Сучасні автомобільні й авіаційні бензини повинні задовольняти ряду вимог, що забезпечують економічну і надійну роботу двигуна, і вимогам експлуатації:
- мати хорошу випаровуваність, що дозволяє отримати однорідну паливоповітряну суміш оптимального складу при будь-яких температурах;
- мати груповий вуглеводневий склад, що забезпечує стійкий, бездетонаційний процес згоряння на всіх режимах роботи двигуна;
- не змінювати свого складу і властивостей при тривалому зберіганні і не мати шкідливого впливу на деталі паливної системи, резервуари, гумотехнічні вироби;
- мати хороші антидетонаційні характеристики та ін.
- в останні роки екологічні властивості палива висуваються на перший план.
Випаровуваність
Для забезпечення повного згоряння палива в двигуні необхідно перевести його в короткий проміжок часу з рідкого стану в пароподібний і змішати з повітрям у певному співвідношенні - 1:14 - тобто створити робочу суміш. До фізико-хімічним показникам, від яких залежить випаровуваність бензинів, відносять тиск насичених парів,
фракційний склад, приховану теплоту випаровування, коефіцієнт дифузії парів, в'язкість, поверхневий натяг, теплоємність, щільність. З перерахованих показників найважливішими визначальними випаровуваність бензинів, є тиск насичених парів і фракційний склад. По в'язкості, поверхневого натягу, прихованої теплоти випаровування, коефіцієнту дифузії парів, теплоємності бензини різного складу порівняно мало різняться між собою, і ці відмінності нівелюються конструктивними особливостями двигунів. Тиск насичених парів і фракційний склад є функціями складу бензину, і ці показники можуть істотно відрізнятися для різних бензинів. Ці два параметри визначають пускові властивості бензину, їх схильність до утворення парових пробок, фізичну стабільність.
фракційний склад, приховану теплоту випаровування, коефіцієнт дифузії парів, в'язкість, поверхневий натяг, теплоємність, щільність. З перерахованих показників найважливішими визначальними випаровуваність бензинів, є тиск насичених парів і фракційний склад. По в'язкості, поверхневого натягу, прихованої теплоти випаровування, коефіцієнту дифузії парів, теплоємності бензини різного складу порівняно мало різняться між собою, і ці відмінності нівелюються конструктивними особливостями двигунів. Тиск насичених парів і фракційний склад є функціями складу бензину, і ці показники можуть істотно відрізнятися для різних бензинів. Ці два параметри визначають пускові властивості бензину, їх схильність до утворення парових пробок, фізичну стабільність.
Тиск насичених парів
Тиск насичених парів залежить від температури і від співвідношення парової і рідкої фаз і зменшується із зменшенням температури і збільшенням відносини парової фази до рідкої. В лабораторних умовах тиск насичених парів визначають при температурі 37,8°С і співвідношенні парової та рідкої фаз (3,8-4,2):1 на "Бомбі Рейду" (ГОСТ 1756-52) або апараті з механічним диспергуванням типу "Вихор" (ГОСТ 28781-90).
Фракційний склад
Фракційний склад бензинів визначають перегонкою на спеціальному приладі, при цьому відмічають температуру початку перегонки, температуру випаровування 10, 50, 90 % і кінця кипіння, або обсяг випаровування при 70, 100 і 180°С. Вимоги до фракційного складу і тиску насичених парів бензинів визначаються конструкцією автомобільного двигуна і кліматичними умовами його експлуатації.
1. З одного боку, необхідно забезпечити запуск двигуна при низьких температурах, з іншого боку - попередити порушення в роботі двигуна, пов'язані з утворенням парових пробок при високих температурах. Пускові властивості бензину залежать від вмісту в ньому легких фракцій, яке може бути визначено по тиску насичених парів і температурі перегонки 10 % або обсягом легких фракцій, що википають при температурі до 70°С. Чим нижче температура навколишнього повітря, тим більше легких фракцій потрібно для запуску двигуна. Однак надмірний вміст низькокиплячих фракцій у складі бензинів може викликати неполадки в роботі прогрітого двигуна, пов'язані з утворенням парових пробок у системі паливоподачі. Причиною утворення парових пробок в автомобільному двигуні є інтенсивне випаровування палива внаслідок його перегрівання. В умовах жаркого клімату це явище може мати масовий характер. Утворення парових пробок залежить від випаровуваності бензину, температури і конструкції двигуна. Чим вищий тиск насичених парів бензину, нижче температури початку кипіння і перегонки 10 % і більше обсяг фракції, що википають при температурі до 70 °С, тим більше його схильність до утворення парових пробок.
