодильника; 7 - мерный цилиндр; 8 - асбестовая прокладка; 9 — кожух

Колбу располагают строго вертикально на асбестовой прокладке 8 нижней половины кожуха 9. Затем закрывают колбу верхней частью кожуха. Мерный цилиндр 7, не высушивая, устанавливают под нижний конец трубки холодильника. Трубка должна входить в цилиндр не менее чем на 25 мм, но не ниже отметки 100 см3. При перегонке бензина мерный цилиндр помещают в стеклянный сосуд с водой (баню). На цилиндр устанавливают подковообразный груз для того, чтобы он не всплывал. Уровень воды в бане для цилиндра поддерживают до отметки 100 см3. Отверстие мерного цилиндра закрывают фильтровальной бумагой или ватой. В бане холодильника поддерживают температуру

0...1°С.

Колбу нагревают до кипения газовой горелкой или регулируемым элек-

9

трическим нагревателем. Пары кипящего бензина поступают в холодильник и там конденсируются. Колбу необходимо подогреть, чтобы время от начала обогрева до падения первой капли дистиллята в цилиндр было 5...10 мин. Температура падения первой капли считается температурой начала кипения бензина. Отмечают эту температуру и устанавливают цилиндр 7 так, чтобы конденсат стекал по стенке. Далее интенсивность нагревания поддерживают такой, чтобы скорость перегонки до получения 95 см3 отгона была 4...5 см3/мин, что примерно соответствует 20...25 каплям бензина в 10 с. При этом отмечают температуры через каждые 10 см3 собранного в цилиндр бензина. Время от образования 95 см3 отгона до конца кипения должно составлять 3...5 мин.

Конец кипения бензина отмечают в тот момент, когда ртутный столбик термометра остановится на некоторой отметке, а затем начнет опускаться. Последний объем бензина в цилиндре фиксируют по истечении 5 мин после прекращения нагревания, когда весь бензин стек из холодильника. Остаток из колбы сливают в цилиндр вместимостью 10 мл, после охлаждения до 20 °С записывают его объем. Разность между 100 мл и суммой объемов дистиллята и остатка дает потери при перегонке.

Обработка результатов. Если при проведении испытаний барометрическое давление выше или ниже 101,3 КПа (760 мм рт. ст.), то вводят поправку на барометрическое давление к каждому показанию термометра. Поправку С (°С) находят по формуле

где р и р1 — барометрическое давление во время испытания, Па и мм рт. ст.; t0 — показания термометра, оС.

Скорректированную таким образом температуру округляют до 0,5 °С. Результаты перегонки бензина представляют в виде графика, называемо-

го кривой разгонки.

Определение фракционного состава также проводится на автомате ЛАФС. К недостаткам определения фракционного состава на аппарате для разгонки нефтепродуктов относятся трудности регулировки и регистрации температуры, а также наблюдения за объемом топлива. Эти недостатки устраняются при определении фракционного состава на установке ЛАФС.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ БЕНЗИНА

Общие сведения. При применении бензины соприкасаются с различными металлами и сплавами и вызывают их коррозионное разрушение. Коррозии подвергаются резервуары, трубопроводы, топливные баки, детали карбюратора и т. п. Коррозионные свойства бензинов обусловлены содержащимися в них ор-

10

ганическими кислотами, водорастворимыми кислотами и щелочами, сернистыми соединениями.

Органические кислоты в небольшом количестве содержатся в автомобильных бензинах. Они создаются в процессе окисления кислородом воздуха нестабильных углеводородов бензина при транспортировке и хранении. Наибольшей коррозионной активностью обладают нафтеновые кислоты, которые особенно сильно разрушают цветные металлы — свинец и цинк. Органические кислоты, взаимодействуя с металлами, образуют в бензине мыла, которые выпадают в виде хлопьев и засоряют систему питания двигателя.

Сернистые соединения бензинов могут быть условно разделены на активные и неактивные. К активным относятся элементарная сера, сероводород и меркаптаны, к неактивным — сульфиды, дисульфиды и т. д. Активные сернистые соединения корродируют металл даже при низких температурах; их присутствие в бензинах недопустимо. Неактивные сернистые соединения не корродируют металл, но при сгорании образуют коррозионно-агрессивные оксиды серы SO2 и SO3. При пуске непрогретого двигателя и относительно низкой температуре продуктов сгорания возможна конденсация водяных паров, образующихся в результате сгорания водорода топлива. Оксиды серы растворяются в этой воде и образуют серную и сернистую кислоту. Под действием этих кислот происходит низкотемпературная электрохимическая коррозия цилиндропоршневой группы двигателя. Если температура продуктов сгорания достаточно высока и водяные пары не конденсируются, происходит высокотемпературная сухая газовая химическая коррозия.

Массовая доля серы в автомобильных бензинах для разных марок бензинов колеблется от 0,05 до 0,12 %. Износы двигателя возрастают с повышением содержания серы в бензине. В результате сернистой коррозии деталей ухудшаются его мощностные и экономические показатели.

Водорастворимые кислоты и щелочи могут попасть в бензин при использовании загрязненной тары или остаться в нем после очистки серной кислотой или щелочью на нефтеперерабатывающем заводе. Водорастворимые кислоты корродируют все металлы, а щелочи — алюминий, поэтому их присутствие в бензинах не допускается.

Проведение испытаний. Для выяснения коррозионных свойств бензина определяют кислотность и присутствие водорастворимых кислот и щелочей, проводят испытание на медной пластинке.

Определение кислотности. Кислотность бензина выражается в миллиграммах гидроксида калия (КОН), необходимого для нейтрализации органических кислот, находящихся в 100 мл топлива. По действующим ГОСТам на автомобильные бензины этот показатель находится в пределах от 0,8 до 3 мг КОН на 100 мл топлива.

Метод заключается в извлечении из бензина кислых соединений 85-