Сумішевий бензин

Властивості бензинів

Бензин – горюча суміш легких вуглеводнів з температурою кипіння від 33 до 205 °С (в залежністі від домішок). Щільність близько 0,71 г/см³. Теплоспроміжна здатність приблизно 10200 ккал/кг (46 МДж/кг, 34,5 МДж/литр). Температура застигання -71 °С.

Вітчизняні легкові автомобілі та автобуси, а також більшість вантажних автомобілів мають карбюраторні двигуни. Паливом для цих двигунів служить автомобільний бензин.

Основні техніко-економічні вимоги до бензинів зводяться до наступного:

• - бензин повинен забезпечувати безвідмовну роботу автомобільного двигуна на всіх режимах і у всіх практично зустрічаються умовах експлуатації;
• - двигун повинен розвивати передбачену для нього потужність при мінімальній витраті бензину;
• - бензин повинен забезпечувати мінімальні зноси двигуна, трудові та матеріальні витрати на ремонт і технічне обслуговування двигуна;
• - якість бензину не повинен погіршуватися при транспортуванні, зберіганні та використанні;
• - поводження з бензином не повинно викликати підвищеної небезпеки для персоналу, що займається експлуатацією, технічним обслуговуванням і ремонтом автомобілів.

Виходячи з названих вище вимог встановлюється відповідність бензину до даних конкретних умов і можливість його застосування [18,22].

Відповідність бензину перерахованим вимогам залежить, насамперед, від його фізико-хімічних властивостей, які визначаються низкою показників. Основні показники фізико-хімічних властивостей бензинів вказуються в стандарті або в технічних умовах на бензин даної марки. Показники могли б значно змінюватися залежно від природи нафти, способів її переробки та очищення бензину.

Таблиця 25.1

Середні компонентні сполуки автомобільних бензинів

* - Этильований

Стандартизація основних показників фізико-хімічних властивостей забезпечує одну і ту ж якість бензину даної марки. Фракційний склад, тиск насичених парів, детонаційна стійкість, а також вміст механічних домішок та води в бензині визначають здатність даного бензину утворювати бензино-повітряну суміш потрібного складу при різних умовах роботи двигуна, в тому числі при низьких і високих температурах, мінімальних і максимальних числах обертів колінчастого вала, при відкритому або повністю відкритому дроселі, тобто визначаю споживчі якості бензину, від яких залежить безвідмовність роботи двигуна. Від них залежать також швидкість і повнота згоряння бензино-повітряної суміші в циліндрах двигуна, можливість роботи двигуна на найбільш економічних режимах, т. ч., потужність, що розвивається Двигуном, і кількість витрачаємого при цьому бензину.

Таблиця 25.2

Характеристики автомобильных бензинов (ГОСТ 2084-77)

Фракційний склад встановлює залежність між кількістю палива (у % за об'ємом) і температурою, при якій воно переганяється. Для характеристики фракційного складу в стандарті вказується температура, при якій переганяється 10, 50 і 90% бензину, а також температура кінця його перегонки, іноді й початку. Застосування бензину з високою температурою кінця перегонки призводить до підвищеного зносу циліндрів і поршневої групи внаслідок змивання масла і) стінок циліндрів і його розрідження в картері, а також внаслідок нерівномірного розподілу робочої суміші по циліндрах. Тиск насичених парів характеризує випаровуваність головних фракцій бензинів, і в першу чергу їх пускові якості. Чим вище тиск насичених парів бензину, тим легше він випаровується і тим швидше відбувається пуск і нагрівання двигуна. Однак якщо бензин має занадто високий тиск насичених парів, то він може випаровуватися до змішувальної камери карбюратора. Це призведе до погіршення наповнення циліндрів, можливого утворення парових пробок у системі живлення і зниження потужності, перебоїв і навіть зупинки двигуна. Тому тиск насичених парів бензину встановлюється таким, щоб при хорошому його випаровуванні не утворювалися парові пробки в системі живлення двигуна. При оцінці випаровуваності бензину необхідно поряд з тиском насичених парів враховувати його фракційний склад.

