Характеристика моторных топлив. Требования к качеству согласно ГОСТам

Карбюраторное топливо. К этой группе относятся бензины. Выпускаемые в настоящее время бензины делятся на автомобиль­ные и авиационные.

Как автомобильные, так и авиационные бензины используются в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания с воспламене­нием рабочей смеси от искры. Бензины представляют собой гомо­генную смесь жидких углеводородов различного строения, содер­жащие от 5 до 11 атомов углерода, выкипающих при температуре 35-205 °С, температура замерзания ниже (-60 °С). Бензинылегковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (без спе­циальных добавок) жидкости с характерным запахом, плотностью 0,70-0,78 г/см³. Пары бензина образуют с воздухом при опреде­ленных концентрациях взрывчатые смеси; теплота сгорания бензи­на составляет 105 500 ккал/кг (42-44 МДж/кг).

Основными эксплуатационными свойствами бензинов явля­ются детонационная стойкость, фракционный состав, стабиль­ность, нейтральность, содержание вредных примесей и др. ГОСТами предусмотрены и другие показатели качества бензи­нов.

Детонационная стойкость бензинов определяется способ­ностью топлива сгорать в двигателе с принудительным зажигани­ем без детонации. Детонацияэто объемное взрывное самовос­пламенение топливно-воздушной смеси. При определенных усло­виях (использование несоответствующих марок бензинов, слиш­ком высокой степени сжатия и других нарушениях режима рабо­ты двигателя) легкие углеводороды могут окисляться с образова­нием нестойких кислородных соединений, самопроизвольно рас­падающихся под воздействием высоких температур. При этом сгорание топливной смеси происходит с огромной скоростью, что приводит к резкому увеличению давления в цилиндре двигателя, появлению ударной детонационной волны. Поскольку простран­ство камеры сгорания невелико, детонационные волны многок­ратно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, что вызывает характерный для детонации стук. Детонация - очень вредное явление, поскольку вызывает падение мощности двигате­ля, увеличение удельного расхода топлива, ускорение износа двигателя, иногда с аварийными последствиями. Особенно опас­на детонация в авиационных двигателях. Внешними признаками детонационного сгорания смеси, кроме звонкого металлического стука, являются периодические выхлопы черного дыма из выпус­каемой (выхлопной) трубы.

Мерой детонационной стойкости бензинов является их окта­новое число. Октановое число устанавливают методом сравнения с эталонным топливом, которое составляют из двух индивидуаль­ных углеводородов: изокотана (высокая устойчивость к детона­ции) и n-гептана (низкая устойчивость к детонации). Условно де­тонационная стойкость изооктана принята за 100 ед.; детонацион­ная стойкость n-гептана принята за 0 ед. Смешивая эти углеводо­роды в определенном соотношении, можно получить эталонные топлива с октановым числом от 0 до 100 ед.

Октановое число- это условная единица детонационной стойкости бензинов. Оно численно равно процентному содержа­нию (по объему) изооктана в эталонной смеси с гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалента испытуемому бензину.

Например, в марке бензина А-76 цифра 76 показывает октано­вое число: его устойчивость к детонации такая же, как у смеси, состоящей из 76 % изооктана и 24 % n-гептана. Значение октано­вого числа указывается в марке.

Октановое число определяют двумя методами: моторным (ГОСТ 511 -82) и исследовательским (ГОСТ 8226-90). Мотор­ный метод имитирует работу двигателя при достаточно больших и длительных нагрузках, исследовательский - при меньших наг­рузках. Поэтому октановые числа, определяемые по исследова­тельскому методу, на несколько единиц выше, чем по моторному.

Если октановое число определено по исследовательскому ме­тоду, в марке бензина пишут букву "И", например, АИ-93- ав­томобильный бензин с октановым числом не менее 93 по исследо­вательскому методу.

Если октановое число определено по моторному методу - до­полнительное обозначение отсутствует. Например, для марки А-76 октановое число равно или выше 76 и определено по мотор­ному методу.

Если октановое число топлива превышает 100, показателем его детонационной стойкости является сортность. Для определе­ния сортности бензина двигатель испытывают на эталонном изооктане: развиваемая им мощность двигателя, работающего на испытуемом топливе, к мощности двигателя, работающего на изооктане (в %). Например, сортность бензина равна 130, значит, до­пустимый прирост мощности до начальной детонации на этом топ­ливе на 30 % больше, чем на изооктане. Сортность используется для бензина, применяемого в авиационных двигателях. Таким об­разом, чем выше октановое число и сортность, тем выше его дето­национная стойкость.

Для повышения детонационной стойкости топлива к нему до­бавляют в небольших количествах (0,04-0,08 %) специальные присадки- антидетонаторы. В качестве андидетонатора приме­няют тетраэтилсвинец (ТЭС), который очень ядовит; в чистом ви­де в топливо его не добавляют, а вводят в виде этиловых жидкос­тей (ЭЖ), состоящих из антидетонатора, хлористых и бромистых органических соединений, способствующих удалению свинца из камеры сгорания вместе с выхлопными газами. В настоящее вре­мя начинают применять новые нетоксичные марганцевые антиде­тонаторы.

