Ассортимент и маркировка бензинов

Нефтеперерабатывающей промышленностью выпускается несколько марок бензинов, каждая из которых предназначена для определенных моделей автомобилей и соответствующих условий эксплуатации. Основные показатели качества бензинов приведены в таблице 4 [3, 7, 8, 13].

Каждая марка бензина имеет свое условное обозначение, которое включает одну или две буквы и цифру: буква ''А'' говорит о том, что бензин автомобильный; ''И'' – октановое число для данной марки бензина определено исследовательским методом (если ''И'' нет, то – моторный метод определения), а цифра указывает октановое число.

Основные марки автомобильных бензинов вырабатываются в соответствии с действующим ГОСТ 2084–77, а именно: А–76, АИ–91, АИ–93, АИ–95 и дополнениями в виде технических условий (ТУ), которые предусматривают выпуск бензинов: АИ–80, АИ–92, АИ–96 и АИ–98. Допускается выпуск бензинов А–76, АИ–80, АИ–91, АИ–92 и АИ–96 с использованием этиловой жидкости.

В зависимости от испаряемости бензины могут быть: летними, зимними и всесезонными. Бензины А–76, АИ–91, АИ–93, АИ–95 изготавливают летних и зимних видов. Все оставшиеся являются всесезонными.

В обозначении бензинов с улучшенными экологическими свойствами и присадками содержится аббревиатура ЭКп (например, АИ–95 ЭКп).

В целях повышения конкурентоспособности бензинов и доведения их качества до европейских стандартов введен ГОСТ Р 51105–97, который предусматривает выпуск бензинов «Нормаль–80», «Регулятор–91», «Регулятор–92», «Премиум–95», «Супер–98». Бензин «Нормаль–80» предназначен для использования наряду с бензином А–76. Неэтилированный бензин «Регулятор–91» можно применять вместо этилированного бензина АИ–93. Бензины «Премиум–95» и «Супер–98» отвечают европейским стандартам и предназначены для современных импортных автомобилей (таблица 5).

Настоящий стандарт для указанных выше марок бензина разработан с учетом рекомендаций европейского стандарта ЕN 228.

В настоящее время в соответствии с ГОСТом и ТУ Мозырским НПЗ осуществляется выпуск следующих видов неэтилированных бензинов: А–76, А–92, АИ–95 (производство осуществляется на базе катализата риформинга с вовлечением легких углеводородных фракций, а в бензин АИ–95 допускается добавление до 8 % метилтретичнобутилового эфира – МТБЭ) и «Нормаль–80», «Регулятор–91», «Премиум–95», «Супер–98» (в «Премиум–95», «Супер–98» добавляют кислородсодержащие присадки, а для улучшения экологических свойств в бензинах возможно применение антиокислительных и моющих присадок).

Основные эксплуатационные свойства бензинов

Основными эксплуатационными свойствами бензинов являются:

– прокачиваемость;

– испаряемость;

– детонационная стойкость;

– склонность к отложениям;

– коррозионные свойства.

1. Прокачиваемостьбензинов характеризуют такие их физико-химические показатели, как вязкость, содержание механических примесей и воды и давление насыщенных паров.

От вязкости зависит количество топлива, протекающего через жиклёры карбюратора, т. е. поступающего непосредственно в цилиндры двигателя. Бензины обладают наименьшей вязкостью из всех нефтяных углеводородных топлив: 0,4–0,8 сСт при 20 °С и 12–15 сСт при минус 40 °С. Такие значения обеспечивают надёжную подачу бензина по системе питания двигателей с воспламенением от искры. Ввиду значительного запаса надёжности по подаче у товарных бензинов вязкость не нормируется.

Механические примеси могут попадать в бензин при обращении с ним в виде пыли, песка, окалины и т. п. Механические примеси в бензине не допускаются, так как они могут вызвать засорение фильтров и жиклёров и этим нарушить подачу топлива. Примеси абразивного типа, например песок, попадая в камеру сгорания вместе с рабочей смесью, вызывают дополнительный износ деталей цилиндро-поршневой группы двигателя.