Октанове число характеризує детонаційну стійкість бензину, що є найважливішею його експлуатаційною якістю. Детонаційна стійкість бензину оцінюється октановим числом, вказуються у стандартах або технічних умовах в числі найважливіших фізико-хімічних властивостей бензину. Показник октанового числа входить і маркування бензину. Октанове число бензину чисельно дорівнює одно процентному (за об'ємом) змістом ізооктану в такій суміші з нормальним гептаном, яка рівноцінна по детонаційної стійкості випробуваному бензину [20,22]. Чим вище октанове число, тим більше стійок бензин перед детонацією і там кращими експлуатаційними якостями він володіє. При порівнянних умовах бензини з легшим фракційним складом мають більш високе октанове число. Краще протистоять детонації бензини, в яких переважають ароматичні вуглеводні, потім слідують нафтенові, і найменша детонаційна стійкість у бензинів, шо складаються в основному з нормальних парафінових вуглеводнів. Наявність в бензині сірчастих сполук і смолистих речовин знижує його октанове число, тому зміст їх в бензині строго контролюється. Детонація найчастіше виникає при роботі прогрітого двигуна на повному навантаженні при невеликому числі обертів колінчастого валу. Виникненню детонації сприяє погіршення охолоджування двигуна (нагар, накип, пробуксовка ременя вентилятора та ін), збільшення відкриття дроселя, зменшення числа обертів колінчастого вала двигуна, збільшення кута випередження запалювання. Змінюючи режим роботи двигуна, можна запобігти або припинити вже почавшуюся детонацію. Октанове число бензину підвищується шляхом додавання до бензину високооктанових компонентів або присадок-антидетонаторів. Механічні домішки в бензині не допускаються. Вони призводять до засмічення паливних фільтрів, паливо• проводів, жиклерів, що порушує нормальну роботу двигуна, збільшує знос циліндрів і поршневих кілець. Наявність води в бензині також виключено. Вона небезпечна насамперед при температурі нижче 0 ° С, так як, замерзаючи, утворю! кристали, які можуть перегородити доступ бензину в циліндри двигуна; вона сприяє осмоленню бензину, а також викликає корозію паливних баків і резервуарів. На безвідмовну роботу двигуна, та розвиваєму їм потужність і витрату бензину крім розглянутих властивостей впливають і інші фізико-хімічні властивості. Так, розвиваєма двигуном потужність залежить від теплоти згорання палива. Водночас у вживаних марок бензинів теплота згоряння практично не відрізняється. Для автомобільних бензинів не нормуються в'язкість і щільність. Фактичне відхилення в'язкості і щільності бензинів однієї марки не викликає необхідності змінювати регулювання і режим роботи двигуна для різних партія бензину. Однак при цьому може виникнути необхідність при переході на літній або зимовий період експлуатації або на бензин іншої марки. Щільністю бензину називається його маса, що міститься в одиниці об'єму. Найчастіше щільність визначається нафто-денсиметром при 20 °С. З пониженням температури в'язкість і щільність зростають. Збільшення в'язкості зменшує пропускну здатність жиклерів, а з підвищенням щільності збільшується кількість одного і того ж обсягу бензину, що надходить через жиклери. Автогосподарства отримують бензин з нафтобаз у вагових одиницях (кг), а при заправці автомобілів через заправні станції (бензоколонки) завмер виконують в об'ємних (л) одиницях. Тому, знаючи щільність, проводять перерахунок вагових одиниць (одиниць маси) в об'ємні. Крім перерахованих фізико-хімічних властивостей на знос двигуна і на витрати по догляду за автомобілем впливає також вміст у бензині мінеральних і органічних кислот, лугів, смол, сірки та її сполук. Водорозчинні (мінеральні) кислоти і луги, отруйні метали, і їх присутність в бензині викликають інтенсивний знос деталей двигуна. У бензині в результаті неякісного очищення можуть виявитися сірчана кислота і луги. Стандартами на автомобільні бензини не допускається вміст у них хоча б слідів водорозчинних кислот і лугів. Тому бензин піддають якісної перевірці на нейтральність, щоб встановити його відповідність вимогам стандарту і частини вмісту в ньому водорозчинних кислот і лугів. Для цього бензин ретельно перемішують з такою ж кількістю дистильованої води і після відстою йодну витяжку зливають у дві пробірки, в які відповідно додають по 1-2 краплі індикаторів метилоранжу і фенолфталеїну. Якщо в бензині присутня кислота, то при додаванні до водній витяжці метилоранжу вона забарвлюється в оранжево- червоний колір, якщо луг - то при додаванні фенолфталеїну її колір стає рожевим або червоним. Органічні (високомолекулярні нафтенові нерозчинні у воді) кислоти, отруйні метали значно слабкіше, ніж мінеральні. В основному, вони становлять небезпеку для кольорових металів, і в першу чергу для свинцю та міді. Залізо, наприклад, піддасться корозії під дією органічних кислот в десятки разів слабкіше, ніж свинець і мідь. Тому органічні кислоти в бензині призводять до прискореного зносу вкладишів; корінних шатунних підшипників колінчастого вала, втулок верхньої головки шатуна та інших деталей з кольорових металів (крім алюмінієвих). Органічні кислоти можуть викликати закупорку паливо-проводів системи живлення в результаті попадання в них смол, викликаних наявністю кислоти і продуктів корозії. Вміст органічних кислот в автомобільних бензинах суворо обмежується і оцінюється за кількістю їдкого калію (КОН) в мг, потрібного для нейтралізації кислот, що знаходяться в 300 м³ бензину. Для цієї мсти 50 см³ бензину кип'ятять в суміші з такою ж кількістю нейтралізованого етилового (винного) спирту з добавкою декількох крапель індикатора нітрозінового жовтого для вилучення з бензину органічних кислот і потім нейтралізують гарячу суміш спиртовим розчином їдкого калію до тих пір, поки її колір не почне переходити з жовтого в зелений. Кислотність бензинів не повинна перевищувати 3 мг/100 см³. Особливою корозійною агресивністю відрізняються активні сірчані з'єднання, до яких відносяться елементарна сірка (S), сірководень (H₂S) і меркаптани (RSH). Присутність активної сірки в бензині не допускається. Неактивні сірчисті сполуки викликають корозію тільки при їх згоранні разом з бензином. При цьому утворюючиєся гази викликають корозію деталей двигуна.

