Автомобильный бензин

Бензин - продукт переработки нефти представляющий собой горючее с низкими детонационными характеристиками. Из сырой нефти производится до 50% бензина. Эта величина включает природный бензин, бензин крекинг-процесса, продукты полимеризации, сжиженные нефтяные газы и все продукты, используемые в качестве промышленных моторных топлив.

Бензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры). В зависимости от назначения их разделяют на автомобильные и авиационные.

Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества, определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства.

Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и требованиям эксплуатации: иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах; иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и др. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

Состав бензинов

Бензин - представляет собой смесь углеводородов состоящих в основном из предельных 25-61 %, непредельных 13-45%, нафтеновых 9-71 %, ароматических 4-16 % углеводородов с длиной молекулы углеводорода от C 5 до C 10 и числом углеродных атомов от 4-5 до 9-10 со средней молекулярной массой около 100Д. Так же в состав бензина могут входить примеси - серо-, азот- и кислослородсодержащих соединений.

Бензин - это самая легкая фракция из жидких фракций нефти. Эту фракцию получают в числе разных процессов возгонки нефти. По этому от фракционного состава бензинов зависят легкость и надежность пуска двигателя, полнота сгорания, длительность прогрева, приемистость автомобиля и интенсивность износа деталей двигателя. Фракционный состав бензинов определяется согласно ГОСТа 2177-99.

Легкие фракции бензина характеризуют пусковые свойства топлива - чем ниже температура выкипания топлива, тем лучше пусковые свойства. Для запуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10% бензина выкипало при температуре не выше 55 градусов (зимний сорт) и 70 градусов (летний) по Цельсию. Зимние сорта бензина имеют более легкий (чем летние) фракционный состав. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя.

Основная часть топлива называется рабочей фракцией. От ее испаряемости зависят: образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). Содержание рабочей фракции должно совпадать с 50% отгона. Минимальный интервал температур от 90% до конца кипения улучшает качество топлива и снижает его склонность к конденсации, что повышает экономичность и уменьшает износ деталей двигателя. Температуру выкипания 90% топлива иногда называют точкой росы.

Свойства бензинов

Бензины - легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (при отсутствии специальных добавок) жидкости, имеющие плотность 700-780 кг/м?. Бензины имеют высокую летучесть, и температуру вспышки в пределах 20-40 градусов по Цельсию. Температура кипения бензинов находится в интервале от 30 до 200 C. Температура застывания - ниже минус 60 градусов. При сгорании бензинов образуется вода и углекислый газ. При концентрациях паров в воздухе 70—120 г/м 3 образуются взрывчатые смеси.

Автомобильные бензины в силу своих физико-химических характеристик должны обладать следующими свойствами:

• Однородность смеси;
• Плотность топлива - при +20 °С должна составлять 690. 750 кг/м 2 ;
• Небольшую вязкость - с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до -40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20. 30%;
• Испаряемость - способность переходить из жидкого состояния в газообразное. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе;
• Давление насыщенных паров - чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом - до 670 ГПа и зимой - от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах;
• Низкотемпературные свойства - способность бензина выдерживать низкие температуры;
• Сгорание бензина. Под "сгоранием" применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500. 2400 °С.

Присадки

Присадки - вещества, добавляемые (обычно в количествах 0,05-0,1%) к топливам, минеральным и синтетическим маслам для улучшения их эксплуатационных свойств. К присадкам относятся, антидетонаторы, антиокислители, ингибиторы коррозии и др. Подробнее виды и назначение присадок рассмотрены в приложении №1 «Перечень допущенных присадок».

Сырьё для получения бензина

Сырьём для получения бензина является нефть. Нефть – это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ).

Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C, H, S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82–87% углерода, 11–15% водорода, 0,01–6% серы, 0–2% кислорода и 0,01–3% азота.

Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа. Простейший из них – метан CH₄ – является основным компонентом природного газа. Все углеводороды могут быть подразделены на алифатические (с открытой молекулярной цепью) и циклические, а по степени ненасыщенности углеродных связей – на парафины и циклопарафины, олефины, ацетилены и ароматические углеводороды. Обычная сырая нефть из скважины - это зеленовато-коричневая легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом.

Химически нефти очень различны и изменяются от парафиновых, которые состоят большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновых или асфальтеновых, которые содержат в основном циклопарафиновые углеводороды; существует много промежуточных или смешанных типов. Парафиновые нефти по сравнению с нафтеновыми или асфальтеновыми обычно содержат больше бензина и меньше серы и являются главным сырьем для получения смазочных масел и парафинов. Нафтеновые типы сырых нефтей, в общем, содержат меньше бензина, но больше серы и мазута, и асфальта.

Технология производства бензина

Поступающая нефть нагревается в змеевике примерно до 320°С, и разогретые продукты подаются на промежуточные уровни в ректификационной колонне. Такая колонна может иметь от 30 до 60 расположенных с определенным интервалом поддонов и желобов, каждый из которых имеет ванну с жидкостью. Через эту жидкость проходят поднимающиеся пары, которые омываются стекающим вниз конденсатом. При надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т.е. количества дистиллятов, откачиваемых назад в колонну для повторного фракционирования) возможно получение бензина наверху колонны, керосина и светлых горючих дистиллятов точно определенных интервалов кипения на последовательно снижающихся уровнях. Обычно для того, чтобы улучшить дальнейшее разделение, остаток от перегонки из ректификационной колонны подвергают вакуумной дистилляции.