Від вмісту в бензині легкокипящих фракцій залежить його фізична стабільність, тобто схильність до втрат від випаровування. Найбільші втрати від випаровування мають бензини, що містять у своєму складі низькокиплячі вуглеводні.
2. Від фракційного складу залежать такі показники, як швидкість прогріву двигуна, його прийомистість, знос циліндро-поршневої групи. Прийомистість - здатність бензинів до підвищення детонаційної стійкості при додаванні антидетонаторів. Найбільш істотний вплив на швидкість прогріву двигуна і його прийомистість надає температура перегонки 50 % бензину. Температура википання 90 % бензину також впливає на ці характеристики, але меншою мірою. Швидкість прогріву двигуна, його прийомистість залежать і від температури навколишнього повітря. Чим нижче температура повітря, тим нижче повинна бути температура перегонки 50 % бензину для забезпечення швидкого прогріву і хорошою прийомистості двигуна. При зниженні температури цей вплив посилюється. Тому норми на цей показник також залежать від температурних умов експлуатації і розрізняються по сезону і кліматичних зон.
3. Для нормальної роботи двигуна важливе значення має повнота випаровування палива, яка характеризується температурою перегонки 90 % бензину і температурою кінця кипіння. При неповному випаровування бензину у впускний системі частина його може надходити в камеру згоряння в рідкому вигляді, змиваючи мастило зі стінок циліндрів. Рідка плівка через зазори поршневих кілець може проникати в картер, при цьому відбувається розрідження масла. Це приводить до підвищеного зносу і негативно впливає на потужність і економічність роботи двигуна. Зниження температури кінця кипіння бензинів може підвищити їх експлуатаційні властивості, однак це знижує ресурс бензинів. Температура кінця кипіння (tк.к.) бензинів також характеризує повноту згоряння бензинів і рівномірність розподілу робочої суміші по циліндрах двигуна; при tк.к. вище 220 оС відбувається неповне згоряння бензинів, підвищується його витрати, а також збільшується знос двигуна, знижуються його економічність і потужність.
Як було зазначено вище, вимоги до випаровуваності автомобільних бензинів в значній мірі залежать від температурних умов їх застосування. З урахуванням кліматичних особливостей нашої країни автомобільні бензини за фракційним складом і тиску насичених парів підрозділяють на два види: зимовий і літній. Для забезпечення нормальної експлуатації автомобілів і раціонального використання бензинів введено п'ять класів випаровуваності для застосування в різних кліматичних районах. Поряд з визначенням температури перегонки бензину при заданому обсязі передбачено визначення обсягу випарувався бензину при заданій температурі 70, 100 і 180 °С.
Детонаційна стійкість
Цей показник характеризує здатність автомобільних бензинів протистояти самозаймання при стисненні. Висока детонаційна стійкість палив забезпечує їх нормальне згоряння на всіх режимах експлуатації двигуна. Процес горіння палива в двигуні носить радикальний характер. При стиску робочої суміші температура і тиск підвищуються і починається окислення вуглеводнів, яке інтенсифікується після займання суміші. Якщо вуглеводні незгорілої частини палива володіють недостатньою стійкістю до окислення, починається інтенсивне накопичення перекисних сполук, а потім їх вибуховий розпад. При високій концентрації перекисних сполук відбувається тепловий вибух, який викликає самозаймання палива. Самозаймання частини робочої суміші перед фронтом полум'я, що призводить до вибухового горіння решти палива, до так званого детонационному згорянню. Детонація викликає перегрів, підвищений знос або навіть місцеві руйнування двигуна і супроводжується різким характерним звуком, падінням потужності, збільшенням димності вихлопу. На виникнення детонації впливає склад вживаного бензину і конструктивні особливості двигуна.
