Характеристика и применение бензинов

12. Характеристика и применение бензинов. Основные требования к бензинам

Бензины являются сложной смесью жидких низкокипящих ароматических, нафтеновых, парафиновых и смешанных углеводородов с числом углеродных атомов от 4-5 до 9-10 со средней молекулярной массой около 100Д, выкипающей в пределах 35-200 градусов по Цельсию. Бензины--легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (при отсутствии специальных добавок) жидкости. Бензины имеют высокую летучесть и температуры вспышки в пределах 20-40 градусов по Цельсию, застывания-ниже минус 60 градусов. Надежная, долговечная, эффективная и экономичная эта любого карбюраторного двигателя будет обеспечена только в том случае, если бензин удовлетворяет следующим требованиям:

· имеет высокие карбюрационные свойства, т.е. образует такую горючую смесь, которая обеспечивает легкий пуск двигателя и устойчивую работу при всех возможных режимах;

· не вызывает детонации двигателя (имеет достаточную детонационную стойкость);

· обеспечивает полное сгорание (не вызывает смоло- и нагарообразования на деталях двигателя);

· обладает высокой стабильностью, т.е. при длительном хранении, перекачках и транспортировке не претерпевает существенных изменений;

· при хранении не вызывает коррозии металлов резервуаров, баков, трубо- и топливопроводов, а при сгорании - деталей двигателей от действия продуктов сгорания (имеет высокие антикоррозионные свойства);

· теплота сгорания горючей смеси должна быть максимально возможной.

Основная тенденция современного автомобильного двигателестроения -- повышение степени сжатия для улучшения технико-экономических и эксплуатационных показателей автомобиля. При повышении степени сжатия увеличивается литровая мощность и снижается удельный расход бензина. Однако увеличение степени сжатия требует применения бензина с улучшенной детонационной стойкостью.

13. Этилированные бензины

Для повышения октанового числа к бензинам добавляют антидетонационные присадки -- антидетонаторы. Наибольшее распространение в этом качестве во всех чанах мира получил тетраэтилсвинец (ТЭС), представляющий собой маслянистую бесцветную жидкость с плотностью 1652,4 кг/куб.м. Температура кипения ТЭС составляет 200 градусов Цельсия, он растворим в бензине и органических растворителях, чрезвычайно ядовит, относится к первой группе опасности по отравляющему действию. Значительное одновременное попадание ТЭС в организм или постепенное отравление им вызывает смерть. ТЭС может попадать в организм через поврежденную кожу, органы дыхания; при попадании в организм, независимо от срока, он накапливается в нем. ТЭС неустойчив --под действием температуры, солнечного света, воды, воздуха разлагается с образованием белого осадка. Хранить этилированные бензины необходимо с учетом этих факторов. В чистом виде ТЭС не применяется, так как образующиеся при сгорании свинец и его оксиды откладываются на стенках цилиндра двигателя, днище поршня, на свечах и клапанах, что быстро выводит двигатель из строя. ТЭС используют в смеси с так называемыми "выносителями", при сгорании превращающими свинцовые соединения в газообразное состояние. Смесь ТЭС и "выносителя" называется этиловой жидкостью, а бензины, к которым добавлена этиловая жидкость -- этилированными. Для отличия этилированных бензинов от неэтилированных первые окрашиваются в яркие цвета. Эффективно повышают октановое число бензинов первые 0,5-2 мл этиловой жидкости. Способность повышать свое октановое число от прибавления этиловой жидкости зависит от химического состава бензина. Превышение оптимального количества способствует увеличению нагарообразования и освинцовывания деталей. Образующиеся нагары провоцируют калильное зажигание. Отработанные газы автомобилей, работающих на этилированном бензине, имеют повышенную токсичность за счет свинцовых соединений. При использовании этилированных бензинов повышается расход масла в 1,5-2 раза по сравнению с расходом масла при использовании неэтилированного бензина. В целях предотвращения отравления, загрязнения окружающей среды Украина пытается отказаться от применения этилированных бензинов. В атмосферу планеты ежегодно выбрасывается более 250 тысяч тонн свинцовых соединений в виде аэрозолей. Значения октановых чисел бензинов, применяемых в некоторых странах Европы приведены в таблице 6.

Примечание: В большинстве стран мира бензины выпускают двух видов: - обычные (они могут называться нормальными, регулярными) с октановыми числами по исследовательскому методу 80-92; - премиальные (могут называться "супер") с октановыми числами по исследовательскому методу 93-98 (100). К"регулярным"бензинамотносится, например, в Польше Etylina 86 и Bona 91; в Германии - Normal (N); в Австрии - Normal;в Великобритании - Regular и т.д. К "премиальным" бензинам относятся, например,в Польше - Eurosuper 95, Etylite 94;в Германии Super Plus (SP), Super (S);в Австрии - Super benzin, Super; в Великобритании - Premium.

