Автомобильный бензин. Основные характеристики и марки.

Одной из наиболее важных характеристик бензина как топлива является его детонационная стойкость: чем выше детонационная стойкость бензина, тем эффективнее работа двигателя. Известно, что с увеличением степени сжатия (отношение полного объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания: для карбюраторных двигателей степень сжатия находится в пределах от 4 до 10) горючей смеси повышаются мощность и коэффициент полезного действия двигателя. Однако при определенной степени сжатия нарушается нормальное горение топлива и наступает детонационное горение, которое резко повышает скорость распространения фронта пламени и цилиндре двигателя (от 25—35 м/с до 1500—2000 м/с) и вызывает взрыв горючей смеси. Образующаяся при этом нарывная волна, ударяясь о стенки поршня и цилиндра, создает вибрацию и стук, вызывает неполное сгорание топлива, снижение мощно­сти и преждевременный износ и разрушение основных деталей двигателя. Для различных бензинов детонация наступает при различных степенях сжатия. Основная причина детонации; — образование в горючей смеси активных пероксидов, представляющих собой продукты окисления углеводородов. Как наиболее легкие фракции нефти бензины обладают повышенной склонностью к детонационному сгоранию в цилиндре двигателя. По­этому, чтобы исключить детонацию, необходимо приме­нять только те марки бензинов, которые рекомендуются заводами-изготовителями автомобилей для конкретных видов двигателей. Способность топлива противостоять детанационному сгоранию называется детонационной стойкостью и характеризуется октановым числом. Чем выше октановое число, тем больше может быть сжата в цилиндре горючая смесь. В основу оценки антидето­национных свойств бензинов положен принцип сравне­ния испытуемого топлива со смесями эталонных образ­цов, октановое число которых известно. В качестве эталонного топлива принята смесь двух углеводородов: изооктана (С8Н12), обладающего высокими антидето­национными свойствами, и нормального гептана (С7Н16), который легко детонирует. Октановым числом называется условная единица, численно равная проценту (по объему) озооктана в смеси, состоящей из изооктана и нормального гептана и равноценная по своим антидетонационным свойствам данному топливу. Октановое число изооктана принято за 100, а нормального гепта­на — за 0. Так, если бензин детонирует при работе как смесь, состоящая из 76% изооктана и 24% нормального гептана, то октановое число этого бензина равно 76. Октановое число определяют моторным и исследова­тельским методами на специальных установках, обору­дованных типовыми одноцилиндровыми двигателями. Однако испытания моторным методом проводятся более продолжительно и в более напряженных режимах рабо­ты двигателя. Поэтому октановое число, полученное моторным методом, обычно несколько выше, чем исследовательским. Эта разница называется чувствитель­ностью бензина. Для повышения детонационной стой­кости в топливо добавляют специальные вещества, называемые антидетонаторами. Наиболее эффективным антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС), пред­ставляющий собой густую бесцветную жидкость, кото­рая, растворяясь в топливе, тормозит образование в нем пероксидных соединений и улучшает детонационную стойкость. ТЭС в чистом виде очень ядовит, поэтому в топливо вводят его растворы в виде этиловой жидкости (в количестве до 0, 5—1, 0 г/кг), что повышает его октановое число на 10—12 единиц. Получаемые при этом бензины, называемые этилированными, тоже ядо­виты и при обращении с ними необходимо соблюдать определенные правила предосторожности. Для преду­преждения отравления этилированные бензины окраши­вают. В последнее время применяют новые нетоксичные марганцевые антидетонаторы (пентакарбонил марганца МнСо5 и др.), а при производстве высокооктановых неэтилированных бензинов в качестве присадок исполь­зуют эфиры и спирты. Наша промышленность выпускает автомобильные бензины марок А-72, А-76, АИ-93 и АИ-98. В марке бензина буква «А» указывает, что он автомобильный, а цифра — минимальное октановое число. В бензинах А-72 и А-76 октановое число (72 и 76) установлено моторным методом, а в бензинах АИ-93 и АИ-98 вторая буква «И» указывает, что октановое число (93 и 98) установлено исследовательским мето­дом. Бензин А-72 выпускается неэтилированным; А-76 окрашивается в желтый цвет, АИ-93 — в оранжево-красный и АИ-98—- в синий. Все бензины, кроме АИ-98, делятся на летние, предназначенные для использования в период с 1 апреля по 1 октября, а в южных районах — в течение всего года, и зимние, используемые в период с 1 октября по 1 апреля, а в северных и северо-восточных районах — в течение всего года. Бензин А-72 применяется для эксплуатации двигателей с невысокой степенью сжатия: легковых автомобилей ГАЗ-21 «Волга», «Моск-вич-407», ЗАЗ-965А и ЗАЗ-966 «Запорожец» и др.; автобусов 11АЗ-651, КАЗ-606А и др.; грузовых автомо­билей ГАЗ-51П, ГАЗ-51А, ГАЗ-53Ф, УАЗ-451Д и др.; для пусковых, мотоциклетных двигателей, а также для производственных и бытовых целей. Бензин А-76 пред­назначен для легковых автомобилей ЗАЗ-966, ЗАЗ-968, ЗАЗ-969, «Москвич-408», ГАЗ-24-01 и др.; автобусов ПАЗ-672, ЛАЗ-695Н, ЛАЗ-697Н и др.; грузовых автомобилей ГАЗ-53 А/П, ЗИЛ-130, ЗИЛ-130В1, ЗИЛ-131В, ГАЗ-66-01 и др. Бензин АИ-93 применяется для легко­вых автомобилей: «Запорожец», «Москвич-412», всех марок ВЛЗ «Жигули», ГлЗ-24, ГЛЗ-31 «Волга» и др.; микроавтобусов НЛЗ-2103 п др.; грузовых авто­мобилей «Урал-377», др. Бензин АИ-98 предназначен для легковых автомобилей ЗИЛ-111, ЗИЛ-113, «Чайка» и др.