Склонность к дополнительному разложению более тяжелых фракций сырых нефтей при нагреве выше определенной температуры привела к очень важному успеху в использовании крекинг-процесса. Когда происходит разложение высококипящих фракций нефти, углерод и углеродные связи разрушаются, водород отрывается от молекул углеводородов и тем самым получается более широкий спектр продуктов по сравнению с составом первоначальной сырой нефти. Например, дистилляты, кипящие в интервале температур 290–400° С, в результате крекинга дают газы, бензин и тяжелые смолоподобные остаточные продукты. Крекинг-процесс позволяет увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки.

Катализатор – это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли.

Процесс Гудри. Исследования Э.Гудри огнеупорных глин как катализаторов привели к созданию в 1936 году эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса.

Среднекипящие дистилляты нефти в этом процессе нагревались и переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций расщепления, т.е. крекинг-процесса, и изменения характера реакций эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных температурах 430–480°С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

Риформинг - это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды имеют более высокое октановое число, чем молекулы других углеводородов, и поэтому они предпочтительней для производства современного высокооктанового бензина.

Существуют два основных вида риформинга – термический и каталитический. В первом соответствующие фракции первичной перегонки нефти превращаются в высокооктановый бензин только под воздействием высокой температуры; во втором преобразование исходного продукта происходит при одновременном воздействии как высокой температуры, так и катализаторов. Более старый и менее эффективный термический риформинг используется до сих пор, но в развитых странах почти все установки термического риформинга заменены на установки каталитического риформинга.

Если бензин является предпочтительным продуктом, то почти весь риформинг осуществляется на платиновых катализаторах, нанесенных на алюминийоксидный или алюмосиликатный носитель.

Реакции, в результате которых при каталитическом риформинге повышается октановое число, включают:

1. дегидрирование нафтенов и их превращение в соответствующие ароматические соединения;
2. превращение линейных парафиновых углеводородов в их разветвленные изомеры;
3. гидрокрекинг тяжелых парафиновых углеводородов в легкие высокооктановые фракции;
4. образование ароматических углеводородов из тяжелых парафиновых путем отщепления водорода.

Кроме крекинга и риформинга существует несколько других важных процессов производства бензина. Первым из них, который стал экономически выгодным в промышленных масштабах, был процесс полимеризации, который позволил получить жидкие бензиновые фракции из олефинов, присутствующих в крекинг-газах.

Полимеризация пропилена – олефина, содержащего три атома углерода, и бутилена – олефина с четырьмя атомами углерода в молекуле дает жидкий продукт, который кипит в тех же пределах, что и бензин, и имеет октановое число от 80 до 82. Нефтеперерабатывающие заводы, использующие процессы полимеризации, обычно работают на фракциях крекинг-газов, содержащих олефины с тремя и четырьмя атомами углерода.

В этом процессе изобутан и газообразные олефины реагируют под действием катализаторов и образуют жидкие изопарафины, имеющие октановое число, близкое к таковому у изооктана. Вместо полимеризации изобутилена в изооктен и затем гидрогенизации его в изооктан, в данном процессе изобутан реагирует с изобутиленом и образуется непосредственно изооктан.

Все процессы алкилирования для производства моторных топлив производятся с использованием в качестве катализаторов либо серной, либо фтороводородной кислоты при температуре сначала 0–15° C, а затем 20–40° С.

Другой важный путь получения высокооктанового сырья для добавления в моторное топливо – это процесс изомеризации с использованием хлорида алюминия и других подобных катализаторов.

Изомеризация используется для повышения октанового числа природного бензина и нафтенов с прямолинейными цепями.Улучшение антидетонационных свойств происходит в результате превращения нормальных пентана и гексана в изопентан и изогексан.

Процессы изомеризации приобретают важное значение, особенно в тех странах, где каталитический крекинг с целью повышения выхода бензина проводится в относительно незначительных объемах. При дополнительном этилировании, т.е. введении тетраэтилсвинца, изомеры имеют октановые числа от 94 до 107 (в настоящее время от этого способа отказались ввиду токсичности образующихся летучих алкилсвинцовых соединений, загрязняющих природную среду).

Давления, используемые в процессах гидрокрекинга, составляют от примерно от 70 атм. для превращения сырой нефти в сжиженный нефтяной газ (LP-газ) до более чем 175 атм., когда происходят полное коксование и с высоким выходом превращение парообразной нефти в бензин и реактивное топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое) катализатора. Процесс в кипящем слое применяется исключительно для нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные фракции. Катализаторами в этих процессах служат сульфидированные никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе.

Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом и коксованием, не менее 75–80% сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без регенерации.

Классификация бензинов

Все бензины отличаются друг от друга, как по составу, так и по свойствам, так как их получают не только как продукт первичной возгонки нефти, но и как продукт попутного газа (газовый бензин) и тяжелых фракций нефти (крекинг-бензин).