Вода может попадать в бензин аналогично примесям, а также за счёт конденсации паров воды из воздуха при попадании воздуха в бак во время его опорожнения. Наличие воды особенно опасно при отрицательных температурах, так как образующиеся кристаллы льда могут в значительной степени затруднить, а то и вовсе прекратить подачу бензина по системе питания двигателя. Нарушение подачи бензина из-за выделения из него высокоплавких углеводородов и кристаллов льда определяются составом бензина и возможны лишь при очень низких температурах. Поэтому температура начала кристаллизации для автомобильных бензинов не нормируется.

В некоторых случаях подача бензина может быть нарушена или вообще прекратиться из-за образования в топливной системе паровых или паровоздушных пробок. Об этом судят по давлению насыщенных паров. Чем выше давление насыщенных паров, тем интенсивнее испаряется бензин. Если давление насыщенных паров сравняется с внешним давлением, бензин вскипает. Величина давления насыщенных паров зависит от температуры. С повышением температуры увеличивается опасность возникновения паровых и паровоздушных пробок. Поэтому давление насыщенных паров у автомобильных бензинов ограничено:

– для летних бензинов – 500 мм рт. ст. (66 661 Па);

– для зимних бензинов – 700 мм рт. ст. (93 325 Па).

2. Испаряемость бензинов влияет на лёгкость пуска холодного двигателя, продолжительность прогрева и устойчивость работы двигателя. От испаряемости зависит полнота сгорания и эффективность применения бензина. Испаряемость бензина характеризуют такие его физические показатели, как фракционный состав, давление насыщенных паров, теплопроводность, теплоёмкость и скрытая теплота испарения.

Фракционный состав наиболее полно характеризует испаряемость топлива, показывает зависимость между температурой и количеством фракций, выкипающих при этой температуре. Оценивают фракционный состав по показателям: температуре начала перегонки (кипения), температурам перегонки 10, 50, 90% и температуре конца перегонки (кипения), а также по остатку в колбе.

При пуске холодного двигателя частота вращения коленчатого вала, как правило, незначительна и колеблется от 40–50 мин^-1 (вручную) до 100–150 мин^-1 (от стартера). Скорость воздушного потока в диффузоре карбюратора всего 3–4 м/с. Образующиеся капельки бензина велики, площадь, а следовательно, и интенсивность испарения малы. Смесь оказывается переобеднённой ( ), тогда как в пересчёте на всё расходуемое при этом количество бензина . Для устранения этого явления горючую смесь искусственно обогащают до за счёт прикрытия воздушной заслонки карбюратора при открытых жиклёрах. Работают почти все системы карбюратора. При этом в пересчёте на всё поданное горючее коэффициент избытка воздуха составляет 0,1–0,2, а в цилиндры попадает в испарившемся виде лишь около 10% бензина при температуре 0 °С [4,10]. Поэтому во избежание переобогащения смеси по мере прогрева двигателя воздушную заслонку карбюратора приоткрывают до полного открытия при полностью прогретом двигателе. Чем ниже температуры начала кипения (t_нк) и выкипания 10% фракции (t_10%), тем легче пустить холодный двигатель.

Возможность пуска холодного двигателя при данных температурах окружающего воздуха, начала кипения и выкипания 10% фракций определяют по эмпирической формуле [10]

.

Зависимость между температурой перегонки 10% бензина и его пусковыми свойствами можно выразить графически (рис. 2.3).

Температура начала кипения летнего бензина нормируется стандартом в 35 °С, зимнего не нормируется, а выкипание 10% бензина должно происходить при температурах 55 °С у зимнего и 70 °С у летнего. Как уже отмечалось, чем ниже эти значения, тем легче пустить холодный двигатель. Но при значениях, ниже указанных, возможно образование паровых и паровоздушных пробок в топливной системе.

Рис. 2.3. Зависимость между температурой перегонки 10% бензина и его пусковыми свойствами:

1 – легкий пуск двигателя; 2 – затруднённый пуск; 3 – пуск практически невозможен.

Качественные бензины зимнего вида обеспечивают пуск двигателя при температурах воздуха до минус 30 °С.