Топливо для авиационных двигателей, которые эксплуатируются в различных режимах: обычном (крейсерском) и форсированном (режиме взлета самолета), должно сохранять свою детонационную стойкость как на бедных, так и па богатых смесях. Детонационная стойкость авиационного бензина при работе на бедной смеси оценивается октановым числом, а при работе на богатой смеси — сортностью. Сортностью бензина назы­вается число, показывающее, какую мощность может развивать двигатель па испытуемом топливе по сравне­нию с изооктаном, сортность которого принята за 100. Так, авиационный бензин Б-95/130 соответствует топли­ву с октановым числом 95 и сортностью 130; на бензине такой сортности двигатель развивает мощность на 30% выше, чем на изооктане. Наряду с ним выпускаются авиационные бензины Б-100/130, Б-91/115 и Б-70.

Фракционный состав является важным показателем качества бензина и его испаряемости, т. е. способности переходить из жидкого в газообразное состояние. От испаряемости топлива зависят образование горючей смеси, продолжительность прогрева и легкость пуска

двигателя.

Фракционный состав бензина определяется на специальном приборе для разгонки нефтепродуктов, в кото­ром образец топлива переводят в газообразное состоя­ние, а затем, конденсируя, собирают жидкость в мерный цилиндр. В процессе разгонки записывают температуру начала закипания, выкипания 10, 50 и 90% объема бензина и температуру конца кипения. Испарение автомобильных бензинов протекает при температуре 35— 205°С. Легкие фракции бензина (от начала испарения до выкипания 10%) характеризуют пусковые свойства топлива, причем, чем ниже температура выкипания 10% топлива, тем выше его пусковые свойства. Посколь­ку легкие фракции применяются только в период пуска и прогрева холодного двигателя (в дальнейшем они затрудняют пуск и нормальную работу двигателя), требования к фракционному составу бензина зависят от климатических условий: для северных районов и в зим­нее время следует использовать бензины более легкого фракционного состава, а для южных районов и в летнее время — более тяжелого. Поэтому промышленностью выпускаются сезонные (летние и зимние) автомобиль­ные бензины. Для бензина зимнего вида температура выкипания 10% топлива должна быть не более 55°С, а летнего вида — не более 70°С. Температура разгонки 50% топлива характеризует содержание средних фрак­ций бензина, скорость прогрева двигателя и динамику разгона автомобиля и должна быть для бензинов зим­него вида не более 100°С, а бензинов летнего вида — не более 110°С.

Температура разгонки 90% топлива определяет пол­ноту испарения бензина в двигателе. Чем выше темпе­ратура выкипания тяжелых фракций, тем больше топ­лива поступает в цилиндр двигателя в жидком виде. В результате снижается полнота сгорания топлива, смывается смазка с трущихся поверхностей, усиливается износ деталей двигателя.

Химическая стабильность характеризуется стойкостью бензина к окислению, смоло- и нагарообразованию и другим химическим изменениям в двигателе и зависит от фракционного состава топлива и содержания в нем смол и смолообразующих веществ. Тяжелые мо­лекулы углеводородов смол полностью не сгорают, а оседают на стенках трубопроводов и в цилиндре двигателя в виде хрупкого и твердого нагара и тем самым ухудшают процесс сгорания, увеличивают расход топлива и снижают мощность двигателя. Содержание смол устанавливается специальными стандартами и для различных марок бензина не должно превышать 7—15 мг/100 мл. Смолообразующими веществами являют­ся различные нестойкие соединения, например непредельные углеводороды и др., которые в процессе хра­пения и транспортирования окисляются и переходят и смолы (табл. 20). Интенсивность образования смол зависит от химического состава нефти, способов ее пе­реработки и температуры хранения.

Химическая стабильность выражается длительностью индукционного периода — времени искусственного окисления бензина в специальной лабораторной установке и определяется и атмосфере чистого кислорода при давлении 0, 7 МПа и температуре 100°С. При окислении бензина давление кислорода существенно понижается, так как часть его расходуется на образование смол и кислот. Индукционный период автомобильных бензи­нов различных марок должен быть не менее 450— 900 мин. Для повышения химической стойкости в топли­во добавляют антиокислители (древесносмольный, детонафтал и др.), которые повышают индукционный период окисления бензина. На коррозию резервуаров,, цистерн, топливных баков и деталей топливоподающей аппаратуры большое влияние оказывает наличие в бен­зине минеральных кислот, щелочей, активных сернистых соединений, воды и других примесей. Кислотность бензина характеризуется числом миллиграммов едкого кали (КОП), необходимого для нейтрализации кислот, содержащихся к 100 мг топлива, и не должна превы­шать 3 мг. Наличие сернистых соединений не только вызывает коррозию рабочих органов двигателя, по и снижает детонационную стойкость топлива, способствует образованию смол. Чем меньше содержание серы в бензине, тем выше его качество. Наличие серы определяют испытанием бензина на коррозию отполированной пластинки из чистой меди. В зависимости от марки бензина содержание серы не должно быть более 0, 10—0, 15%. Вода в бензине может находиться в растворенном и свободном состоянии. Содержание растворенной воды не превышает обычно тысячных долей процента, а количество свободной воды зависит от гигроскопичности бен­зина и может быть значительным. Наличие воды не допускается из-за сильного корродирующего ее действия, а также возможного промерзания топливоподающей аппаратуры в холодную погоду. Не допускается присутствие в бензине и механических примесей (пыли, минеральных и органических частиц), вызывающих износ деталей двигателя, засорение фильтров и каналов карбюратора.