Бензин

Паровые пробки

При эксплуатации автомобилей в южных районах страны в особо жаркие дни довольно часто наблюдаются случаи самопроизвольной остановки двигателей вследствие образования паровых пробок в системе питания. В условиях тропического климата это явление принимает иногда массовый характер. Образование паровых пробок известно давно; основные исследования в этой области проводились применительно к авиации, где главной причиной возникновения паровых пробок является испарение бензина вследствие понижения атмосферного давления. В автомобильных двигателях образование паровых пробок является следствием нагрева бензина в топливной системе, поэтому результаты исследований в авиационной промышленности лишь частично применимы к автомобилям.
Проведенные исследования и обобщение литературных данных позволяют следующим образом объяснить появление паровых пробок и связанные с ними неполадки в работе двигателя. При нагревании бензина в системе питания наиболее низко-кипящие углеводороды испаряются, образуя пары, объем которых в 150—200 раз больше объема испарившегося бензина. В этих условиях в системе питания находится смесь жидкости и паров бензина с небольшим количеством воздуха, который ранее находился в бензине и выделился из него при нагревании. Весовая производительность бензонасоса снижается, и горючая смесь, поступающая в двигатель, обедняется. Двигатель оста-навливается. Все неполадки выглядят точно так же, как и при засорении топливопроводов, в связи с чем это явление и получило название «паровой пробки».
Образование паровых пробок в системе питания зависит от испаряемости бензина, температуры и давления бензина в системе, пропускной способности топливной системы и расхода бензина (режима работы двигателя). Решающим фактором, обусловливающим образование паровых пробок, является температура нагрева бензина. Некоторые авторы  излишне большую роль в образовании паровых пробок отводят воздуху, растворенному в бензине и выделяющемуся из него при нагревании. Имеющиеся данные (рис. 4.12) свидетельствуют о том, что при нагревании бензина объем выделяющегося воздуха может составить максимально 20—25% от объема бензина, тогда как объем образующихся паров в 150—200 раз больше объема того же количества бензина, остающегося в жидкой фазе.
Температура нагрева бензина в топливной системе автомобиля зависит от конструктивных особенностей системы и температуры окружающего воздуха. Температура воздуха в подкапотном пространстве обычно намного выше, чем температура окружающего воздуха. Так, по данным испытаний при температуре воздуха около 40°С температура воздуха под капотом поднимается до 90—95°С, а бензин  при этом нагревается до 75—75°С. Особенно высокие температуры нагрева бензина отмечены у автомобилей, эксплуатирующихся в условиях бездорожья, при езде в колоннах и с прицепами, при эксплуатации автомобилей в гористой местности.
Понижение атмосферного давления в горной местности, казалось бы, должно несколько облегчать условия образования паровых пробок. Однако наряду с понижением давления снижается и температура окружающего воздуха, вследствие чего условия для образования паровых пробок с увеличением высоты меняются очень незначительно.
Испытания автомобилей в камерах, где имитируются тро-пические условия, и в эксплуатационных условиях — в Средней Азии, показали, что наивысшая температура нагрева бензина (до 80—85°С) наблюдается после остановки автомобиля и выключения двигателя. Это совершенно закономерно, так как вентиляция подкапотного пространства прекращается, бензин в системе питания не движется и сильно прогревается за счет тепла, излучаемого двигателем. В результате пуск двигателя даже после кратковременной стоянки может быть сильно затруднен. Тенденция к повышению мощности и размеров современного двигателя, увеличение числа вспомогательных приборов и устройств с одновременным стремлением к сокращению подкапотного пространства значительно осложняют проблему отвода выделяющегося тепла.
Снижение температуры нагрева бензина может быть достигнуто простейшими конструктивными мероприятиями. Замеры показывают, что даже на новых отечественных автомобилях бензонасосы, как правило, устанавливаются в наиболее горячих местах подкапотного пространства. Организация хорошей вентиляции воздуха близ бензонасоса, теплоизоляция бензонасоса, увеличение диаметра трубок системы питания, сокращение их длины и ряд других конструктивных мер способствуют снижению температуры нагрева бензина в системе питания.
На основании обобщения данных отечественных и зарубежных исследований можно считать установленным, что в условиях жаркого климата во время работы двигателя температура бензина на 20—30°С выше температуры окружающего воздуха, а через 7—10 мин после остановки автомобиля и выключения двигателя — на 30—40°С. Эти величины использовались в дальнейшем для расчетов и обоснования требований к фракционному составу автомобильных бензинов.
При сравнении бензинов различного фракционного состава в топливной системе одного и того же двигателя наиболее подходящим критерием оценки склонности бензинов к образованию паровых пробок является температура бензина, при которой двигатель глохнет вследствие образования паровых пробок. Для нахождения таких температур были проделаны эксперименты на полноразмерном двигателе в стендовых условиях с подогревом бензина в системе питания. Полученные результаты (рис. 4.13) свидетельствуют о том, что с увеличением числа оборотов коленчатого вала двигателя паровые пробки образуются при более низких температурах нагрева бензина. Увеличение нагрузки на двигатель также приводит к облегчению образования паровых пробок. Производительность бензонасоса с изменением числа оборотов вала двигателя до 1000 об./мин меняется незначительно, тогда как требуемое количество бензина непрерывно растет. Именно поэтому с увеличением числа оборотов образование паровых пробок начинается при более низких температурах нагрева бензина.
Следует отметить, что бензонасос является и наиболее «узким» местом в отечественных системах питания, ограничивающим их пропускную способность. С увеличением производительности бензонасосов значительно   повышается температура бензина, при которой двигатель останавливается вследствие образования паровых пробок. Насос повышенной производительности способен прокачать большее количество паров, и поэтому двигатель продолжает нормально работать при более высокой температуре бензина. Очевидно, повышение производительности бензонасоса является одним из возможных и эффективных способов борьбы с образова-нием паровых пробок при повышенных температурах окру-жающего воздуха.
Зависимость температуры образования паровых пробок от температуры начала кипения и от температуры перегонки 10% бензина носит прямолинейный характер для бензинов, имеющих температуру перегонки 10% в пределах 45—70°С, т.е. для большинства современных автомобильных бензинов. Прямолинейной оказалась и зависимость температуры образования паровых пробок от давления насыщенных паров бензинов.
На основании полученных результатов были выведены эм-пирические зависимости температуры максималь-ного нагрева бензина, при которой двигатель останавливается вследствие образования паровых пробок от давления насыщенных паров бензина при 38°С и от фракционного состава бензина — температуры начала кипения (t ) и перегонки 10% .