Продолжительность прогрева определяют как интервал времени от пуска двигателя до такого состояния, когда на режиме холостого хода достигается практически полное испарение бензина во впускном трубопроводе. При этом температура горючей смеси повышается за счёт начавшегося обогрева впускного коллектора и достигает около впускных клапанов 30…35 °С.

На продолжительность прогрева особенно сильное влияние оказывает температура перегонки 50 °С бензина (t_50%). Чем ниже эта температура, тем легче и полнее происходит испарение бензина при низких температурах и быстрее прогревается двигатель (табл. 2.2).

Таблица 2.2.

Влияние средней температуры перегонки бензина

на продолжительность прогрева двигателя

Температура воздуха, °С	Продолжительность прогрева, мин, при t50% бензина
102 °С	122 °С	137 °С
	4…5	6…7	8…9
–14	9…10	12…13	15…17

Для экономии горючего и сокращения продолжительности прогрева двигателя в зимнее время необходимо утеплять капот автомобиля и прикрывать жалюзи радиаторов.

Наряду с продолжительностью прогрева температура перегонки 50% фракций сильно влияет и наприемистостьдвигателя, т. е. быстроту перехода двигателя от малых оборотов на режим максимальной мощности. При резком открытии дроссельной заслонки в диффузор карбюратора и далее во впускной трубопровод поступает большое количество холодного воздуха. Условия испарения бензина ухудшаются, горючая смесь сильно обедняется. Для восстановления теплового равновесия и улучшения испарения бензина требуется время. Чем ниже температура перегонки 50% бензина, тем быстрее (при прочих равных условиях) восстановится тепловое равновесие и необходимый состав горючей смеси, а двигатель выйдет на режим максимальной мощности.

Для устойчивого, без перебоев, перехода двигателя от низких оборотов к максимальным температура перегонки 50% бензина должна быть: у летнего бензина – не выше 115 °С, у зимнего – не выше 100 °С (АИ-95 – 120 и 105 °С соответственно).

Неиспарившийся бензин не сгорает, смывает масло со стенок цилиндров и, попадая в картер, снижает вязкость моторного масла. Смазочные свойства масла ухудшаются, температура вспышки паров масла снижается. Масло начинает гореть в цилиндрах, образуя нагар и вызывая перерасход масла. Такое влияние максимально у непрогретого двигателя.

Количество неиспарившегося бензина, т. е. полнота сгорания бензина характеризуется температурой перегонки 90% фракций (t_90%). С повышением этой температуры, а также (и особенно!) температуры конца кипения увеличивается не только износ двигателя, но и относительный расход бензина (рис. 2.4.).

Температуры перегонки 90% и конца кипения бензина для обеспечения оптимальных условий работы двигателя должны быть: выкипание 90% для летнего бензина – не выше 180 °С, для зимнего – не выше 160 °С. Температуры конца перегонки – 195…205 °С и 185…195 °С соответственно. Специальными исследованиями установлена, а длительной эксплуатацией карбюраторных двигателей подтверждена непосредственная связь между фракционным составом бензина и работой двигателя. Эта связь устанавливается на основе эксплуатационной оценки бензинов по их фракционному составу. Для этой оценки используют номограмму (рис. 2.5.). На ней по горизонтальной оси отложены температуры характерных точек разгонки топлива, а по вертикальной – температуры наружного воздуха t_в в интервале от 60 до минус 30 °С. Всё поле номограммы разделено на три зоны, соответствующие колебаниям возможных температур у современных бензинов, при которых отгоняется 10; 50 и 90% фракций. Эти температуры характеризуют соответственно: пусковые свойства бензина; обеспечение быстрого прогрева и хорошей приемистости; влияние бензина на степень разжижения моторного масла в картере двигателя.

Влияние давления насыщенных паров, теплопроводности, теплоёмкости и скрытой теплоты испарения на работу двигателя рассмотрено выше.

3. Детонационная стойкостьавтомобильных бензинов характеризует их способность обеспечить работу двигателя без детонации.

Оценивают детонационную стойкость по октановому числу.