Фракционный состав От фракционного состава зависят легкость и надежность пуска двигателя, полнота сгорания, длительность прогрева, приемистость автомобиля и интенсивность износа деталей двигателя. Фракционный состав бензинов (ГОСТ 2177-82) определяют следующим образом. Бен_ас (100 мл) нагревают в специальном приборе, пары конденсируют, а жидкость собирают в мерный цилиндр. Во время перегонки отмечают температуру начала кипения (падения первой капли в цилиндр), а затем выкипания 10%, 50%, 90% и конца кипения. Легкие фракции бензина (от начала кипения до выкипания 10%) характеризуют пусковые свойства топлива -- чем ниже температура выкипания 10% топлива, тем лучше пусковые свойства. Для запуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10% бензина выкипало при температуре не выше 55 градусов (зимний сорт) и 70 градусов (летний) по Цельсию. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя, однако они более интенсивно испаряются в топливном баке и бензопроводах. При высокой испаряемости вместе с жидкостью через жиклер карбюратора поступает пар. Это снижает коэффициент наполнения цилиндров, приводит к падению мощности и перегреву двигателя. В топливоподающей системе могут возникать паровые пробки, что приводит к перебоям в работе и остановке двигателя. Особенно это наблюдается при использовании зимних сортов бензина летом. В связи с этим количество легкокипящих углеводородов в бензине ограничивают; температура начала кипения для всех сортов бензина должна быть не ниже 35 градусов по Цельсию. Зимние сорта бензина имеют более легкий (чем летние) фракционный состав. Основная часть топлива называется рабочей фракцией. От ее испаряемости зависят: образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). Содержание рабочей фракции должно совпадать с 50% отгона. Тяжелые углеводороды (от 90% до конца кипения) в топливе нежелательны, так как испаряются не полностью. Оставаясь в капельно-жидком состоянии, через зазоры между цилиндром и поршневыми кольцами они проникают в картер двигателя, смывают смазочную пленку, увеличивают износ, разжижают масло, увеличивают расход топлива. Минимальный интервал температур от 90% до конца кипения улучшает качество топлива и снижает его склонность к конденсации, что повышает экономичность и уменьшает износ деталей двигателя. Температуру выкипания 90% топлива иногда называют точкой росы.

Октановое число Для улучшения эксплуатационных свойств бензинов производители повышают их октановое число. Это достигается путем добавления к бензинам некоторых высокооктановых компонентов.

Свойства высокооктановых компонентов, добавляемых к бензину для изменения его качества

Таблица 7

14. Ухудшение качества бензина при хранении

Бензины от момента изготовления на заводах до сгорания в двигателях проходят сложный путь транспортировки и хранения. За это время они претерпевают количественные и качественные изменения. Так, например, наблюдается потеря легкой части бензина ("утяжеление" топлива). При охлаждении топлива в нем могут появиться кристаллы льда и углеводородов. При использовании бензино-спиртовых смесей возможно их расслаивание при низких температурах. При хранении бензина в средней климатической зоне за 1 месяц потери бензина составляют от 0,12 до 3 килограммов на тонну (в зависимости от испаряемости). Еще большие потери при сливо-наливных операциях. Во избежание потерь топлива его следует хранить в подземных резервуарах, оборудованных специальными системами для улавливания паров бензина при перепадах температур и сливо-наливных операциях. При хранении происходят также качественные изменения бензина. В частности, он окисляется. Первыми продуктами окисления являются органические кислоты, эфиры, кетоны и др., которые увеличивают коррозионность бензина. Затем образуются продукты глубокого окисления, например асфальтены и смолы (растворимые и не растворимые в бензине). При этом изменяется цвет и запах бензина. Смолы придают бензину желтоватую окраску (этилированные бензины могут менять свой стандартный цвет). Сильно окисленный бензин нельзя использовать, поскольку смолы откладываются в баках, топливопроводах, на штоках клапанов, вызывая их зависание и прогорание. Если цвет и запах бензина указывают на наличие смол, можно провести экспресс-анализ на предмет возможности его применения. Для этого на фильтровальную (или плотную промокательную) бумагу наносят несколько капель бензина. При наличии смол после испарения бензина в течение 15-20 минут на бумаге остается кольцо желто-коричневого цвета. Такое топливо непригодно к использованию. Его можно использовать только как добавку к чистым бензинам такого же октанового числа (кратковременно). Срок хранения бензина зависит от температуры, поверхности соприкосновения с воздухом, каталитического действия некоторых металлов (в частности, меди, свинца и их сплавов), наличия воды и прежних продуктов окисления, света и др. С повышением температуры скорость окисления увеличивается. Поэтому топливо следует хранить в больших подземных емкостях с минимальными колебаниями температуры. Это исключает каталитическое действие дневного света. В мелкой таре топливо окисляется быстрее, чем в большой (ввиду увеличения удельной площади соприкосновения с воздухом). Поэтому срок хранения бензина в канистрах в летний период не должен превышать одного-двух месяцев. Скорость окисления бензина увеличивается в присутствии воды и старых продуктов окисления (примерно в 2 раза).

