Соотношение октановых чисел бензинов

Бензин ОЧ	А - 76	АИ - 92
по моторному методу
по исследовательскому методу	80...82

 

Исследовательский метод характеризует антидетонационные свойства бензина при сравнительно низкой тепловой напряженности и рекомендуется для топлив легковых автомобилей. При повышении теплового режима (перевозка грузов, езда по плохим дорогам) фактическая детонационная стойкость бензинов больше соответствует ОЧ, определенным по моторному методу.

Требовательность двигателей к детонационной стойкости бензинов определяется, в первую очередь, степенью сжатия и диаметром цилиндра. Ориентировочно требуемое октановое число можно подсчитать по формуле:

(6.1)

где ОЧ_м - октановое число по моторному методу; - степень сжатия; - диаметр цилиндра, мм.

Бензин с высокой детонационной стойкостью можно получить подбором сырья, технологии его переработки, добавлением высокооктановых компонентов. Нередко ОЧ повышают, вводя в бензин антидетонаторы.

В качестве антидетонатора до недавнего времени, в основном, использовался тетраэтилсвинец (ТЭС) - Pb(C₂H₅)₄ - густая бесцветная ядовитая жидкость, легко растворяется в нефтепродуктах и не растворяется в воде.

В чистом виде ТЭС использовать нельзя, так как продукты сгорания (а именно свинец в чистом виде) откладываются и накапливаются в камере сгорания, что приводит к увеличению степени сжатия двигателя. В связи с этим ТЭС добавляют в бензин в смеси с выносителями свинца, образующими с ним при сгорании летучие вещества, которые удаляются из двигателя вместе с отработавшими газами.

В качестве выносителей применяют вещества, содержащие бром или хлор. Смесь ТЭС и выносителя, которая применяется как антидетонатор, называется этиловой жидкостью, а бензины - этилированными. Этилированный бензин очень ядовит и требует повышенных мер безопасности. Этилированные бензины окрашены: А-76 - в желтый цвет, АИ-93 - в оранжево-красный, АИ-98 - в синий. Содержание ТЭС не должно превышать 0,52 г на 1 кг бензина.

Введение жестких требований к экологичности двигателей потребовало отказаться от использования этилированных бензинов. На это были две причины: токсичность самого ТЭС и применение на современных зарубежных автомобилях каталитических нейтрализаторов отработавших газов, у которых при воздействии свинца разрушается дорогостоящий (чаще платина) активный элемент.

Переход на неэтилированные бензины осуществляется путем изменения технологии производства бензинов и применения нетоксичных антидетонационных добавок. Хорошая эффективность (на уровне ТЭС) у марганцевых антидетонаторов: пентакарбонил марганца Mn(CO)₅, метилциклопентадиэтилкарбонил марганца CH₃C₅H₄Mn(CO)₃ - МЦКМ и др. Марганцевые антидетонаторы - неядовитые жидкости, но их применение сдерживается из-за снижения долговечности двигателя. Наиболее перспективной является высокооктановая добавка - метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). Физико-химические свойства МТБЭ близки к свойствам бензина. Добавка 10% МТБЭ к бензину повышает ОЧ на 5...6 ед. Широко используется при производстве высокооктановых бензинов органическое вещество – кумол.

В случае смешения бензинов различной детонационной стойкости результирующее октановое число можно подсчитать по эмпирической формуле:

(6.2)

где Н и В - октановые числа (по моторному методу) соответственно низко- и высокооктанового бензина; х - доля высокооктанового бензина в смеси, %.

С фракционным составом связаны такие характеристики двигателя, как его пуск, образование паровых пробок в системе питания, прогрев и приемистость, экономичность и долговечность работы.

Фракции бензина определяются по кривой перегонки. Сущность определения фракционного состава сводится к следующему. Бензин в количестве 100 мл нагревают в специальном приборе, образующиеся пары охлаждают, они конденсируются, превращаются в жидкость, которую собирают в мерный цилиндр (мензурку).

Во время перегонки записывают температуру начала кипения (н.к) - падения первой капли в цилиндр, а затем выкипания 10, 50 90% и конца перегонки (к.п). Эти данные приводят в стандартах и паспортах качества бензина и обозначаются, соответственно, Т_н.п, Т_10%, Т_50%,Т_90%, Т_к.п.

Для обеспечения надежного пуска двигателя при полной исправности систем питания и зажигания необходимо соблюдение следующих условий. Частота вращения вала двигателя на режиме пуска не должна опускаться ниже определенного порога, при котором снижение расхода воздуха приводит к перебоям в смесеобразовании и истечении топлива в диффузор карбюратора. Кроме того, понижение пусковой частоты вращения уменьшает интенсивность сжатия смеси в цилиндре двигателя, что приводит к увеличению потерь тепла в стенках цилиндра (возможна даже конденсация испарившегося топлива на холодных деталях двигателя) и потерь давления из-за прорыва через поршневые кольца.

Для успешного зимнего пуска частота вращения вала двигателя должна быть не ниже 70 об/мин.

Однако, кроме требования к частоте, существует требование к количеству паров бензина. В условиях двигателя воспламеняется и сгорает только испаренная часть бензина, подаваемого в мотор. Неиспарившиеся фракции в сгорании не участвуют и стекают в картер, смывая масляную пленку со стенок цилиндра.

Чем ниже температура воздуха при пуске холодного двигателя, тем в меньшем количестве испаряются легкие фракции бензина и тем более затруднен пуск. Для облегчения пуска количество легких фракций в бензине должно быть увеличено.

Зная температуру выкипания 10% бензина, можно оценить минимальную температуру воздуха, при которой пуск лёгкий (Т_л.п), пуск возможен (Т_в.п) и пуск невозможен (Т_н.п):

(6.3)

(6.4)

(6.5)

Для примера имеем: летний бензин Т_н.п = 40° С, Т_10% = 70° С;

зимний бензин Т_н.п = 35° С, Т_10% = 55° С.

Тогда получим: летний бензин Т_л.п=-3° С, Т_в.п=-15,5° С, Т_н.п=- 18,8° С;

зимний бензин Т_л.п=-15° С, Т_в.п=-23° С, Т_н.п=- 28° С.

Полученные цифры нельзя воспринимать как незыблемый критерий возможности пуска. Формулы эмпирические, и результаты могут варьироваться как в одну, так и в другую сторону в зависимости от состояния двигателя в целом и аккумуляторной батареи и карбюратора в частности.

Однако повышенное содержание низкокипящих фракций в бензине не всегда является положительной особенностью. При этом может увеличиться склонность бензинов к образованию паровых пробок. Паровые пробки в системе питания двигателя - довольно часто встречающаяся неисправность при использовании зимнего бензина в летнее время. С целью устранения этих явлений применяются байпасные каналы для перекачки части топлива и возникающих пузырей в бензобак.

Такие характеристики двигателя, как время его прогрева и приемистость связаны со значением температуры перегонки 50% бензина.

Приемистостью двигателя называют его способность обеспечивать быстрый разгон автомобиля. Чем меньше время прогрева двигателя, тем ниже расход бензина, затраты времени, а также износ деталей двигателя. С понижением температуры окружающего воздуха требуются бензины с более низкой температурой перегонки 50% бензина. Применение бензинов с Т_50% для летнего сорта не выше 115° С и зимнего не выше 100° С обеспечивает быстрый прогрев двигателя и его хорошую приемистость.

Температура перегонки концевых фракций влияет на полноту испарения топлива, полноту сгорания, на токсичность выхлопа, а также на экономичность и износ двигателя.

Концевые фракции поступают в цилиндр, не испарившись, они не участвуют в сгорании, и экономичность двигателя ухудшается. Тяжелые фракции бензина, осевшие на стенках цилиндра, смывают масло и увеличивают износ. Несгоревшее топливо откладывается также на поверхностях камеры сгорания и поршней в виде нагара, который инициирует детонационное сгорание и калильное зажигание.

Чем меньше Т_90% и Т_к.п бензина, тем лучше. Для бензинов установлены нормы на Т_90% и Т_к.п: для летнего бензина соответственно не выше 180 и 195° С, для зимнего - не выше 160 и 185° С.

Давление насыщенных паров (ДНП) характеризует испаряемость бензиновых фракций и их пусковые качества. Давление (или упругость) паров бензина зависит от его химического и фракционного составов. Как правило, чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше упругость паров.

Определяют ДНП, выдерживая испытуемый бензин 20 мин в герметичном резервуаре при 38° С при соотношении объемов бензина и его паров в пропорции 1:4. Фиксируют ДНП бензина по манометру.

Использование бензина с высокой упругостью паров приводит к повышенному образованию паровых пробок в системе питания, снижению наполнения цилиндров, падению мощности. В летних сортах бензинов ДНП не должно быть больше 0,066 МПа (500 мм рт. ст.). Зимние сорта бензинов имеют большее давление - 0,066 МПа...0,093 МПа (до 700 мм рт. ст.).

Удельной теплотой сгорания называют количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. Различают два понятия теплоты сгорания: высшую и низшую. Высшая теплота (Н _в) - это максимально возможное количество тепла, полученное расчетным способом при допущении, что вода, содержащаяся в топливе, а также получаемая от сгорания водорода, находится в капельно-жидком состоянии. Низшая теплота (Н_U) меньше высшей на величину тепла, затраченного на испарение воды. Для расчетов пользуются эмпирическими формулами, точность которых ± 2...4%, например:

 

Н_U = 339· С + 1030· Н [кДж/кг]. (6.6)

Для бензина с составом С =86%, Н =14% Н_U =43574 кДж/кг.

Кислотность бензина оценивается щелочным числом – это количество щелочи КОН, необходимое для полной нейтрализации кислот в 100 мл топлива. Для бензинов нормированное значение щелочного числа – 5 мг КОН/100 мл.

Индукционный период. Процесс окисления бензина происходит сначала медленно, затем резко ускоряется. Период до резкого ускорения окисления называется индукционным. Этот показатель, определяемый в лабораторных условиях, характеризует химическую стабильность бензина. Например, значение индукционного периода» 900 мин гарантирует стабильность бензина в течение длительного времени (гарантийный срок хранения - 5 лет со дня изготовления). Определение длительности индукционного периода при хранении - слишком долгий процесс, поэтому применяются лабораторные методы определения индукционного периода в условиях ускоренного окисления. Ускорение окисления достигается за счет повышения температуры (обычно до 100 ° С) и подачи чистого кислорода. Чтобы избежать испарения бензина, процесс ведут под давлением» 7 атм в герметичном сосуде. О начале вступления топлива во взаимодействие с кислородом судят по падению давления в сосуде, что свидетельствует о переходе газообразного кислорода в химические соединения с углеводородами топлива.

Химически нестабильные бензины способствуют образованию на деталях двигателя отложений (осадков, лаков, нагаров), обусловленных содержанием в бензинах так называемых фактических смол.

Автомобильные бензины, за исключением марки АИ-98, подразделяются на виды:

Летний - для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применение летнего бензина в течение всего года.

Зимний - для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах и остальных районах с 1 октября по 1 апреля.

Товарные бензины производства «НОРСИ» подразделяются на марки:

А-76 (неэтилированный и этилированный). ГОСТ 2084-77.

АИ-92 (неэтилированный). ТУ 38.001165-87.

АИ-95 (неэтилированный). ГОСТ 2084-77.

Таблица 6.2