Крім того, ці гази, проникаючи в картер двигуна і стикаючись з конденсувався парами води і киснем повітря, утворюють потужні кородіючи сірчану і сірчисту кислоти, які окислюють масло і викликають знос деталей. Деяка кількість неактивній сірки в бензині все ж допускається, так як позбутися її важко, особливо при переробці сірчастих нафт. Перевірка присутності в бензині активної сірки проводиться якісної пробою, шляхом спостереження за поверхнею мідної відполірованою пластинки до і після перебування її протягом 3 год в бензині, підігрітому до температури 50 ± 2 °С, або протягом 18 хв при 100С°. Платівка не повинна покриватися чорними, темно - коричневими і сіро-сталевими плямами і нальотами. Кількість неактивній сірки в бензині визначається так звании ламповим методом. Смоли в бензині утворюють нерозчинні, липкі, в'язкі опади темного кольору, які відкладаються на стінках паливних баків, паливо- проводів, в карбюраторі, у впускному трубопроводі, камері згоряння, на стрижнях і тарілках впускних клапанів і т. д. Під дією високої температури смолисті освіти коксуються і перетворюються на нагар. Опади смоли погіршують подачу бензину в циліндри двигуна, а іноді й повністю порушують її, перетворившись на нагар, призводять до зависання клапанів, самозаймання робочої суміші, роботі і детонацією і інших несправностей. Кількість смол в бензині не постійно, воно збільшується за рахунок полімеризації ненасичених вуглеводнів та окислення їх киснем повітря. Процес посилюється при підвищеній температурі і хорошому доступі повітря. Крім смол, які можуть утворюватися, розрізняють фактичні смоли, тобто ті, які вже були й бензині або ж утворилися при випробуванні. Зміст фактичних смол в бензині строго обмежується і встановлює граничне їх утримання на місці виробництва і на місці споживання, тобто на нафтобазі, в момент отримання бензину. Зміст фактичних смол визначається приладом, в якому при температурі 150 ± 3 ° С проводиться випарювання 25 мл бензину, омиваного струменем гарячого повітря. Отриманий після випарювання залишок зважується (в мг) і збільшується в 4 рази. Початкова якість бензинів внаслідок відбуваючихся в них фізико-хімічних процесів поступово погіршуються. Особливо це характерно для бензинів термічного крекінгу. Збереження первісних якостей бензину в процесі транспортування, зберігання та застосування залежить від його фізичної і хімічної стабільності [18,21]. Окислення і осмолення зростає з підвищенням температури бензину. Тому всі заходи, які сприяють зниженню температури бензину при зберіганні і транспортуванні, будуть зменшувати його окислення і осмолення. Зниження температури також зменшує втрати вуглеводнів, що випаровуються. Окислюванню і осмоленню сприяє контакт бензину з повітрям, тому він швидше осмолюється при неповному заповненні тари. Процес окислення є самоприскорюючимся і тому бензин, залитий у тару, що не очищену від залишків старого осмоленого бензину, осмолюється передчасно. Прискорюють утворення смол іржа і забруднення тари, небажано потрапляння в бензин води. Про хімічну стабільність бензину судять за величиною індукційного періоду. Токсичність є найважливішою характеристикою бензину. У зв'язку з цим надзвичайно важливо, щоб ні сам бензин, ні його пари і нагар не уявляли підвищеної небезпеки для здоров'я осіб, що стикаються