Показником детонаційної стійкості автомобільних бензинів є октанове число. Октанове число чисельно дорівнює вмісту (% об.) ізооктану (2,2,4,-триметилпентана) в його суміші з н - гептаном, яка за детонаційної стійкості еквівалентна палива, випробуваному на одноцилиндровом двигуні зі змінним ступенем стиснення в стандартних умовах на бідної робочої суміші. В лабораторних умовах октанове число автомобільних бензинів та їх компонентів визначають на одноциліндрових моторних установках УІТ-85 або УІТ-65. Схильність досліджуваного палива до детонації оцінюється порівнянням його з еталонним паливом, детонаційна стійкість якого відома. Октанове число на установках визначається двома методами: моторним (по ГОСТ 511-82) і дослідницький (по ГОСТ 8226-82).
Методи відрізняються умовами проведення випробувань. Випробування за моторним методом проводять при більш напруженому режимі роботи одноциліндровим установки, ніж по дослідницькому. Тому октанове число визначене моторним методом, зазвичай нижче октанового числа, визначеного дослідним методом. Октанове число, отримане моторним методом більшою мірою характеризує детонаційну стійкість палива при експлуатації автомобіля в умовах підвищеного теплового форсованого режиму, октанове число, отримане дослідницьким методом, більше характеризує бензин при роботі на часткових навантаженнях в умовах міської їзди.
Детонаційна стійкість автомобільних бензинів визначається їх вуглеводневим складом. Найбільшою детонаційної стійкістю володіють ароматичні вуглеводні. Найнижча детонаційна стійкість у парафінових вуглеводнів нормальної будови, причому вона зменшується зі збільшенням їхньої молекулярної маси. Изопарафины і олефінових вуглеводнів володіють більш високими антидетонаційними властивостями в порівнянні з нормальними парафинами. Збільшення ступеня розгалуженості і зниження молекулярної маси підвищує їх детонаційну стійкість. За детонаційної стійкості нафтени перевершують парафінові вуглеводні, але поступаються ароматичних вуглеводнів. Октанове число вуглеводнів знижується в такому порядку:
ароматичні >изопарафины > олефіни > нафтени > н-парафіни.
Різницю між октановими числами бензину, визначеними двома методами, називають чутливістю бензину. Найбільшу чутливість мають олефінових вуглеводнів. Чутливість ароматичних вуглеводнів трохи нижче. Для парафінових вуглеводнів ця різниця дуже мала, а високомолекулярні низькооктанові парафінові вуглеводні мають негативну чутливість. Відповідно по чутливості (9-12 од.) відрізняються бензини каталітичного крекінгу і каталітичного риформінгу, які містять ненасичені та ароматичні вуглеводні. Менш чутливі (1-2 од.) до режиму роботи двигуна алкилбензин і прямогонного бензину, що складаються з парафінових і изопарафиновых вуглеводнів.
Для підвищення октанових чисел товарних бензинів використовують також спеціальні антидетонаційні присадки і високооктанові компоненти (етилову рідину, органічні сполуки марганцю, заліза, ароматичні аміни, метил-третбутіловий ефір).
Хімічна стабільність
Цей показник характеризує здатність бензину зберігати свої властивості і склад при тривалому зберіганні, перекачках, транспортуванні або при нагріванні впускний системи двигуна. Хімічні зміни в бензині, що відбуваються в умовах транспортування чи зберігання, пов'язані з окисленням входять в його склад вуглеводнів. Отже, хімічна стабільність бензинів визначається швидкістю реакцій окислення, яка залежить від умов процесу та будови окислюється вуглеводнів.
При окисленні бензинів відбувається накопичення в них смолистих речовин, що утворюються в результаті окисної полімеризації і конденсації продуктів окислення. На початкових стадіях окиснення вміст у бензині смолистих речовин невелика, і вони повністю розчиняються в ньому. У міру поглиблення процесу окислення кількість смолистих речовин збільшується, і знижується їх розчинність в бензині. Накопичення в бензинах продуктів окислення різко погіршує їх експлуатаційні властивості. Смолянисті речовини можуть випадати з палива, утворюючи відкладення у резервуарах, трубопроводах та ін. Окислення нестабільних бензинів при нагріванні у впускний системі двигуна призводить до утворення відкладень на її елементах, а також збільшує схильність до нагароутворення на клапанах, в камері згоряння та на свічках запалювання.
