Бензины. Показатели качества и свойства бензина

Бензины. Краткие сведения
Бензины. Краткие сведения
Виды двигателей

 Рабочий процесс двигателей с искровым зажиганием, как и всех двигателей внутреннего сгорания, состоит из процессов испарения, смесеобразования, зажигания и сгорания топлива. При сгорании топлива выделяется тепловая энергия, которая превращается двигателем в механическую работу. Горючая смесь в поршневых двигателях с искровым зажиганием образуется либо в специальном приборе-карбюраторе, либо непосредственно в цилиндре двигателя, куда воздух и топливо подаются отдельно. Соответственно различают карбюраторные двигатели и двигатели с непосредственным спрыском топлива. 


 Бензины. Общие положения и требования к свойствам  бензина. 


 Бензины, применяемые в качестве топлива для двигателей с искровым зажиганием, должны обеспечивать нормальную работу двигателей в различных условиях эксплуатации. Исходя из необходимости обеспечения высокой эффективности применения бензинов в современных двигателях и в целях оптимизации физико-химических показателей качества бензинов, бензины должны соответствовать следующим требованиям: 

Показатели качества бензина. Бензины должны:

 - Бензины должны иметь оптимальные антидетонационные свойства на бедных и богатых смесях, на различных режимах работы двигателей;
- Бензины должны обладать хорошей испаряемостью, обеспечивать легкий пуск при низких температурах окружающего воздуха, стабильную работу и хорошую приемлемость двигателей, в то же время не создавать паровых пробок в топливной системе с понижением давления и повышенной температуре. Эти противоречивые требования реализуются путем  того, что производятся бензины летнего и зимнего видов;
- Бензины должны надежно прокачиваться в различных условиях эксплуатации и не выделять твердой фазы при пониженных температурах;
- Бензины должны быть высоко стабильными, не окисляться и не осмаливаться в процессе хранения, не разлагаться на компоненты и не образовывать отложения в системе питания двигателей; 
- Бензины должны не вызывать ржавления средств хранения, транспортировки и перекачки, топливной системы и камеры сгорания и продукты сгорания бензина не должны вызывать коррозию деталей системы питания;
- бензины должны быть безопасными в использовании и не вызывать загрязнение окружающей среды; 
-  Бензины должны иметь широкую базу сырья для производства и быть дешевыми; 
- этилированные бензины должны быть закрашены, каждая марка должна иметь свой цвет.

 Бензины. Эксплуатационные свойства бензина



 Основные эксплуатационные свойства, которыми обладают бензины; прокачиваемость, испаряемость, детонационная стойкость и склонность к отложениям. 

 Бензины и прокачиваемость. Прокачиваемость бензинов характеризуют такие их физико-химические показатели, как вязкость, содержание механических примесей и воды, температура начала кристаллизации и давление насыщенных паров. От вязкости зависит количество бензина, протекающей через жиклер карбюратора или поступает непосредственно в цилиндр двигателя. Из всех нефтяных углеводородных топлив вязкость бензинов наименьшая и находится в пределах от 0,4-0,8 мм2 / с при 20 С до 12-15 мм2 / с при минус 40 с. Такие уровни вязкости обеспечивают надежную подачу бензина в камеру сгорания карбюраторного двигателя и довольно тонкий распыл во время непосредственного впрыскивания в цилиндр. Механические примеси могут попадать в бензины при перекачке, транспортировке, приеме-выдаче, хранении и заправке техники в виде пыли, песка, окалины, ржавчины, с плохо очищенных средств хранения, трубопроводов и рукавов, через неплотно закрытые горловины резервуаров, средств транспортировки и заправки. 

Бензины и механические примеси. Механические примеси в бензинах не допускаются, потому что они могут вызвать засорение фильтров и жиклеров и этим нарушить подачу топлива. Механические примеси, особенно абразивные, попадая в камеру сгорания вместе с рабочей смесью, вызывают дополнительный износ деталей цилиндро-поршневой группы . Вода может попадать в бензины такими же путями, как и механические примеси, а также за счет конденсации паров воды в воздухе во время малых дыханий резервуаров. Наличие воды в бензине особенно опасно при отрицательных температурах, так как образовавшиеся кристаллы льда могут в значительной степени затруднить подачу бензина по системе питания двигателя. Когда температура воздуха ниже минус 60 С с бензинов выпадают кристаллы высокоплавких углеводородов и растворенной воды. 

