Показатели бензинов, влияющие на процесс образования отложений

Способность жидкого топлива сохранять свой состав и свойства в процессе хранения и транспортировки называется стабильностью. Различают физическую и химическую стабильность.

Физическая стабильность

Изменение физической стабильности возможно в результате кристаллизации высокоплавких углеводородов при низких температурах, а также испарения легких фракций при высоких температурах.

Испарение легких фракций бензина возникает при его транспортировке и хранении. В результате этого изменяется состав бензина (так как увеличивается количество легких фракций, бензин обедняется), что затрудняет пуск двигателя.

При уменьшении количества легких фракций снижается давление насыщенных паров — при испарении 3—4 % бензина давление насыщенных паров снижается в 2—2,5 раза. Кроме того, потери, вызванные испарением, изменяют начальную температуру разгонки бензина и октановое число.

Химическая стабильность

Химическая стабильность — сохранение химических свойств вещества в процессе хранения и транспортировки. Со временем в бензинах происходят процессы окисления, уплотнения и разложения. Химическая стабильность бензина, прежде всего, связана с наличием в нем непредельных углеводородов, которые характеризуются повышенной склонностью к окислению. Под воздействием кислорода, воздуха и металлов при высоких температурах непредельные углеводороды быстро окисляются и поли-меризуются, образуя смолистые вещества и окислы. Такие свойства бензинов, как окисление и смолообразование при длительном хранении характеризуются индукционным периодом.

Индукционный период — время, в течение которого бензин, находящийся в контакте с воздухом под давлением 0,7 МПа при температуре 100 °С, практически не окисляется. Чем выше индукционный период бензина, тем выше его химическая стабильность.

На начальной стадии окисления содержание в бензине смолистых веществ незначительно. По мере окисления количество смолистых веществ возрастает, и они не полностью растворяются в бензине. Смолы, образующие липкие отложения, откладываются в топливном баке, топливопроводах, насосе, карбюраторе, на стержнях впускных клапанов. Смолы, осевшие на горячих деталях, образуют твердые отложения, а попавшие в камеру сгорания, вызывают образование нагара. Таким образом, отложения подразделяются на липкие осадки, лаки и нагары.

Лаки — плотные продукты окисления на горячих металлических поверхностях. Для предотвращения образования таких отложении топливо должно обладать моющими свойствами, т. е. способностью противостоять окислению, уплотнению продуктов окисления, их адсорбции и коагуляции на горячей металлической поверхности.

Нагар — твердые продукты отложений, образующиеся на поверхности днища поршня и верхней части цилиндра, форсунке и выпускных клапанах. Нагар нарушает тепловой режим двигателя, подачу топлива, увеличивает изнашивание деталей. Поэтому топливо должно иметь низкую нагарообразующую способность. Это зависит от его углеводородного состава, наличия примесей, типа присадок и их концентрации.

Липкие осадки — мазеобразные вещества темно-коричневого или черного цвета, состоящие из продуктов низкотемпературного окисления углеводородов и уплотнения, а также из механических примесей и воды. Осадки забивают элементы топливной системы, ухудшают фильтрование и подачу топлива. Поэтому топливо должно обладать высокой химической стабильностью.

Отложения смолистых веществ в канавках поршней вокруг компрессионных колец препятствуют движению, вызывают за-липание и прихват поршней. Компрессионные кольца не прижимаются плотно к стенкам цилиндра, компрессия в цилиндрах снижается. Мощность двигателя падает, увеличивается прорыв газов в картер, а следовательно, и расход масла (рис. 1.11).

В камере сгорания отложения образуются из частиц углерода (кокса) в результате неполного сгорания топлива и солей металлов, присутствующих в присадках, и термического разложения

+800 °С

Накопление

отложений

Лак

Заклинивание колец

Повышенный

износ

Прорыв

газов

Рис. 1.11. Образование отложений на компрессионных кольцах

Фронт

Отложения в камере сгорания, вызывающие калильное зажигание

Рис. 1.12. Отложения в камере сгорания, вызывающие калильное зажигание

остатков масла (рис. 1.12). Эти отложения могут вызвать преждевременное (калильное) зажигание рабочей смеси и детонацию.