Бензины классифицируют по разным основаниям, включая интервалы температур кипения, октановое число, содержание серы:

Крекинг-бензины содержат значительный процент тех компонентов, при смешении которых образуется моторное топливо. Однако их прямое использование во многих странах законодательно ограничивается, поскольку они содержат заметное количество олефинов, а именно олефины являются одной из главных причин образования фотохимического смога.

Крекинг-бензин представляет собой продукт дополнительной переработки нефти. Обычная перегонка нефти дает всего 10–20% бензина. Для увеличения его количества более тяжелые или высококипящие фракции нагревают с целью разрыва больших молекул до размеров молекул, входящих в состав бензина. Это и называют крекингом. Крекинг мазута проводят при температуре 450–550°С. Благодаря крекингу можно получать из нефти до 70% бензина.

Бензин газовый представляет собой продукт переработки попутного нефтяного газа, содержащий предельные углеводороды с числом атомов углерода не менее трех. Различают стабильный (БГС) и нестабильный (БГН ) варианты газового бензина. БГС бывает двух марок – легкий (БЛ) и тяжелый (БТ). Применяется в качестве сырья в нефтехимии, на заводах органического синтеза, а также для компаундирования автомобильного бензина (получения бензина с заданными свойствами путем его смешивания с другими бензинами).

Пиролиз – это крекинг при температурах 700–800°С. Крекинг и пиролиз позволяют довести суммарный выход бензина до 85%. Необходимо отметить, что первооткрывателем крекинга и создателем проекта промышленной установки в 1891 году был русский инженер В.Г.Шухов

Этилированные бензины. Это вид бензинов, который получил своё название главным образом из-за входящей в его состав антидетонационной присадки антидетонатора - тетраэтилсвинца (ТЭС), служащей для повышения октанового числа в бензинах. ТЭС представляет собой маслянистую бесцветную жидкость с плотностью 1652,4 кг/куб.м. Температура кипения ТЭС составляет 200 градусов Цельсия, он растворим в бензине и органических растворителях, чрезвычайно ядовит, относится к первой группе опасности по отравляющему действию. ТЭС неустойчив - под действием температуры, солнечного света, воды, воздуха разлагается с образованием белого осадка.

ТЭС используют в смеси с так называемыми "выносителями", при сгорании превращающими свинцовые соединения в газообразное состояние. Смесь ТЭС и "выносителя" называется этиловой жидкостью, а бензины, к которым добавлена этиловая жидкость этилированными.

Для отличия этилированных бензинов от неэтилированных первые окрашиваются в яркие цвета. Эффективно повышают октановое число бензинов первые 0,5-2 мл этиловой жидкости. Способность повышать свое октановое число от прибавления этиловой жидкости зависит от химического состава бензина. Превышение оптимального количества способствует увеличению нагарообразования и освинцовывания деталей. Образующиеся нагары провоцируют калильное зажигание. Отработанные газы автомобилей, работающих на этилированном бензине, имеют повышенную токсичность за счет свинцовых соединений.

Ассортимент, качество и состав автомобильных бензинов.

Основную массу автомобильных бензинов в России вырабатывают по ГОСТ 2084-77 и ГОСТ Р51105-97 и ТУ 38.001165-97. В зависимости от октанового числа ГОСТ 2084-77 предусматривает пять марок автобензинов: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95. Для первых двух марок цифры указывают октановые числа, определяемые по моторному методу, для последних - по исследовательскому.

В связи с увеличением доли легкового транспорта в общем объеме автомобильного парка наблюдается заметная тенденция снижения потребности в низкооктановых бензинах и увеличения потребления высокооктановых.

Для приготовления автомобильного бензина используют бензины прямой перегонки, бензины термического крекинга, бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, бензины коксования (для низкооктановых бензинов), алкилбензин, изопентан, толуол (для высокооктановых бензинов), бутан, бутан-бутиленовую фракцию, пентан-амиленовую фракцию и газовый бензин. Для повышения детонационной стойкости автомобильного бензина используют антидетонационные присадки, из которых самыми распространенными являются тетраэтилсвинец (ТЭС) и метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). Используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Содержание серы в автомобильном бензине меняется от 0,05 до 0,1%. Автомобильный бензин изготовляют зимних и летних сортов, которые отличаются давлением насыщенного пара. Маркируют по октановым числам, замеренным по моторному или исследовательскому методу, или по обоим методам одновременно.

Выпускают автомобильный бензин марок А-72 (этилированный и неэтилированный, летний и зимний), А-76 (этилированный и неэтилированный, летний и зимний), А-80 (этилированный и неэтилированный), АИ-91 (неэтилированный, летний и зимний), А-92 (этилированный и неэтилированный, летний и зимний), АИ-93 (этилированный, летний и зимний), АИ-95 «Экстра» (неэтилированный летний) и АИ-95 (неэтилированный, летний и зимний).