Из всех углеводородов, входящих в состав бензинов, только бензол имеет высокую температуру плавления (5,4 С). Однако и он начинает выделяться в виде твердой фазы когда температура воздуха выше минус 60 С в случае значительного содержания в бензине. Если содержание  бензола 20% - температура начала кристаллизации бензина составляет минус 40 и минус 20 С если содержаниеи  бензола 40%. Бензины с температурой 20 С способны растворить от 0,01 до 0,04% воды. 

Растворимость воды определяется в основном количеством ароматических и непредельных углеводородов, содержащихся в бензине, потому что именно эти углеводороды обладают наибольшей гигроскопичностью. С понижением температуры растворимость воды уменьшается, достигая  0 С примерно 0,005%. Тонкодисперсная эмульсия воды, которая выделилась в бензине существует довольно непродолжительное время, из-за того, что все компоненты бензина являются неполярными веществами, происходит быстрое укрупнение микрокапель воды и выпадения в осадок за счет того, что бензины и вода имеют большую разницу плотности .

 Нарушение подачи бензинов через выделение из бензинов высокоплавких углеводородов и кристаллов льда определяются составом бензина и возможны лишь в очень низких температурах. В некоторых случаях подача бензина может быть затруднена или вообще прекратится из-за образования в топливной системе паровых или паровоздушных пробок. 

Бензины. Давление насыщенных паров. О склонности бензина к образованию паровых и паровоздушных пробок судят по давлению его насыщенных паров. Чем выше давление насыщенных паров, тем интенсивнее испаряется бензин. Если давление насыщенных паров сравняется с внешним давлением, бензины вскипают. Величина давления насыщенных паров зависит от температуры, поэтому с повышением температуры увеличивается опасность возникновения паровых и паровоздушных пробок. По этой причине  автомобильные бензины летнего вида, предназначенныех для применения в условиях повышенных температур,  имеют ограничение; давление насыщенных паров ограниченоа 500 мм рт. ст. (66661 Па), в то время как зимнего вида - 700 мм рт. ст. (93 325 Па).

 Бензины. Содержание фактических смол. Особенно опасно образования паровых пробок и перебоев в подаче топлива в двигатель в условиях полета самолета, поэтому  авиационные бензины нормируются по давлению насыщенных паров  еще более жестко - в пределах 220-360 мм рт. ст. (29 326 - 47 988 Па), нижняя граница установлена ​​для обеспечения надежного пуска двигателей. Нарушения подачи топлива в ряде случаев могут быть вызваны смолением жиклеров карбюратора или иглы форсунки. Склонность бензинов до отложений на деталях топливной системы характеризует содержание фактических смол. 

 Бензины. Испаряемость бензина. Испаряемость бензинов влияет на легкость пуска продолжительность прогрева, приемлемость и устойчивость работы двигателя. От испаряемости зависит полнота сгорания и эффективность применения бензина. Испаряемость бензинов характеризуют такие его физические показатели, как фракционный состав, давление насыщенных паров, теплопроводность, теплоемкость и скрытая теплота испарения. Фракционный состав наиболее полно характеризует испаряемость топлива, показывает зависимость между температурой и количеством фракций, выкипающие при этой температуре. 

Бензины и вязкость масла. Пуск двигателя в основном затруднен при низких температурах окружающего воздуха. Во время пуска холодного двигателя частота вращения коленчатого вала, как правило невелика и колеблется от 40-50 мин -1 / вручную / до 100-150 мин-1 / от стартера . Вязкость масла с понижением температуры увеличивается / соответственно необходимо увеличить усилия для проворачивания коленчатого вала и связанной с ним шатунно-поршневой группы /. Поэтому частота вращения коленчатого вала двигателя при низких температурах всегда будет меньше, чем при повышенных.

 В этих условиях разряжения во впускном коллекторе и скорость потока воздуха в диффузоре карбюратора будут небольшими / 3-4 м / с /. При таких скоростях воздушного потока распил бензина и подача его в цилиндры двигателя будут недостаточными. В результате смесь бензина, образовавшейся с воздухом оказывается переобедненной (а = 1,8-2,5), тогда как в пересчете на все поданое топливо, а = 0,8-0,9. Для устранения этого явления горючую смесь искусственно обогащают до а = 0,8-1,0 за счет прикрытия воздушной заслонки карбюратора при отрытых жиклерах. При этом в пересчете на все подано топливо, а составляет 0,1-0,2,.поэтому чтобы избежать переобогащения смеси по мере прогрева двигателя воздушную заслонку карбюратора снова открывают.