Отложения на верхней части поршней полируют внутренние стенки цилиндров, в результате чего снижается их прочность, нарушается целостность масляной пленки, повышается изнашивание.

Лаковые отложения в виде тонкого слоя клейкого углеродистого вещества образуются на умеренно нагретых поверхностях вследствие полимеризации тонкого слоя масла и не сгоревшего топлива в присутствии кислорода. Такие отложения покрывают юбку и внутреннюю поверхность поршня, шатуны и поршневые пальца, стержни клапанов, нижние части цилиндров. Лак ухудшает охлаждение поршня, снижает прочность деталей. Нарушается целостность масляной пленки на стенках цилиндров.

Вследствие засорения свечей зажигания (отложения вокруг электрода) (рис. 1.13) искровой промежуток замыкается, искра ослабевает, зажигание становиться нерегулярным. В результате снижается мощность двигателя и повышается расход топлива.

Отложения на свече зажигания

Рис. 1.13. Отложения на свече зажигания

Смолы и твердые осадки образуются в результате неполного сгорания топлива, окисления углеводородов и полимеризации. Смолы, как правило, образуются при работе непрогретого двигателя, при его продолжительной работе в режиме холостого хода или городской езды. В бензиновых двигателях смол образуется больше, чем в дизелях вследствие более обогащенной рабочей смеси и легкого проникновения продуктов сгорания в картер. При высокой температуре и интенсивной работе двигателя продуктов неполного сгорания образуется меньше. Смолы, углеродные частицы, водяной пар, тяжелые фракции топлива и окисные соединения конденсируют, коагулируют и образуют осадки.

Осадки представляют собой суспензию и эмульсию, состоящие из масла, нерастворимых твердых и смолистых веществ, от коричневого до черного цвета. Такие осадки называют шламом. Различают низкотемпературные и высокотемпературные шламы.

Низкотемпературные осадки в картере образуются при взаимодействии картерных газов, остатков топлива, воды и масла. В непрогретом двигателе вода и топливо не испаряются и образуют эмульсию, которая впоследствии в масле превращается в осадки (рис. 1.14), которые приводят к увеличению вязкости масла, закупориванию каналов смазочной системы, нарушению подачи масла.

  • 0 Конденсат паров воды © Конденсат топлива
  • 1 Масло ?1 Осадок

Рис. 1.14. Образование осадка в карбюраторе

Образование нагара, как правило, обусловлено присутствием в топливе сернистых соединений, которые не только увеличивают количество отложений, но и меняют их характер: нагар становится твердым, что вызывает абразивное изнашивание двигателя.

С увеличением тяжелых фракций в составе топлива повышается его склонность к образованию нагаров.

Степень осмоления определяется содержанием в бензине фактических смол. Значение этого показателя определяется на специальном приборе путем испарения 100 мл бензина в струе нагретого воздуха и последующего взвешивания остатка.

Увеличение площади контакта топлива с воздухом при его хранении ускоряет окислительные процессы. Поэтому при хранении топлива целесообразно заполнять емкости до горловины.

Пространство над топливом, заполненное воздухом, после реакции с парами топлива наполняется азотом, и процесс окисления замедляется. Поступление свежего воздуха снова вызовет интенсивный окислительный процесс. Поэтому хранить бензин необходимо в герметично закрытых емкостях (табл. 1.5).

Таблица 1.5. Количество смол, содержащихся в 100 мл бензина, при различной продолжительности хранения его в баке автомобиля ЗИЛ-130 и в зависимости от герметичности пробки, мг

Пробка

Исходное

Продолжительность хранения, мес.

2

3

4,5

Обычная

2

8

21

28

Герметичная

2

4

4

16

Процессы окисления и осмоления ускоряются с повышением температуры бензина. Процесс окисления самоускоряющий-ся, поэтому бензин, залитый в неочищенную от остатков старого бензина емкость, загрязняется смолами быстрее. Ускоряют образование смол наличие продуктов коррозии и грязи. Большинство металлов, обладая каталитической способностью, уменьшают индукционный период, также увеличивая образование смолистых отложений.

Для повышения химической стабильности бензинов в их состав добавляют антиокислители и деактиваторы металлов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >