Испаряемость автомобільних бензинів і їх фракційний склад

Іспаряемостьюжідкостей називається здатність їх переходити з рідкого стану в пароподібний. Автомобільні бензини повинні мати певну испаряемостью, що забезпечує: легкий пуск двигуна, швидкий його прогрів, повне згоряння бензину після прогріву двигуна, неможливість утворення парових пробок у паливній системі. Испаряемость характеризується в основному фракційним складом палива (температурними межами википання окремих фракцій палива) і тиском насичених парів (тиск пара. Знаходиться в рівновазі з рідиною при певній температурі). Фракційний составявляется показником випаровуваності бензину і встановлює залежність між обсягом бензину і температурою, при якій він переганяється.

При визначенні фракційного складу будь-якого палива відзначаються температури початку (НР) і кінця (КР) разгонки. За температурі перегонки заданий обсяг бензину підрозділяється на фракції: початкові, складові за обсягом до 10% і википають при досягненні температури 50-70º С; середні, складові за обсягом до 50% і википають при температурі до 100-115º С; кінцеві, складові за обсягом до 90% і википають при температурі 185-195º С.

Температури википання названих фракцій бензину безпосередньо впливають на його експлуатаційні показники і на роботу двигуна. Температури википання початкових (t10%) фракцій визначають легкість пуску холодного двигуна і швидкість його прогріву на холостому ходу. Чим нижче ця температура, тим легше і швидше можна пустити холодний двигун, так як більша кількість бензину буде потрапляти в циліндри в паровій фазі. Однак, якщо бензин має дуже низькі температури початку перегонки і перегонки 10%, то при гарячому двигуні і особливо в жарку пору в системі харчування можуть випаровуватися найбільш низкокипящие вуглеводні, утворюючи пари, обсяг яких в 150-200 разів більше обсягу бензину. При цьому горюча суміш збіднюється, що викликає перебої в роботі двигуна або його зупинку. Це явище отримало назву «парової пробки».

Температура википання середніх (t50%) фракцій впливає на прийомистість двигуна (інтенсивність розгону) і стійкість роботи на малій частоті обертання колінчастого вала. Чим нижче ця температура, тим легше випаровуються середні фракції бензину, забезпечуючи надходження в непрогрітий ще двигун горючої суміші необхідного складу. Якщо t50% виявляється надмірно високою, то випаровування бензину відбувається повільно, топливовоздушная суміш утворюється збідненого, а тому прогрів двигуна виходить тривалим і прийомистість його помітно погіршується.

За температурі перегонки 90% і температурі кінця перегонки судять про наявність в бензині важких трудноіспаряемих фракцій, про інтенсивність і повноті згоряння робочої суміші, про потужності, що розвивається двигуном, і кількості палива, що витрачається, про износах двигуна. Чим вище t90%. КР, тим імовірніше неповне випаровування і згоряння бензину потрапляє в циліндр. Неповне згоряння палива веде до збільшення його витрати і зниження потужності двигуна. Ще більша небезпека виникає тому, що незгорілі фракції бензину, осідаючи на стінках циліндра, змивають з них масло і, стікаючи в картер, розріджують масло.

Бензин вважається задовольняє вимогам нормальної роботи двигуна, якщо складові його фракції перебувають в межах температур перегонки. при відхиленні фракційного складу від заданих температур погіршуються пускові властивості, зростає витрата палива і зменшується розвивається двигуном потужність.

Ще одним параметром характеризує фракційний склад є величина втрат бензину при перегонці. За даним показником судять про схильність бензину до випаровування при транспортуванні і зберіганні.

Механічні домішки в бензині не допускаються. Вони призводять до засмічення паливних фільтрів, паливопроводів, жиклерів, що порушує нормальну роботу двигуна. Бенкет потрапляння механічних домішок в двигун збільшується знос циліндрів і поршневих кілець.

Вода в бензині не допускається так як при температурах нижче 0º С замерзає, утворюючи кристали льоду, які можуть запобігти доступу бензину в циліндри двигуна. Крім того, вода сприяє осмолению бензину, так як в ній розчиняється інгібітор, а так само є основним джерелом корозії сталевих деталей системи живлення.

Розчинність води в бензинах та інших нафтопродуктах невелика і складає при звичайних умовах соті частки відсотка. Така концентрація води в бензині не вносить ускладнень в практику експлуатації автомобілів.

Види згоряння робочої суміші в двигуні із запалюванням від іскри.

Що розвивається двигуном потужність в великій мірі залежить від характеру згоряння бензино-повітряної суміші: швидкості згоряння, повноти згоряння, моментів початку і кінця згоряння.

Від згоряння робочої суміші може бути нормальне, в результаті самозаймання (краплинне запалювання) і детонационное.

У разі виникнення гартівного запалення (самозаймання) частину суміші запалюється немає від іскри свічки запалювання, а мимовільно від перегрітих деталей або розпечених часток нагару на стінках камери згоряння.

Характерний зовнішній ознака самозаймання в карбюраторному двигуні - це продовження роботи двигуна з дуже низькою частотою обертання колінчастого вала (200-300 об / хв) після виключення запалення.

Самозаймання може бути причиною виникнення детонації.

Детонаціейназивается ненормальна робота двигуна із запалюванням від іскри, викликана вибуховим згорянням частини горючої суміші і супроводжується металевими стукотами, появою в відпрацьованих газах чорного диму, падінням потужності, перегрівом двигуна і іншими шкідливими наслідками аж до механічного пошкодження окремих деталей двигуна.

Детонаційне згоряння робочої суміші відбувається в результаті ланцюгових реакцій освіти і мимовільного розпаду вуглеводневих перекисів під впливом високих температур і тисків, яким піддається робоча суміш, згорає в останню чергу.

На появу детонації впливають детонаційна стійкість бензину, склад робочої суміші, режим роботи двигуна. Для придушення детонації при експлуатації карбюраторних двигунів автомобілів можна використовувати зменшення випередження запалювання, прикриття дроселя і збільшення швидкості обертання колінчастого вала.

Методи оцінки детонаційної стійкості бензинів.

Детонаційна стійкість бензинів оцінюється октановими числами, що визначаються за моторному і дослідницьким методам. Показник октанового числа входить в маркування бензину.

Октанове чісложідкого палива (бензину) чисельно дорівнює процентному змісту изооктана в такій суміші з нормальним гептаном еталонних палив, яка по детонаційної стійкості рівноцінна випробуваному бензину.

Випробування по дослідницькому методу проводять при менш напруженому режимі, ніж за моторним: суміш за карбюратором не підігрівати, тоді, як у другому випадку температуру підігріву суміші підтримують на рівні 150º С. Тому моторний метод точніше оцінює детонаційні властивості автомобільного бензину на форсованих режимах їзди, а дослідний - на обмеженій потужності з частими зупинками і при меншій теплової напруженості.

Октанові числа певні по моторному методу, зазвичай на 4-10 менше октанового числа, визначеного дослідним методом. Чим вище ступінь стиснення карбюраторного двигуна (двигуна із зовнішнім сумішоутворенням), тим з більшим октановим числом має застосовуватися паливо.

Методи підвищення октанового числа бензинів.

Підвищення октанового числа бензинів в основному досягається двома способами, а саме впливом на їх хімічний склад і введенням в них спеціальних присадок - антидетонаторов. Вуглеводні, що входять до складу бензинів, різняться по детонаційної стійкості. Найменшою детонаційної стійкістю володіють нормальні парафінові вуглеводні, найбільшою -ароматіческіе.

Варіюючи вуглеводневим складом, отримують бензини з різною детонаційної стійкістю. Практично це здійснюється при каталітичному крекінгу і риформінгу, а також шляхом добавки до бензинів високооктанових компонентів, синтезованих з газоподібних вуглеводнів.

Найбільшого поширення набув другий метод підвищення детонаційної стійкості - за допомогою антидетонаторов.

Антидетонаторами називають такі речовини, які при додаванні до бензину у відносно невеликих кількостях різко підвищують його детонационную стійкість. До їх числа відносяться металоорганічні сполуки. Найбільш ефективним антидетонатором, є тетраетилсвинець (ТЕС). ТЕС (Pb (C2 H5) 4) - безбарвна прозора рідина щільністю 1,65. У воді ТЕС не розчиняється, але добре розчиняється в бензині та інших органічних розчинниках. Механізм дії антидетонаторов, і зокрема тетраетилсвинцю, пояснюється перекисной теорією детонації і ланцюгових реакцій. При високих температурах в камері згоряння (500-600º С) ТЕС повністю розкладається c утворенням металевого свинцю

Утворений свинець окислюється з утворенням діоксиду свинцю,

який вступає в реакцію з пероксидамі (перекису) і руйнує їх. При цьому утворюються малоактивні продукти окислення вуглеводнів і оксид свинцю, здатний реагувати з новою молекулою переоксид. Таким чином, один атом свинцю, відновлюючись і окислюючись, здатний зруйнувати велику кількість пероксидних молекул. У чистому вигляді антидетонаційні присадки до бензинів використовувати не вдається, тому що продукти згоряння у вигляді нагару відкладаються і накопичуються в камері згоряння. У зв'язку з цим ТЕС додають в бензин в суміші з речовинами - виносітелямі, що утворюють зі свинцем і його оксидами при згорянні летючі речовини, які видаляються з двигуна з відпрацьованими газами. Як виносітелей застосовують речовини, що містять бром, і в меншій мірі хлор. Суміш ТЕС і виносітеля, яка застосовується як антидетонатор, називається етилової рідиною. Автомобільні бензини, що містять етилову рідина, називаються етілірованнимі.

Етилова рідина Р-9 представляє собою суміш тетраетилсвинцю з етілбромідом і хлорнафталіни. Етилова рідина П.-2 - суміш тетраетилсвинцю з дібромпропаном і хлорнафталіни.

У зв'язку з посиленням норм на викиди шкідливих речовин з відпрацьованими газами етиловий бензин замінюються неетильованого.

Останнім часом в якості антидетонатора застосовується (особливо за кордоном) марганцевий антидетонатор (ЦТМ), рівноцінний по ефективності ТЕС.

ЦТМ (циклопентадиенилтрикарбонил марганцю) С5 Н5 Mn (CO) 3 являє собою кристалічну речовину, добре розчиняється в бензині. До антидетонатора ЦТМ додається виносітель (бісетілксантоген) і антинагарні присадка (трикрезилфосфат). Бензин, що містить ЦТМ, за токсичністю наближається до чистого бензину. Недоліком ЦТМ є інтенсивне утворення окису марганцю на електродах свічок, швидко приводить до замикання іскрового проміжку і, отже, до зупинки двигуна.

Як високооктанової добавки до бензинів використовують метилтретбутиловий ефір (МТБЕ). Фізико-хімічні властивості МТБЕ близькі до властивостей бензину. Добавка 10% МТБЕ в бензин підвищує октанове число на 5-6 одиниць.

Підвищити октанове число бензину можна введенням в його склад ароматичних амінів (до 2%). Наприклад, високоефективної добавкою до бензинів є екстраліну, що представляє собою суміш похідних ароматичних сполук.

Найбільш глибокі зміни властивостей бензину відбуваються в результаті двох фізичних процесів: порушення однорідності бензину внаслідок випадання кристалів високоплавких вуглеводнів і випаровування його легких фракцій.

Кристалізація вуглеводнів в вітчизняних автомобільних бензинах відбувається при дуже низьких температурах (нижче -60º С), тому при експлуатації автомобілів навіть в суворих зимових умовах не порушується робота двигунів і їх систем харчування. При транспортуванні, і зберіганні бензину відбувається випаровування легких фракцій бензину, що помітно позначається на пускових якостях палива, а саме на початкових точках розгону і особливо на тиск насичених парів, яке від випаровування 3-4% бензину може знизитися в 2-2,5 рази . З вище сказаного випливає, що бензини повинні зберігатися в герметичній тарі по можливості при низькій і малоизменяющейся температурі, найкраще в підземних сховищах.