В разных регионах мира используются разные марки автомобильного бензина. В Европе распространены марки «суперплюс» или «супер» (неэтилированный, летний и зимний), «премиум» или «европейский» (неэтилированный, летний и зимний), «немецкий» (этилированный, летний и зимний), «итальянский» (этилированный, летний и зимний), «регулар» (неэтилированный, летний и зимний). В США применяется автомобильный бензин марок «регулар», «мидгрейд», «премиум» и «суперпремиум». Все марки бывают как летние, так и зимние. В США применяется только неэтилированный или, вернее, малоэтилированный автомобильный бензин с содержанием свинца менее 0,0026 г/л. В Азиатско-Тихоокеанском регионе применяется автомобильный бензин марок 91RON, 92RON, 95RON, 97RON. Все они малоэтилированные (летние) с содержанием свинца до 0,01 г/л. Аббревиатура RON составлена из первых букв английских слов research octane number (октановое число по исследовательскому методу). При написании марок бензина используются разные значения октановых чисел, поэтому при подборе аналогов необходимо ознакомиться с описанием каждой марки. Производство автомобильного бензина в мире примерно 900 млн т в год, что составляет 30% от общего производства нефтепродуктов.

Автомобильный бензин марки А-72 (Low octane motor gasoline)

Автомобильный неэтилированный бензин низкого качества с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин и антиокислительные присадки. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу — 72, по исследовательскому методу не нормируется.

Автомобильный бензин марки А-76 (Low octane motor gasoline)

Автомобильный бензин низкого качества. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин, антиокислительные и антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина для использования в сельском хозяйстве.

А-76 производят этилированный (желтого цвета) с содержанием свинца не более 0,17 г/л и неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу — 76, а по исследовательскому методу не нормируется, но обычно близко к 80.

Автомобильный бензин марки А-80 (Low octane motor gasoline)

Автомобильный бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы — не более 0,05%. Плотность — не более 0,755 г/смА-803. Октановое число по моторному методу — 76, а по исследовательскому методу — 80. Фактически — это бензин марки с немного улучшенными характеристиками.

Автомобильный бензин марки А-92 (Regular motor gasoline)

Автомобильный бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина в крупных городах РФ и Украины. производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы — не более 0,05%. Плотность — не более 0,77 г/смА-923. Октановое число по моторному методу — 83, а по исследовательскому методу — 92. По качеству близок к европейской марке «регулар» и азиатской 92RON, но содержит на 30% больше свинца.

Автомобильный бензин марки АИ-91 (AI-91 regular motor gasoline)

Автомобильный бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы — не более 0,1%. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу — 82,5, а по исследовательскому методу — 91. По качеству близок к европейской марке «регулар» и азиатской 91RON, но содержит на 30% больше свинца.

Автомобильный бензин марки АИ-93 (AI-93 regular motor gasoline)

Автомобильный бензин обычного качества. Этилированный АИ-93 готовят на основе бензина каталитического риформинга мягкого режима, с добавлением толуола и алкилбензина. Для повышения давления паров добавляют фракцию прямой перегонки с температурой кипения до 62°С или бутан-бутиленовую фракцию. Неэтилированный АИ-93 готовят на основе бензина каталитического риформинга жесткого режима с добавлением алкилбензина, изопентана и бутан-бутиленовой фракции. Содержит антидетонационные присадки.

АИ-93 производят этилированный (оранжево-красного цвета) с содержанием свинца не более 0,37 г/л и неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы — не более 0,1%. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу — 85, а по исследовательскому методу — 93. Специально для экспорта производился этилированный АИ-93 без добавления красителя, с содержанием свинца не более 0,15 г/л и серы не более 0,001%. При определении экспортной цены бензина этой марки базисным сортом является европейский «регулар».

Автомобильный бензин марки АИ-95 (AI-95 premium motor gasoline)

Автомобильный бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки. производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу — 85, а по исследовательскому методу — 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95RON, но содержит на 30% больше свинца.

Автомобильный бензин марки АИ-95 «Экстра» (AI-95 Extra premium motor gasoline)

Автомобильный бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки.

АИ-95 производят неэтилированный (бесцветный), свинец в нем отсутствует. Плотность — не более 0,720 г/см3, содержание серы — не более 0,05%, давление насыщенных паров — не менее 53,3 кПа (400 мм рт. ст.). Октановое число по моторному методу — 85, а по исследовательскому методу — 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95RON, но лучше, так как не содержит свинца.

Материалы: http://tezcar.ru/gsm_benz.html

Материалы, обеспечивающие работу автомобиля, называются эксплуатационными. К ним относятся топливо, смазочные материалы и технические жидкости.

Бензин — основной вид топлива для карбюраторных двигателей. Сырьем для получения бензина служит нефть, нефтяные газы, бурый и каменный уголь, горючие сланцы.

Бензин как топливо должен обладать хорошей испаряемостью, стойкостью против детонации, высокой стабильностью (т. е. способностью сохранять первоначальные свойства при длительном хранении), не содержать соединений, вызывающих коррозию металла, и не содержать смолистых отложений, а также воды и механических примесей.

Под испаряемостью понимают способность бензина переходить из жидкого состояния в парообразное. Хорошая испаряемость бензинов обеспечивает приготовление горючей смеси необходимого качества, облегчает пуск двигателя, уменьшает конденсацию паров бензина в цилиндрах двигателя и разжижение масла в его картере.

Об испаряемости бензина судят по его фракционному составу.