Таблица 8 Изменение содержания смол мг/ 100 мл в бензине при его хранении

15. Экспресс-метод определения керосина или дизтоплива в бензине

Применение таких смесей вообще недопустимо ввиду неизбежности детонации и снижения мощности двигателя, увеличения его износа, возможности прогара поршней и клапанов, увеличения токсичности и дымности выхлопа и других неполадок в работе. Керосин или дизтопливо растворяются в бензине в неограниченном количестве и не могут отделиться при хранении (вследствие отстоя). Керосин и дизтопливо могут попасть в бензин в результате небрежности, халатности или злого умысла. Явный признак наличия "тяжелого" топлива в бензине -- повышение уровня масла в картере, так как "тяжелое" топливо не испаряется из масла при работе двигателя. Определить наличие последнего в бензине можно экспресс-методом. Для этого на фильтровальную (или плотную промокательную) бумагу наносят несколько капель бензина так, чтобы образовывалось пятно диаметром 50-60 миллиметров. После этого дают испариться бензину при комнатной температуре в течение 15-20 минут. При наличии "тяжелого" топлива в бензине по истечении указанного времени на бумаге останется "жирное" пятно, более или менее интенсивное, в зависимости от количества и качества примеси. При отсутствии "тяжелого" топлива такое пятно не образуется.

16. Смесевой бензин

Смесевой бензин -- это в первую очередь точность. Его производство, как изготовление лекарств, требует строгого соблюдения рецептуры. Чтобы проанализировать эффективность использования тех или иных антидетонационных добавок в автомобильных бензинах, рассмотрим таблицу 3.5, в которой приведены сравнительные энергетические, физико-химические и эксплуатационные характеристики основных видов кислородсодержащих компонентов автомобильных бензинов. Из этой таблицы видно, что использование спиртов (метилового и этилового) в смесевых бензинах в результате высокой теплоты и испарения приводит к значительному росту давления насыщенных паров, не соответствующему стандартному - 66,7 кПа - значению, а затем - к образованию паровых пробок в бензопроводах автомобиля. Показания же давления насыщенных паров при смешивании с бензином у эфиров (МТБЭ, ЭТБЭ, МТАЭ) значительно лучше, что позволяет вводить легкие углеводородные фракции в смесевое топливо и получать экологически чистые высокооктановые автомобильные бензины. Кроме того, спирты могут вызвать увеличение выбросов оксида азота и паров топлива, увеличить коррозию топливной системы, привести к выделению водной фазы, что также способно негативно повлиять на работу автомобильного двигателя. Испытания бензина А-95 на российском заводе АВТОВАЗ показали, что добавка к бензину 10% _асс. Этанола приводит к обеднению топливно-воздушной смеси до 5% и ухудшает ходовые качества автомобиля практически на всех режимах движения. Поэтому для использования этого бензина необходимо перерегулирование карбюратора. При использовании же эфиров аналогичный негативный эффект не возникает. Уменьшение количества спирта в бензине до 5% мае. Не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик автомобиля и не нуждается в изменении регулирования двигателя. Стоит также отметить, что внедрение в производство и обеспечение широкого использования бензино-этанольных топлив связано с необходимостью решения ряда других технических и экономических проблем. Основной проблемой является гигроскопичность этих топлив и предрасположенность этилового спирта к расслоению с бензином при наличии воды в смеси. В связи с этим возникает вопрос о качестве спиртовой добавки (содержание воды в которой не должно превышать 0,2% об.) и установлении и четком соблюдении инструкций приготовления, транспортирования и хранения бензино-этанольных топлив. Кроме того, для достижения конкурентоспособности смесевых топлив их себестоимость не должна превышать себестоимости традиционных бензинов. Но несмотря на эти проблемы добавленные в бензин спирты улучшают его октановое число. Незначительная потеря теплоты сгорания этих топлив, которая отражается на мощности, компенсируется увеличением КПД двигателя. Это, в свою очередь, объясняется лучшим качеством сгорания благодаря содержанию кислорода в компонентах. Кроме того, различные исследования, проведенные в мире, доказали, что использование спиртобензиновых смесей позволяет уменьшить выбросы в атмосферу угарного газа (до 40%), а также выбросы оксидов серы и концентрацию суммарных углеводородов. В период с августа 1998 года по февраль 1999 года отечественные научно-исследовательские институты МАСМА и ДЕРЖАВТОТРАНСНДИПРОЕКТ провели испытания на предмет возможности широкого применения на автотранспорте смесевых бензинов с топливным этанолом (ВКД) наравне с традиционными товарными бензинами А-76 и А-92.

Основные характеристики кислородсодержащих компонентов автомобильных бензинов