 Об легкости пуска холодного двигателя судят по температуре выкипания 10% фракции и температуре начала кипения бензина, а также по давлению насыщенных паров. Чем ниже температура начала кипения и выкипания 10% фракции, чем выше давление насыщенных паров, тем легче при прочих равных условиях пустить холодный двигатель. Установлено эмпирическую зависимость температуры воздуха, при которой возможен легкий пуск холодного двигателя, от температуры перегонки 10% фракции и температуры его перегонки.

 Однако существует некоторая условность данных зависимостей, потому что здесь мало учтены факторы конструкции камеры сгорания и впускной системы двигателя, вязкости применяемого моторного масла и др.. Бензины летнего вида должны иметь температуру кипения 10%  не выше 70 С, а бензины зимнего вида - 55 С. Используя приведенные зависимости, можно считать, что бензины зимнего вида могут обеспечить пуск холодного двигателя без предварительного подогрева в условиях температур до минус 30 С.

Продолжительность прогрева определяется интервалом времени от запуска двигателя до выхода на тепловой режим, что обеспечивает дальнейшую эксплуатацию. Прогрев считают законченным и двигатель готов к работе под нагрузкой, когда на режиме холостого хода достигнуто практически полное испарение бензина во впускном трубопроводе. При этом температура горения повышается за счет обогрева, начавшегося во впускном коллекторе и достигает около впускных клапанов 30-35 С. 

 На длительность прогрева наряду с конструктивными факторами особенно сильное влияние оказывает средняя температура перегонки бензина, условно оценивается температурой перегонки 50% фракции. Чем ниже эта температура, тем легче и полнее происходит испарение бензина при низких температурах, тем быстрее прогревается двигатель. Поэтому для экономии топлива и сокращения продолжительности прогрева двигателя в зимнее время необходимо прикрывать жалюзи радиаторов. Наряду с продолжительностью прогрева температура перегонки 50% фракции сильно влияет и на приемлемость двигателя, т.е. скорость перехода двигателя на режим максимальной мощности. 

При резком открытии дроссельной заслонки тепловой режим двигателя нарушается из-за поступления во впускной трубопровод большого количества топлива и холодного воздуха. В результате температура во впускном трубопроводе понижается, и испарение бензина ухудшается. Горючая смесь оказывается обедненной. При чрезмерном обеднении смеси двигатель вообще может заглохнуть. Для восстановления теплового равновесия потребуется некоторое время. Чем ниже средняя температура перегонки бензина, тем быстрее (при прочих равных условиях) возобновятся тепловое равновесие и необходимый состав горючей смеси, а двигатель выйдет на режим максимальной мощности. Бензины, которые не испарились, смывая масло зеркала цилиндра и снижая вязкость моторного масла в картере, способствует повышенному износу двигателя, большему разведению масла в картере, а следовательно, и максимальный износ наблюдается в непрогретого двигателя. 

 Количество бензина, который не испарился, в рабочей смеси возрастает с увеличением содержания высококипящих фракций и определяется температурами перегонки 90% фракции и конца кипения. С повышением температуры перегонки 90% фракции и особенно конца кипения увеличивается не только износ двигателя, но и относительно  бензины больше расходуется за счет неполного сгорания. По мере износа двигателя, особенно цилиндропоршневой группы, расход топлива сильно увеличивается.

Бензины. Детонационная стойкость и октановое число бензина


 Бензины. Детонационная стойкость. Детонационная стойкость автомобильных бензинов характеризуется октановым числом а авиационных бензинов, кроме этого, еще и сортностью. Октановое число - условная величина, численно равная процентному (по объему) содержанию изооктана (2,2,4-триметилпентана) в такой его смеси с нормальным гептаном, что по своей детонационной стойкости в стандартных условиях испытания на специальных моторных установках эквивалентна испытуемому топливу, при этом детонационная стойкость изооктана условно принята за 100 единиц, а нормального гептана 0.

Бензины. Октановое число. Октановое число бензина определяется по моторному и исследовательскому методам. Моторный метод моделирует работу двигателей на форсированных режимах при длительных нагрузках, исследовательский метод - работу двигателей при меньших нагрузках и температурных режимах. Октановое число одного и того же бензина, определенного моторным и исследовательским методами, различаются между собой (примерно на 8 единиц). Разница между октановым числом, определенным по исследовательскому и моторному методам, называют чувствительностью бензина. 

 Различные углеводороды фракции бензина имеют разную детонационную стойкость. Поэтому фракционирования бензина во впускном коллекторе двигателя, что особенно заметно проявляется при резком открывании дроссельной заслонки, в некоторых случаях приводит к появлению детонационных стуков в двигателе. Условия работы авиационных поршневых двигателей отличаются от условий, в которых работают автомобильные двигатели, частотой вращения коленчатого вала, температурным режимом, наличием наддува и др.. Поэтому для оценки детонационной стойкости авиационных бензинов рядом с октановым числом нормируется так называемая сортность на богатой смеси и в условиях наддува.

Бензины. Сортность. Сортность бензина показывает, насколько больше или меньше можно получить мощность (или среднее индикаторное давление) при работе специального одноцилиндрового двигателя на богатой смеси на испытуемом топливе по сравнению с развиваемой мощностью этим же двигателем на изооктане, мощность на котором условно принята за 100% или100 единиц сортности. Например, сортность 115 бензина Б-91/115 показывает, что этот бензин при работе специального одноцилиндрового двигателя обеспечивает увеличение мощности на 15% по сравнению с работой на чистом изооктане. 

 Повышение детонационной стойкости бензинов достигается подбором углеводородного состава, добавлением высокооктановых компонентов и введением специальных присадок-антидетонаторов. Детонационная стойкость углеводородов зависит от их молекулярной массы и строения и повышается в ряду: н-алканы, н-алкены, цикланы, изоалкены, арены (ароматические). С повышением молекулярной массы детонационная стойкость углеводородов всех классов снижается. Получение высокооктановых бензинов путем только подбора углеводородного состава достаточно сложно и экономически нецелесообразно из-за большой сложности выделения и незначительного содержания в сырой нефти высокооктановых фракций. Поэтому для повышения детонационной стойкости к базовым бензинам добавляют высокооктановые компоненты, представляющие собой продукты вторичной переработки и органического синтеза. 

Как высокооктановые компоненты используются смеси изоалканов и ароматических углеводородов. Ароматические компоненты повышают октановое число и сортность, а изоалкановые - главным образом октановое число. Добавление ароматических компонентов ограничивается тем, что они ухудшают другие эксплуатационные свойства бензинов: повышают гигроскопичность, нагарную способность и вызывают перегрев двигателя.

 Антидетонационными свойствами обладают металлоорганические соединения свинца, марганца, железа, олова, хрома, висмута, кобальта и др., а также органические вещества, например ароматические амины, некоторые эфиры, гомологи нафталина. Наибольшее распространение во всем мире как антидетонатор получили тетраэтилсвинец и тетраметилсвинец. Тетраэтилсвинец представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с плотностью 1652,4 кг/м3, кипящую (с разложением) при 200 град. С. Нерастворимый в воде, хорошо растворим в углеводородах, спирте, эфире, ацетоне. ТЭС эффективно повышает октановое число бензина при добавлении 3-4 г / л (0,3-0,4%). Дальнейшее повышение концентрации ТЭС малоэффективно. 

 Бензины. Склонность к отложениям. В процессе хранения и применения в двигателях бензины образуют отложения в резервуарах, топливных баках, системе питания (низкотемпературные), в камере сгорания, на поршнях и клапанах (высокотемпературные). Склонность бензинов до отложений оценивается по содержанию смол, непредельных углеводородов и индукционному периоду, а также периоду стабильности и содержанию ТЭС. Смолы представляют собой продукты  полимеризации и конденсации углеводородов. По мере усложнения состава и повышение молекулярной массы и концентрации растворимость смолистых веществ в бензине уменьшается, и они выпадают в осадок в виде липких темно-коричневых отложений. 

 Бензины. Содержание фактических смол. Смолы вызывают засорения топливной системы, откладываются на стенках топливных баков, покрывают пленкой сетчатые топливные фильтры, уменьшают проходное сечение топливоприводов. Слой смолистых отложений на диффузоре, распылителях и других деталях карбюратора может привести к перебоям в работе двигателя. Содержание смолистых веществ в бензине оценивается показателем «концентрация (содержание) фактических смол» .


Бензины. "Развод" на АЗС Украины



Комментариев нет :

Отправить комментарий

Введите свой email address:

Delivered by FeedBurner