Бензины, в которые введены этиловые жидкости, называют этилированными. Для предупреждения об ядовитости они окра­шены в различные цвета. Например, бензины А-76 окрашивают в желтый, АИ-93- в оранжево-красный, АИ-98- в синий.

Фракционный состав обусловливает испаряемость бензинов на различных режимах работы двигателя: пуск, разогрев, при смене режима работы, под нагрузкой. Бензин, представляющий собой смесь углеводородов, не имеет фиксированной температу­ры кипения: испаряется при температуре 35-205 °С. Испаряе­мость у т.е. переход его из жидкости в пар, определяется темпера­турами, при которых испаряется (перегоняется) 10, 50, 90 и 97,5 % объема жидкого бензина.

Температура выкипания 10 % объема бензина должна состав­лять 55-60 °С. Если она окажется ниже указанного предела, это может вызвать появление в топливной смеси паровых пробок, ес­ли выше - будет затруднен пуск двигателя. Температура выки­пания 50 % объема бензина определяет скорость прогрева двига­теля, динамику разгона автомобиля, равномерность распределе­ния бензиновых фракций по цилиндру. Для различных марок бензина эта температура варьируется от 100 до 125 °С.

Температура выкипания 90 % объема бензина характеризует полноту сгорания и расход топлива и в целом износостойкость двигателя. Она составляет 160-195 °С для автомобильных и не выше 145 °С для авиационных двигателей.

Температура выкипания 97,5 % объема авиационного бензина характеризует полноту его испарения в двигателе и не должна превышать 180 °С.

Учитывая влияние фракционного состава на качество работы двигателя, наша промышленность выпускает бензины отдельных марок двух видов: летние и зимние, отличающиеся содержанием низкокипящих компонентов. Низкокипящие (легкие) фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя; в дальней­шем они начинают интенсивно испаряться, что приводит к пере­греву двигателя, поэтому количество легких фракций в бензине должно быть ограничено.

Отечественные авиационные бензины отличаются от автомо­бильных более узким фракционным составом, большей детонаци­онной стойкостью и почти полным отсутствием непредельных уг­леводородов, содержание которых в автомобильных бензинах мо­жет достигать 10- 20 %. Высококачественные авиационные бен­зины должны содержать ароматические и парафиновые углеводо­роды изомерного строения.

Стабильность топлива характеризуется его способностью сохранять свой состав и основные свойства при хранении, тран­спортировке и в условиях потребления. Различают химическую и физическую стабильность. Под химической стабильностью пони­мают способность сохранять химический состав топлива, а под физической - способность сохранять однородность и фракцион­ный состав.

Нейтральность топлива оценивается по содержанию в нем трех групп веществ: водорастворимых кислот и щелочей, органи­ческих кислот, серы и сернистых соединений.

ГОСТ 1012-72 и ГОСТ 2084-77 предусмотрено отсутствие водорастворимых кислот и щелочей в авиационных и автомобиль­ных бензинах.

Содержание органических кислот в бензинах определяет­ся кислотностью, т.е. количеством мг КOH, необходимых для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 мг топлива (ГОСТ 5985-79). Кислотность авиационных бензинов должна быть не более 0,3-1,0, а автомобильных - не более 1-3.

Сернистые соединения, входящие в состав топлива, делятся на активныесероводород, меркантаны (RSH) и сера- и неак­тивные- сульфиды (R-S-R), дисульфиды (R-S-S-R) и др.

Неактивные сернистые соединения не вызывают коррозии ме­таллов непосредственно, поэтому не вызывают опасности для ап­паратуры. Однако при сгорании этих соединений образуются SO₂ и SO₃, которые с водой могут образовать сернистую и серную кис­лоты. Это уже опасно!

Содержание активных сернистых соединений ограничивает­ся. Содержание серы по ГОСТ 19121—73 должно быть не более 0,03-0,05 % для авиационных и 0,05-0,015 % для автомобиль­ных бензинов.

Автомобильные бензины отечественная промышленность вы­пускает в соответствии с ГОСТ 2084-74 четырех марок: А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. Кроме того, в небольших количествах производится неэтилированный бензин "Экстра" по ВТУ 67-60, соот­ветствующий марке А-95. Такое большое количество марок бензи­на вызвано разнородной структурой автомобильного парка стра­ны. Основные показатели качества бензинов приведены в табл.4. Маркировка основана на детонационной стойкости бензина и методе ее определения. Цифры, стоящие после буквы А (автомо­бильный бензин), показывают октановое число, определенное ли­бо по исследовательскому методу (тогда в маркировку входит буква И), либо по моторному (дополнительное обозначение от­сутствует). Например, марка АИ-98 означает, что автомобильный бензин с октановым числом не ниже 98, определенным по иссле­довательскому методу, для марки А-76 октановое число равно или выше 76 и определено по моторному методу.

Табл. 4.1.. Требования к качеству автомобильных бензинов.