Фракционный состав характеризуется температурой выкипания 10; 50; 90 % топлива и температурой конца выкипания.

Температура выкипания 10% топлива характеризует его пусковые качества: чем ниже эта температура, тем легче можно пустить двигатель.

Температура выкипания 50% топлива характеризует способность его обеспечивать быстрый прогрев двигателя, устойчивость его работы на малой частоте вращения коленчатого вала и приемистость двигателя.

Температура выкипания 90% топлива и конца выкипания характеризует полноту его испарения.

Температура начала кипения бензина должна быть не ниже 30° С, чтобы в жаркое время года не образовывались «паровые» пробки в топливопроводах и фильтрах.

Стойкость бензина против детонации оценивается октановым числом, которое присутствует в каждой марке бензина. Так, например, в марке бензина АИ-93 буква А означает, что бензин предназначен для автомобилей, буква И — что октановое число данного бензина определяют по исследовательскому методу, а цифра 93 — октановое число. В марке А-76, где нет буквы И — октановое число 76 определено по моторному методу.

При нормальном сгорании топливовоздушной смеси средняя скорость распространения пламени равна 10— 40 м/с, при детонации топливо-воздушная смесь взрывается и скорость распространения пламени увеличивается до 15000—20000 м/с.

На слух детонация проявляется в звонких металлических стуках при работе двигателя. Кроме того, при детонации в отрабатавших газах периодически появляется черный дым, двигатель перегревается и его мощность падает. Повышенный тепловой режим двигателя приводит к подгоранию выпускных клапанов, прогоранию днища поршней и метал-лоасбестовых прокладок между головкой и блоком цилиндров.

Чтобы оценить степень склонности бензина к детонации, его сравнивают с эталонными топлива-ми, т. е. с такими топливами, октановые числа которых заранее известны. Чем выше октановое число, тем меньше склонность бензина к детонации, поэтому для повышения октанового числа к бензинам добавляют антидетонаторэтиловую жидкость.

Бензин, в который добавлена этиловая жидкость, называют этилированным. Этиловая жидкость ядовита, поэтому этилированные бензины тоже ядовиты и применение их требует строгого соблюдения правил техники безопасности. Чтобы отличить этилированные бензины от неэтилированных, их окрашивают в соответствующие цвета: А-72— в розовый, А-76— в желтый, АИ-93— в оранжево-красный и АИ-98— в синий цвет.

Стабильность бензинов характеризуется сохранением их физико-химических свойств в допустимых пределах во время перевозки, хранения и использования в конкретных условиях эксплуатации.

Присутствие в бензине кислот и сернистых соединений вызывает коррозию металлов, поэтому содержание их строго ограничивается.

Вода и механические примеси в бензине не допускаются. Вода способствует коррозии топливных баков и тары, а также ускоряет осмоле-ние бензина. Зимой вода, замерзая, может закупорить топливопроводы, фильтры, жиклеры, что приведет к вынужденной остановке двигателя.

Механические примеси в бензине вызывают засорение жиклеров, фильтров и износ цилиндропоршневой группы двигателя.

В соответствии с рекомендациями заводов-изготовителей автомобилей применяют марки бензинов:

А-72—для автомобилей ГАЗ -51, УАЗ -69, ЗИЛ -164А, ЗИЛ -157 и др.;

А-76—для автомобилей ЗИЛ -130, ЗИЛ -131, ГАЗ -53А, ГАЗ -66 и др.;

АИ-93— для автомобилей ГАЗ -24 «Волга», автомобилей семейства ВАЗ , АЗЛК и др.;

АИ-95 «Экстра»—для автомобилей ГАЗ -14 «Чайка», ЗИЛ -4104, ЗИЛ -117 и др.;

АИ-98— для легковых автомобилей со степенью сжатия выше 9.5 (в основном для иномарок).

Во второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения — автомобиля. В 1860 г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862 г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.

Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881 г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером. Интересно, что в поисках подходящего топлива он объездил Россию, где уже работал завод по перегонке сырой нефти в керосин.

Исторически сложилось так, что примерно в это же время на нефтеперегонных заводах при получении осветительного керосина в качестве побочного продукта скапливалось большое количество легкой жидкости — бензина. Из-за взрывоопасности она не находила применения и поэтому долгое время просто сжигалась: в 1902 г. только в России было уничтожено таким образом около 70 тыс. т бензина. Лишь появление двигателя внутреннего сгорания положило конец уничтожению этого ценнейшего продукта и обеспечило его эффективное использование.

Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля. Все их развитие оказалось неразрывно связанным с улучшением качества топлива, созданием новых способов переработки нефти.

Исходя из требований обеспечения надежной работы двигателя и его наивысших энергетических, экономических, экологических показателей топливо должно удовлетворять следующим основным требованиям:

— иметь достаточно высокий запас химической энергии в единице массы и объема;

— выделять при сгорании топливно-воздушной смеси наибольшее количество тепла;

— обеспечивать возможность приготовления качественной однородной топливно-воздушной смеси;

— полностью сгорать в цилиндре двигателя без возникновения различного рода нарушений (детонации, калильного зажигания);

— образовывать минимальное количество продуктов сгорания, загрязняющих окружающую среду.