з ними. Основну масу автомобільних бензинів в Росії виробляють по ГОСТ 2084-77 і ГОСТ Р51105-97 і ТУ 38.001165-97. В залежності від октанового числа ГОСТ 2084-77 передбачає п'ять марок автобензинів: А-72, А-76, АІ-91, АІ-93 і АІ-95. Для перших двох марок цифри вказують октанові числа, визначувані по моторному методу, для останніх - по дослідницькому. У зв'язку з збільшенням частки легкового транспорту в загальному обсязі автомобільного парку спостерігається помітна тенденція зниження потреби в низькооктанових бензинах і збільшення споживання високооктанових. Бензин А-72 практично не виробляється через відсутність техніки, що експлуатується на ньому. Найбільша потреба існує в бензині А-92, який виробляється за ТУ 38.001165-97, хоча частка бензину А-76 в загальному обсязі виробництва залишається дуже високою. Зазначені ТУ передбачають також марки бензинів А-80 і А-96 з октановими числами по дослідницькому методу відповідно 80 і 96.ЦІ бензини призначені в основному для поставки на експорт. Бензин АІ-98 з октановим числом 98 по дослідницькому методу виробляється за ТУ 38.401-58-122-95 і ТУ 38.401-58-127-95. Бензини А-76, А-80, АІ-91, А-92 і А-96 допускається виробляти з використанням етилової рідини. Малоетилований бензин АІ-91 з вмістом свинцю 0,15 г/дм³ випускається за окремими технічними умовами (ТУ 38.401-58-86-94). При виробництві бензинів АІ-95 і АІ-98 використання алкилсвинцовых антидетонаторов не допускається. Вимоги ГОСТ 2084-77 до якості автомобільних бензинів наведені в таблиці. Всі бензини, які виробляються за ГОСТ 2084-77, залежно від показників випаровуваності ділять на літні та зимові. Зимові бензини призначені для застосування в північних і північно-східних районах протягом всіх сезонів і в інших районах з 1 жовтня до 1 квітня. Літні - для застосування у всіх районах крім північних і північно-східних в період з 1 квітня по 1 жовтня; у південних районах допускається застосовувані річний бензин протягом всіх сезонів. Параметри автомобільних бензинів, що виробляються за ГОСТ 2084-77, істотно відрізняються від прийнятих міжнародних норм, особливо в частині екологічних вимог. В цілях підвищення конкурентоспроможності російських бензинів і доведення їх якості до рівня європейських стандартів розроблений ГОСТ Р 51105-97 "Палива для двигунів внутрішнього згоряння. Неетапований бензин. Технічні умови", який введено в дію з 01.01.99 р. Цей стандарт не замінює ГОСТ 2084-77, яким передбачено випуск як етилований, так і неетилованих бензинів. Відповідно до ГОСТ Р 51105- 97 будуть вироблятися тільки неетилированні бензини (максимальний вміст свинцю не більше 0,01 г/дмЗ). В залежності від октанового числа по дослідницькому методу встановлено чотири марки бензинів: "Нормаль-80', "Регуляр-91", "Преміум-95", "Супер-98". Бензин "Нормаль-80" призначений для використання на вантажних автомобілях поряд з бензином А-76. Неетилований бензин "Регуляр-91" призначений для експлуатації автомобілів заміси етилованого А-93. Приблизно визначити октанове число можна, спеціалізованим приладом - октанометром, він дає похибку в октанових чисел на 5-10 одиниці. Тож, простіше кажучи, перевірити якість бензину немає ніякої можливості бо лабораторних досліджень. В лабораторії октанове число визначають двома способами; - моторний (MON); - дослідницький (RON).