Октановое число – условная величина, численно равная процентному (по объёму) содержанию изооктана (2, 2, 4–триметил пентана) в такой его смеси с нормальным гептаном, которая по своей детонационной стойкости в стандартных условиях испытания на специальных моторных установках эквивалентна испытуемому топливу. При этом детонационная стойкость изооктана условно принята за 100 единиц, а нормального гептана – за 0.

Интересно, что детонационная стойкость нормального октана (с рядным расположением атомов углерода) ниже 0 [4].

Для автомобильных бензинов нормируется октановое число, определяемое по моторному (ОЧМ) и исследовательскому (ОЧИ) методам. Детонационную стойкость как важнейший показатель качества указывают первым пунктом, причём указывают оба значения.

Определяют октановые числа на специальной одноцилиндровой моторной установке УИТ-65. Методы отличаются режимами испытания – нагрузка, частота вращения коленчатого вала, температура охлаждающей жидкости, температура и влажность воздуха и т. д.

Моторный метод моделирует работу двигателей на форсированных режимах при длительных нагрузках, характерных для работы машин в загородных условиях.

Исследовательский метод моделирует работу двигателей при меньшей напряжённости, характерную для городских условий – частые остановки, неполная загрузка, ограничения по скорости движения и т. п.

Октановые числа одного и того же бензина, определённые моторным и исследовательским методом, различаются между собой. Например, для бензина АИ-95 с октановым числом по исследовательскому методу 95 единиц, детонационная стойкость, определённая по моторному методу, будет равна 85 единицам. Разность между октановыми числами, определёнными по исследовательскому и моторному методам называется чувствительностью бензина.

Установлена примерная зависимость между требуемым октановым числом (ОЧИ), степенью сжатия и диаметром цилиндра двигателя:

ОЧИ = 125,4 – 413/ + 0,183 Д,

где ОЧИ – октановое число по исследовательскому методу;

– степень сжатия;

Д – диаметр цилиндра в миллиметрах.

Различные углеводородные фракции бензина имеют разную детонационную стойкость (рис. 2.6.). Поэтому фракционирование бензина во впускном коллекторе двигателя, особенно проявляющееся при резком открывании дроссельной заслонки, в некоторых случаях приводит к появлению детонационных стуков в двигателе.

Повышение детонационной стойкости бензинов достигается различными способами:

– подбором углеводородного состава;

– добавлением высокооктановых компонентов;

– введением специальных присадок – антидетонаторов.

Получение высокооктановых бензинов путём только подбора углеводородного состава весьма затруднительно и экономически нецелесообразно из-за небольшого выхода конечного продукта. Детонационная стойкость углеводородов зависит от их молекулярной массы и строения и возрастает в следующей последовательности:

– нормальные алканы – самая низкая;

– нормальные алкены;

– цикланы;

– изоалканы;

– арены (ароматические) – самая высокая.

Добавляемые высокооктановые компоненты – смеси изоалканов и ароматические углеводородов. Однако ароматические углеводороды могут ухудшать другие качества бензинов: повышают гигроскопичность и нагарообразующую способность, вызывают перегрев двигателя. Поэтому применение аренов ограничено.

Дизельные топлива

В 1891 году у немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля появилась идея применить в двигателе внутреннего сгорания сжатый воздух. Такой двигатель стал более экономичным, мог работать на дешёвом топливе, кроме того, удалось значительно повысить его КПД.

28 февраля 1892 года Дизель подал заявку на изобретение «нового рационального теплового двигателя», а 23 февраля 1893 года получил немецкий патент № 67207.

Первые официальные испытания нового двигателя произвели настоящую сенсацию среди инженеров. С этого времени началось победное шествие «дизелей» по всему миру. Только за право производить его моторы Дизель в течение нескольких лет получил шестимиллионное состояние.

Двигатель мог работать на тяжёлых фракциях, что позволило существенно повысить процент использования составных компонентов нефти как топлива даже без применения деструктивного метода переработки.

Значительный вклад в совершенствование дизеля внесли русские учёные Г. В. Тринклер и Я. М. Манин. В 1898–99 годах на заводе Нобеля в Петербурге (позже – завод «Русский дизель») был создан дизельный двигатель, работавший на самом дешёвом топливе – сырой нефти.