Зміна властивостей бензину може статися від хімічних перетворень його компонентів і в першу чергу від окислення ненасичених вуглеводнів. Схильність палив до окислення і смолообразованія при їх тривалому зберіганні характеризують індукційним періодом.

Індукційним періодомназивается виражене в хвилинах час, протягом якого випробовуваний бензин в середовищі чистого кисню під тиском 0,7 МПа і при температурі 100 ° С практично не піддається зміні.

Чим більше індукційний період, тим стабільніше бензин і тим довше його можна зберігати.

На підвищений вміст смол і органічних кислот в бензині, вказує зміна кольору бензину. При обсмолені бензин набуває жовтого кольору іноді з коричневим відтінком.

Процес окислення є самоускоряющіхся. Каталітично прискорює на освіту смол діє іржа і забруднення тари, в якій зберігається паливо. Попадання води в бензин так само небажано, так як вона розчиняє інгібітори і знижує їх ефективність. Як присадок до бензинів перешкоджають їх осмолению, використовують деревно-смолистий антиокислювач в кількості 0,050-0,015% і антиокислювач ФЧ-16 в кількості 0,03-0,10%.

Корозійний вплив бензинів на метали.

Бензини як і інші нафтопродукти, повинні мати мінімальний корозійним впливом на метали. Корозія металів, з яких виготовлені деталі системи харчування, може з'явитися тільки в тому випадку, якщо в бензинах будуть присутні такі з'єднання: мінеральні кислоти, луги, органічні кислоти, сірка і сірчисті з'єднання.

Відсутність в бензинах водорозчинних кислот і лугів визначається за величиною рН водної витяжки бензину, для цього 50 мл бензину ретельно перемішують з таким же об'ємом дистильованої води і отриману водну витяжку відчувають на наявність кислот водним розчином метилоранжа, а лугів - спиртовим розчином фенолфталеїну.

Нейтральність водної витяжки свідчить про відсутність в нафтопродукт мінеральних кислот і лугів.

Органічні кислоти. Стандартами допускається наявність в бензинах обмеженої кількості органічних (нафтенових) кислот. Це пояснюється тим. що органічні кислоти володіють значно меншим корозійним впливом на метали, ніж мінеральні. Однак вони становлять небезпеку для кольорових металів (свинець, цинк), особливо в присутності води. Кількість органічних кислот в бензині постійно зростає внаслідок окислення ненасичених вуглеводнів.

Кислотність - кількісна характеристика містяться в нафтопродукт органічних кислот.

Сірка і сірчисті з'єднання.

Активні сірчані з'єднання відрізняються особливою корозійної агресивністю з цієї причини їх присутність в паливах неприпустимо.

Кожна марка бензину має умовне позначення, в яке входять букви і цифри. Буква А означає, що бензин є автомобільним, буква І показує, що визначення детонаційної стійкості вироблено за дослідним методом, а цифри, наступні після дефіса, - мінімальне октанове число, наприклад АІ-93. Якщо октанове число визначено по моторному методу, маркування бензину містить тільки букву А, і цифра - позначає октанове число, наприклад А-76.

Зараз в Укаїни діє стандарт «Бензини для автомобільного транспорту», ​​який включає в себе наступні марки бензинів: А-72 (н.е.), А-76 (е), А-76 (н.е.), АІ-80 (н.е.), АІ- 91 (н.е.), АІ-92 (н.е.), АІ-95 (н.е.), АІ-96 (н.е.), АІ-98 (н.е.).

ГОСТом не передбачено бензин АІ-93, замість нього пропонується АІ-91.

Бензини А-72, А-76, АІ-91, АІ-93 і АІ-95 виготовляються зимового і літнього видів.