Бензины. Основные показатели их качества и эксплуатационные свойства
Бензины – карбюраторные топлива для авиационных и автомобильных двигателей. Карбюраторные топлива состоят из низко- и среднекипящих фракций нефти, легких продуктов вторичной переработки.
Топлива для авиационных карбюраторных двигателей представляют собой смеси бензиновых фракций каталитического крекинга и риформинга, алкилата и других высокооктановых компонентов с добавкой антидетонационных и антиокислительных присадок. Выпускаются авиационные бензины марок Б-100/130, Б-95/130, Б-91/115, Б-70 (в числителе – октановое число, в знаменателе – сортность на богатой смеси).
Топлива для автомобильных карбюраторных двигателей приготавливают смешением бензинов прямой перегонки, термического и каталитического крекинга, каталитического риформинга, алкилатов, изомеризатов, рафинатов от экстракционного выделения бензола и толуола. Отечественная промышленность выпускает автомобильные бензины А-72, А-76 (цифры обозначают минимально допустимое октановое число по моторному методу), АИ-93, АИ-98 (цифры обозначают октановое число по исследовательскому методу).
Углеводородный состав влияет на эксплуатационные свойства товарных бензинов. Эксплуатационные характеристики бензинов должны обеспечить нормальную работу двигателей в различных режимах.
Основными показателями качества автомобильных топлив являются:
1.детонационная стойкость;
2.фракционный состав;
3.химическая и физическая стабильность;
4.содержание серы;
5.температурой кристаллизации (только для авиационных бензинов);
6.содержанием смолистых веществ (только для авиационных бензинов);
7.высокой теплотой сгорания (только для авиационных бензинов).
Детонационная стойкость (ДС). Детонацией называется особый режим сгорания топлива в двигателе. Детонация появляется в тех случаях, когда после воспламенения топливно-воздушной смеси сгорает только часть топлива. Остаток (до 20%) топливного заряда мгновенно самовоспламеняется; при этом скорость распространения пламени достигает 1500-2500 вместо 20-30м/с, а давление нарастает скачками. Резкий перепад давления приводит к образованию детонационной волны, которая ударяется о стенки цилиндра двигателя. Характерные признаки детонации: металлический стук, вызываемый многократным отражением детонационных волн от стенок цилиндра, появление в выхлопных газах клубов черного дыма, резкое повышение температуры стенок цилиндра.
Детонационное сгорание топлива приводит:
1.к повышению удельного расхода топлива;
2.уменьшению мощности и перегреву двигателя;
3.прогару поршней и выхлопных клапанов;
4.в конечном счете к быстрому выводу двигателя из строя.
ДС углеводородов и топлив характеризуется октановым числом. Октановое число – условная единица измерения ДС, численно равная процентному (по объему) содержанию изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с гептаном, эквивалентной по ДС испытуемому топливу в стандартных условиях испытания. Для изооктана ДС принята равной 100, а для гептана – 0. Например, испытуемый бензин по своей ДС оказался при испытаниях эквивалентным смеси из 80% изооктана и 20% гептана, то октановое число этого топлива равно 80. Октановое число называют также антидетонационной характеристикой топлива.
Фракционный состав.
От фракционного состава карбюраторных топлив зависят:
1.условия пуска;
2.длительность прогрева;
3.износостойкость двигателя;
4.полнота сгорания топлива.
Основными показателями фракционного состава являются температуры перегонки 10, 50, 90% бензина, а также температуры конца кипения бензина.
Температура перегонки 10% бензина характеризует пусковые свойства топлива.
Температура перегонки 50% бензина влияет на скорость прогрева двигателя, качество образования воздушно-топливной смеси в нагретом двигателе, быстроту перехода двигателя с одного режима работы на другой, равномерность распределения топлива по цилиндрам многоцилиндрового двигателя.
Полнота сгорания топлива определяется температурой перегонки 90% бензина и концом его кипения.
Условия эксплуатации автомобильных двигателей в осеннее-зимний и летний периоды различны, и поэтому современными нормами установлены сезонные требования по фракционному составу. Бензины, предназначенные для применения в летних условиях, имеют более низкое давление паров. Чтобы обеспечить необходимые пусковые свойства товарного бензина, в его состав включают до 30% легких компонентов (прямогонной фракции температура начала кипения – 62ºС, изопентана, алкилата). Требуемое давление насыщенных паров обеспечивается добавлением бутана. В летних бензинах обычно содержится 2-3% бутана, в зимних до 5-8%.
Химическая стабильность. В процессе хранения, транспортирования и применения карбюраторных топлив возможны изменения в их химическом составе, вызываемые, в первую очередь реакциями окисления и полимеризации. Химическую стабильность автомобильных бензинов характеризуют длительностью индукционного периода, определяемой в стандартных условиях, и содержанием смол. Для оценки химической стабильности авиационных бензинов используют показатели содержания смол и периода стабильности.
Содержание серы. Активные сернистые соединения (сероводород, низшие меркаптаны) вызывают сильную коррозию топливной системы и транспортных емкостей; бензин должен быть полностью очищен от этих веществ. Полнота очистки контролируется анализом на медной пластинке.
Неактивные сернистые соединения (тиофены, тетрагидротиофены, сульфиды, дисульфиды, высшие меркаптаны) коррозии не вызывают; однако при их сгорании образуются окислы серы (SO2, SO3), под действием которых происходит быстрый коррозионный износ деталей двигателя, снижаются мощностные показатели.
Для снижения содержания серы в карбюраторных топливах применяются различные методы очистки.