Окислення палив являє собою складний багатостадійний свободнорадикальный процес, що відбувається в присутності кисню повітря. Швидкість реакції окиснення вуглеводнів різко зростає з підвищенням температури. Контакт з металом надає каталітичне вплив на процес окислення. Низьку хімічну стабільність мають олефінових вуглеводнів, особливо диолефины зі спряженими подвійними зв'язками. Високою реакційною здатністю володіють також ароматичні вуглеводні з подвійним зв'язком в бічний ланцюга. Найбільш стійкі до окислення парафінові вуглеводні нормальної будови і ароматичні вуглеводні. Хімічна стабільність автомобільних бензинів визначається в основному їх вуглеводневим складом.
Найбільшою схильністю до окислення мають бензини термічного крекінгу, коксування, піролізу, каталітичного крекінгу, які в значних кількостях містять олефінових і диолефиновые вуглеводні. Бензини каталітичного риформінгу, прямогонного бензину, алкилбензин хімічно стабільні.
Хімічну стабільність товарних бензинів та їх компонентів оцінюють стандартними методами шляхом прискореного окислення при температурі 100°С і тиску кисню за ГОСТ 4039-88. Цим методом визначають індукційний період, тобто час від початку випробування до початку процесу окислювання бензину. Чим вище індукційний період, тим вище стійкість бензину до окислення при тривалому зберіганні. За індукційним періодів бензини різних технологічних процесів істотно розрізняються. Індукційні періоди бензинів термічного крекінгу складають 50-250 хв; каталітичного крекінгу - 240-1000 хв; прямої перегонки - більше 1200 хв; каталітичного риформінгу - понад 1500 хв.
Встановлено, що бензини, що характеризуються індукційним періодом не менше 900 хв, можуть зберігати свої властивості протягом гарантійного терміну зберігання (5 років). Так як не всі бензини призначені для тривалого зберігання, у нормативно-технічної документації норми на індукційний період встановлені від 360 до 1200 хв.
Хімічна стабільність бензинів певною мірою може бути охарактеризована йодним числом, яке є показником наявності в бензині неграничних вуглеводнів.
Хімічна стабільність етилований бензинів залежить також від вмісту в них етилової рідини, так як тетраетилсвинець при зберіганні піддається окисленню з утворенням нерозчинного осаду.
Для забезпечення необхідного рівня хімічної стабільності в автомобільні бензини, що містять нестабільні компоненти, дозволяється додавати антиокислювальні присадки Агідол-1 або Агідол-12.
Схильність до утворення відкладень і нагароутворення
Застосування автомобільних бензинів, особливо етилований, супроводжується утворенням відкладень у впускний системі двигуна, в паливному баку, на впускних клапанах і поршневих кільцях, а також нагару в камері згоряння. Найбільш інтенсивне утворення відкладень відбувається на деталі карбюратора. Утворення відкладень на зазначених деталях призводить до порушення регулювання карбюратора, зменшення потужностей та погіршення економічності роботи двигуна, збільшення токсичності відпрацьованих газів. Утворення відкладень у паливній системі частково залежить від вмісту в бензинах смолистих речовин, нестабільних вуглеводнів, неуглеводородных домішок, від фракційного і групового складу, які визначають миючі властивості бензину. Встановлено, що підвищеного нагароутворення сприяє високий вміст у бензинах олефінових і ароматичних вуглеводнів, особливо висококиплячих. Вміст ароматичних і олефінових вуглеводнів в товарних бензинах обмежується відповідно 55 і 25 % (про.). Однак у більшою мірою цей процес визначається конструктивними особливостями двигуна.
Найбільш ефективним способом боротьби з утворенням відкладень у впускний системі двигуна є застосування спеціальних миючих або багатофункціональних присадок. Такі присадки широко застосовують за кордоном. У Росії також розроблені і допущені до застосування присадки аналогічного призначення.
Експлуатаційні властивості
Автомобільні бензини повинні бути хімічно нейтральними і не викликати корозії металів і ємностей, а продукти їх згоряння - корозію деталей двигуна. Корозійна активність бензинів і продуктів їх згоряння залежить від утримання загальної і меркаптанової сірки, кислотності, вмісту водорозчинних кислот і лугів, присутності води. Ці показники нормуються у нормативно-технічної документації на бензини. Бензин повинен витримувати випробування на мідній пластинці. Ефективним засобом захисту від корозії паливної апаратури є додавання в бензини спеціальних антикорозійних або багатофункціональних присадок.
Немає коментарів:
Дописати коментар