Кроме того, для нормальной эксплуатации автомобильного двигателя топливо должно обеспечивать его быстрый пуск, прогрев и хорошую приемистость, оказывать минимальное влияние на износы цилиндро-поршневой группы двигателя, образовывать минимальное количество отложений во впускной системе и коррозионноагрессивных продуктов сгорания. Топливо должно быть удобным при транспортировке, хранении и выдаче, иметь приемлемую стоимость и достаточные для массового производства ресурсы.

Среди множества известных продуктов и соединений всем этим требованиям в наибольшей степени отвечает смесь нефтяных дистиллятов, выкипающая в пределах от 30…40 до 190…210 °С, получившая название бензина. Бензины различных марок в настоящее время являются наиболее широко используемым топливом для двигателей с принудительным воспламенением.

Автомобильные двигатели (за исключением газовых и дизелей) работают на бензине. По ГОСТ 2084—77 выпускаются бензины следующих марок: А-66, А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. Буква А означает, что бензин автомобильный; цифра — наименьшее октановое число, определенное по моторному методу; наличие буквы И указывает на то, что октановое число определено по исследовательскому методу. Автомобильные бензины, за исключением бензина АИ-98, разделены на летние и зимние. Зимние бензины содержат увеличенное количество легкоиспаряющихся фракций, что улучшает условия пуска двигателя. В северных и северо-восточных районах СССР зимние бензины применяют в течение всего года. В остальных районах страны эти бензины применяют с 1 октября по 1 апреля.

В автомобильные бензины А-бб, А-76, АИ-93 и АИ-98 добавляют антидетонатор — тетраэтилсвинец ( ТЭС ) для повышения их антидетонационной стойкости. Для отличия обыкновенных бензинов от этилированных последние окрашивают в оранжевый (А-66), зеленый (А-76), синий (АИ-93) и желтый (АИ-98) цвета. Этилированные бензины очень ядовиты и, попав в жидком виде и в виде паров на кожу или в дыхательные пути человека, могут вызвать тяжелые заболевания. Поэтому применять этилированные бензины для мытья деталей и рук категорически запрещено. При попадании этилированного бензина на кожу его необходимо немедленно смыть ветошью, смоченной в керосине.

В зависимости от состава горючей смеси нормальная скорость распространения сгорания различна, но не превышает 35 м/с. При детонации (взрывное горение) скорость распространения сгорания смеси доходит до 2000 м/с. При детонационном сгорании возникает сильная волна, вызывающая вибрацию деталей. Работа двигателя с детонацией недопустима, так как сопровождается ударной нагрузкой на поршни, поршневые пальцы, шатунные и коренные подшипники, местным перегревом деталей, прогоранием поршней и клапанов, дымным выпуском, снижением экономичности, мощности двигателя и увеличением расхода топлива. Возникновение детонационного сгорания происходит в основном при неправильном подборе сорта топлива для двигателя с данной степенью сжатия. На появление детонации влияют также конструкция камеры сгорания, размеры цилиндра, материал головки цилиндра, скоростной режим и нагрузка двигателя, нагарообразование на поршне и головке цилиндра, опережение зажигания и т. д.

От антидетонационных свойств бензина (его способности противостоять детонации) зависит возможность применения этого бензина в двигателях, имеющих повышенную степень сжатия. Антидетонационные свойства бензина оценивают октановым числом. Бензин сравнивают со смесью из двух топлив: изооктана и гептана. Изооктан слабо детонирует, и для него октановое число условно принимают равным 100, а гептан сильно детонирует, и для него октановое число условно принимают равным нулю. Если смесь, состоящая, например, из 72% изооктана и 28% гептана (по объему), по детонационным свойствам соответствует проверяемому бензину, то октановое число такого бензина равно 72 и т. д. Чем выше октановое число бензина, тем большую степень сжатия он выдержит без детонации.

Работая с бензином, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, так как он является легковоспламеняющейся жидкостью. Тара из-под бензина очень опасна, так как содержит пары, которые легко взрываются. Бензин, попавший на окрашенные детали и резину, портит их, растворяя краску, лак и резину.

Двигатели автомобилей ГАЗ -53А и ЗИЛ -130 работают на бензине А-76, а автомобилей ГАЗ -24 «Волга», «Москвич-2140» и «Жигули» — на бензине АИ-93.

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Остались вопросы по теме:

© 2007-2017 Строй-Техника.Ру - информационная система по строительной технике.

Материалы: http://stroy-technics.ru/article/avtomobilnye-benziny

Топливо для бензиновых двигателей и его характеристики

Для бензиновых двигателей применяют бензин – легкое топливо, представляющее собой светлую жидкость, быстро испаряющуюся на воздухе и хорошо воспламеняющуюся. С химической точки зрения бензин является смесью лёгких углеводородов, получаемых из нефти и нефтепродуктов.

Температура кипения бензина может варьировать в достаточно широких пределах - от 33 до 205 °C (в зависимости от содержания примесей).

Бензин несколько легче дизельного топлива – его плотность составляет 0,71…0,74 г/см³, тогда как у дизтоплива этот показатель может достигать 0,85 г/см³.

При сжигании бензина выделяется значительная тепловая энергия – его теплотворная способность может превышать 10 тыс. ккал/кг.

Замерзает бензин (в отличие от дизельного топлива) при достаточно низкой температуре – примерно -70…-74 °C.

Наиболее важными свойствами бензина являются испаряемость, антидетонационная стойкость и теплота сгорания.

Испаряемость бензина

Испаряемость бензина характеризует условия смесеобразования и состав горючей смеси во впускной системе двигателя, склонность бензина к образованию паровых пробок в топливной системе автомобиля, а также полноту сгорания бензина и степень разжижения моторного масла бензиновыми фракциями.

Испаряемость бензина оценивается следующими комплексными и единичными показателями, определяемыми лабораторными методами: фракционным составом, давлением насыщенных паров, склонностью к образованию паровых пробок (соотношение пар-жидкость).

Испаряемость бензина должна обеспечивать оптимальный состав топливовоздушной смеси на всех режимах работы двигателя независимо от способа ее приготовления (карбюрация, впрыск).

С испаряемостью бензина связаны такие характеристики двигателя, как пуск при низких температурах, вероятность образования паровых пробок в системе питания в летний период, приемистость автомобиля, скорость прогрева двигателя, а также износ цилиндропоршневой группы и расход топлива.

Содержание тяжелых фракций бензина ограничивают, так как в определенных условиях эксплуатации они могут испаряться не полностью и попадать в цилиндры двигателя в жидком состоянии. При этом топливо в цилиндрах смывает масляную пленку, из-за чего увеличивается износ, разжижается масло, повышается расход топлива.

Давление насыщенных паров - фактор, влияющий на надежность работы топливной системы, а также на потери от испарения, загрязняющие атмосферу при хранении, транспортировании и применении бензина.

Детонационная стойкость бензина

Детонационная стойкость – свойство бензина, определяющее возможную степень сжатия двигателя.

Детонация представляет собой особый вид сгорания горючей смеси, протекающего с явлениями взрыва отдельных объемов смеси при чрезвычайно высоких скоростях распространения фронта пламени в камере сгорания (2000 м/с и выше). Для сравнения: при нормальном сгорании эта скорость составляет 20…40 м/с, т. е. в 50…100 раз меньше, чем при детонационном сгорании. Детонационное сгорание топлива сопровождается значительным повышением давления в зоне детонации.

При детонационном сгорании смеси в двигателе слышны резкие металлические стуки, объясняемые ударами волн высокого давления о стенки камер сгорания, цилиндров и днищ поршней и возникновением вибрации деталей.

Кроме того, наблюдаются дымный выпуск с искрами вследствие неполного сгорания топлива и закипания жидкости в системе охлаждения из-за усиленной теплоотдачи стенкам камер сгорания и цилиндров.

В результате неполного сгорания топлива, усиленной теплоотдачи и увеличения механических потерь мощность и экономичность двигателя резко снижаются.

Длительная работа двигателя при детонационном сгорании может привести не только к повышенному износу его деталей, но и к образованию крупных дефектов в виде трещин и деформации деталей или даже их разрушения. Детонация обычно возникает в случае применения топлива несоответствующего сорта, а также при перегрузке и перегреве двигателя.

Возникшая в двигателе детонация при работе автомобиля, не имеющая систематического характера, может быть устранена уменьшением нагрузки на двигатель (путем перехода на низшую передачу) и прикрытием дроссельной заслонки карбюратора.

Систематическая детонация при работе двигателя с правильно установленным зажиганием свидетельствует о недостаточно высоких антидетонационных свойствах используемого топлива.

Показателем, характеризующим антидетонационные свойства бензина, является его октановое число.

Октановое число бензина

Октановое число бензина определяют на специальной установке, представляющей собой одноцилиндровый двигатель с изменяемой степенью сжатия, сравнением антидетонационных свойств испытуемого бензина со свойствами эталонного топлива – приготовляемой в разных пропорциях смеси сильнодетонирующего топлива (гептана) и стойкого против детонации топлива (изооктана) – эквивалентной смеси.

При одинаковых антидетонационных свойствах эквивалентной смеси и испытуемого бензина октановое число бензина принимают равным процентному содержанию изооктана в эквивалентной смеси. Чем больше октановое число бензина, тем меньше он детонирует при сжатии и тем большую степень сжатия может иметь двигатель, работающий на этом бензине.

Октановое число бензина является очень важным свойством топлива, поскольку, как мы знаем из теплотехники, от степени сжатия зависят многие динамические и экономические характеристики двигателя внутреннего сгорания, в том числе – его КПД. Т. е. чем выше степень сжатия в цилиндрах двигателя, тем эффективнее протекают процессы преобразования тепловой энергии в механическую.

Для повышения октанового числа бензина и уменьшения возможности его детонации в двигателях с повышенной степенью сжатия в некоторых сортах бензина используют специальные добавки – антидетонаторы. Наиболее сильным из применяемых антидетонаторов является этиловая жидкость, добавляемая к бензину в небольших количествах. Бензин с добавками этиловой жидкости называют этилированным. Этилированный бензин ядовит, поэтому в него добавляют красящее вещество для отличия от обычного бензина. Обращаться с этилированным бензином следует очень осторожно, соблюдая правила техники безопасности. В последнее время производство этилированного бензина в России запрещено.

Для автомобилей с карбюраторными двигателями применяют бензин марок: АИ-92, АИ-95, АИ-98. Буква «А» в маркировке бензина означает «автомобильный», буква «И» - метод определения октанового числа (исследовательский), цифры – октановое число бензина.

Оптимальный состав горючей смеси

Процесс смесеобразования заключается в смешивании бензина в распыленном состоянии с воздухом в определенной пропорции. Горючая смесь должна удовлетворять двум основным требованиям:

• при воспламенении в цилиндре двигателя смесь должна сгорать очень быстро (в течение короткого промежутка времени), чтобы обеспечить соответствующее давление газов на поршень в начале рабочего хода;
• бензин, входящий в состав горючей смеси, должен сгорать полностью, чтобы выделялось наибольшее количество теплоты, и работа двигателя была наиболее экономичной. Неполное сгорание топлива ведет к его выбросу в систему выпуска отработавших газов, что приводит к его неоправданному перерасходу. Кроме того, двигатель сильно дымит, а на стенках цилиндров интенсивно откладывается копоть и сажа.

Подробнее процессы горения топлива рассматриваются на отдельной странице сайта.

Для быстрого и полного сгорания горючей смеси необходимо, чтобы бензин с воздухом смешивались в строго определенной массовой пропорции, было очень мелко распылен и хорошо перемешан с воздухом. В этом случае каждая мельчайшая частица бензина будет окружена частицами кислорода в требуемом для полного окисления количестве. Не следует забывать, что горение – это процесс окисления топлива, т. е. его химическое взаимодействие с кислородом, сопровождающееся выделением тепловой энергии.

Состав горючей смеси в зависимости от соотношения топлива и воздуха в ней характеризуют специальным показателем – коэффициентом избытка воздуха α, представляющим собой отношение действительного количества воздуха в смеси (в кг), приходящегося на 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству, обеспечивающему полное сгорание 1 кг топлива.

Как указывалось в предыдущей статье, в зависимости от соотношения масс бензина и воздуха различают нормальную, обедненную, обогащенную и богатую горючую смесь.

Нормальной называют смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха – теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания бензина. Коэффициент α для нормальной горючей смеси равен единице.

Соотношение 1:15 является примерным (обычно системы питания бензиновых двигателей регулируются на нормальный состав 1:14,7), поскольку с точки зрения химии количество кислорода в смеси должно обеспечивать окисление водорода и углерода, содержащихся в данной марке бензина. В процессе сгорания участвует не только кислород воздуха, но и кислород, в том или ином количестве содержащийся в самом топливе. Если учесть этот факт, а также то, что в разных марках и сортах бензина может содержаться разное массовое количество водорода и углерода (основных теплотворных компонентов топлива), то можно понять, что состав нормальной смеси для разных сортов бензина будет несколько отличаться.

Обедненной (α = 1,1…1,15) называют смесь, в которой имеется незначительный избыток воздуха по сравнению с нормальной смесью, а бедной (α > 1,2) – смесь, в которой воздуха существенно больше, чем необходимо для полного сгорания бензина.

Обогащенная смесь (α = 0,85…0,9) имеет недостаток воздуха – до 13 кг на 1 кг топлива. Скорость сгорания обогащенной смеси возрастает, в результате чего давление газов в цилиндрах двигателя увеличивается. Такая смесь позволяет развить двигателю максимальную мощность, но при этом общий расход топлива увеличивается из-за неполноты его сгорания.

Богатая смесь имеет значительный недостаток воздуха (α < 0,85). В такой смеси из-за нехватки кислорода бензин сгорает не полностью, что вызывает снижение мощности двигателя при значительном расходе топлива.

В результате догорания несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе возникают хлопки, что является внешним признаком сильного обогащения рабочей смеси. При чрезмерно обогащенной смеси, когда содержание воздуха достигает 5 кг на 1 кг бензина (α < 0,4), смесь совсем не воспламеняется.

Анализируя свойства горючей смеси разных составов, можно сделать следующие выводы:

Если двигатель по условиям работы не должен развивать полно мощности (при средних нагрузках), то самой выгодной является обедненная смесь, поскольку расход топлива при этом значительно снижается. Некоторое уменьшение мощности двигателя в этом случае при его работе с неполной нагрузкой значения не имеет.

При больших нагрузках целесообразно работать на обогащенной смеси, так как двигатель при этом развивает наибольшую мощность. Несколько повышенный расход топлива вследствие кратковременности работы двигателя на данном режиме не вызывает заметного увеличения общего расхода топлива за большой период времени.

Работа двигателя на бедной или богатой смесях, вызывающих снижение мощности и экономичности двигателя, недопустима.

Главная страница

Устройство автомобилей

• Экзаменационные билеты

для группы Т-21 (IV семестр)

для группы Т-31 (V семестр)

для группы Т-31 (VI семестр)

КГБПОУ «Каменский агротехнический техникум»

Материалы: http://k-a-t.ru/dvs_pitanie/2-dvs_toplivo/index.shtml