Автомобильные бензины

Основные показатели бензинов по ГОСТ 2084—77 приведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5. Основные показатели бензинов

Показатель	А-72	А-76	АИ-93	АИ-95
Октановое число, не менее: по моторному методу по исследовательскому методу	72 Не нормир.	76 Не нормир.	85 93	89 95
Концентрация свинца, г на 1 дм3 бензина, не более	0,013	0,013 (0,017)	0,03 (0,37)	0,013
Фракционный состав бензина, °С:
tm, не ниже: летнего зимнего	35 Не нормир.	35 Не нормир.	35 Не нормир.	35 Не нормир.
t]0, не выше: летнего зимнего	70 55	70 55	70 55	75 55
%о, не выше: летнего  зимнего	115 100	115 100	115 100	120 105
/до, не выше: летнего  зимнего	180 160	180 160	180 160	180 160
/кп, не выше: летнего зимнего	195 185	195 185	205(195) 195(185)	205 195
Давление насыщенных паров  бензина, кПа, не более: летнего зимнего	66,7 66,7-93,3	66,7 66,7-93,3	66,7 66,7-93,3	66,7 66,7-93,3
Кислотность, КОН на 100 см3 бензина, мг, не более	3,0	1,0 (3,0)	0,8 (0,3)	2,0
Концентрация фактических  смол в 100 см3 бензина, мг, не более: на месте  производства на месте потребления	5 10	3(5) 8(Ю)	Отсутствие (5) 5(7)	5
Массовая доля серы, %, не более	0,1	0,1	0,1	0,1
Водорастворимые кислоты  и щелочи	Отсутствие
Механические примеси  и вода	Отсутствие
Цвет	-	Желтый	Оранжево-красный	-

 

В скобках указаны значения для этилированных бензинов.

В настоящее время в  стране действуют ТУ 38001165—97 на бензины  для автомобильного транспорта, которые  кроме указанных в табл. 1.5 включают неэтилированные бензины АИ-80, АИ-91 и АИ-96. Бензин АИ-91 предусмотрен вместо бензина АИ-93.

Снижение октанового числа  на две единицы дало возможность  из того же количества сырья получить бензина на 3—5 % больше.

На неэтилированные  бензины с января 1999 г. в России действует ГОСТ Р51105—97, который предусматривает четыре марки бензина: Normal-80, Regular-91, Premium-95 и Super-98. Первый из них заменит бензины А-76 и АИ-80 из-за ужесточения экологических требований: содержание тетраэтилсвинца не более 0,01 г на 1 л топлива, запрещено использование железосодержащих антидетонаторов; содержание марганца не более 0,5 г на 1 л топлива для бензина Normal-80 и 0,18 г для бензина Regular-91. Для сравнения: по старому ГОСТу для неэтилированных бензинов допускалось содержание тетраэтилсвинца от 0,013 до 0,017 г на 1 л бензина, железа — 0,37 г, марганца — 0,5 г.

Применение неэтилированных  бензинов является радикальной мерой по снижению токсичности отработавших газов и сохранению чистоты окружающей среды. Однако только этого способа недостаточно для того, чтобы добиться данной цели. Необходимо также использовать автомобили с исправными системами питания и зажигания двигателей, обеспечивая тем самым максимально возможную полноту сгорания топлива.

В табл. 1.6 показана взаимозаменяемость бензинов российского и зарубежного производства.

Таблица 1.6. Взаимозаменяемость бензинов

Отечественный бензин	Зарубежный бензин
Марка, ГОСТ (ТУ)	Марка	Спецификация	Страна
А-76, ГОСТ 2084-77	Обычный Туре 2	0N0 RMC113 JIS К 2202-80 CAN-2-3,5-79	Австрия Япония Канада
АИ-92, ТУ 38.001165-85	А-93 Normal Regular	БДС8638-82 DIN 51600, DIN 51607 ASTM D439-83	Болгария Германия США
АИ-95, ТУ 38.1011279-89	Premium Superbenzin	SNV 181162 BS 7070-85	Швейцария Великобритания
АИ-98, ГОСТ 2084-77	A-96 4 Star Super	БДС8638-82 SNV 181161/1 BS 4040-78	Болгария Швейцария  Великобритания

 

Отечественный бензин АИ-95 по качеству приближается к применяемому за рубежом бензину Premium с октановым числом 97—98. В странах Европейского экономического сообщества (ЕЭС) доля бензинов Premium составляет примерно 78 %, а бензинов Regular — 22 %. Так как отечественный бензин АИ-93 не соответствует ни бензину Premium, ни бензину Regular, то на экспорт поставляется бензин АИ-92.

Страны ЕЭС решением от 20.03.1985 г. утвердили единый неэтилированный  бензин Premium с октановым числом 95, установленным исследовательским методом. Октановое число бензинов Regular 91—92.

 

1.3. Автомобильные дизельные топлива

1.3.1. Требования к дизельному  топливу

Дизельные топлива (ДТ) предназначены  для дизелей и являются нефтяными фракциями, выкипающими при температуре от 200 до 350 °С. По химическому составу они представляют собой смесь нормальных алканов, изоалканов, циклоалканов и небольшого количества ароматических углеводородов.

ДТ должны отвечать следующим требованием:

• иметь определенные плотность, поверхностное натяжение, испаряемость и самовоспламеняемость;
• сохранять текучесть при низких температурах;
• быть химически и физически стабильными;
• обладать минимальным коррозионным воздействием;
• не содержать воды и механических примесей.

1.3.2. Свойства и показатели ДТ_Г влияющие на подачу

Вязкость

Если вязкость топлива  слишком высокая, то оно будет  с трудом проходить через фильтры, форсунки и т. д. Низкая вязкость

ДТ ухудшает смазывание плунжерной пары насоса высокого давления и уменьшает цикловую подачу топлива. Кроме того, от вязкости зависит  качество распыления.

Вязкость ДТ находится в пределах 2,5—4,0 мм²/с.

Низкотемпературные  свойства

Низкотемпературные свойства жидких углеводородных топ- лив зависят от группового и фракционного состава. Наихудшими низкотемпературными свойствами обладают парафины (ал- каны) и ароматические углеводороды, наилучшими — циклоал- каны. Углеводороды, входящие в состав ДТ, имеют высокую температуру кристаллизации, это, прежде всего, относится к нормальным алканам. При понижении температуры окружающей среды эти углеводороды видны невооруженным глазом как отдельные кристаллики.

Наивысшая температура, при которой топливо  теряет прозрачность, называется температурой помутнения. При этом топливо не теряет свойство текучести. Значение вязкости при повышении температуры увеличивается незначительно, однако кристаллы, проникая через фильтр грубой очистки, образуют непроницаемую для топлива пленку на фильтре тонкой очистки, что приводит к прекращению подачи топлива.

Следует учитывать, что  температура помутнения должна быть на 3—5 °С ниже температуры окружающей среды.

При дальнейшем охлаждении ДТ наступает сращивание отдельных кристаллов в каркас, который пронизывает все топливо, сковывая его. Топливо теряет текучесть.

Наивысшую температуру, при которой топливо  теряет текучесть, называют температурой застывания. Она должна быть на 8—12 °С ниже температуры окружающей среды.

Для улучшения низкотемпературных свойств дизельных топ- лив проводят их частичную депарафинизацию и добавляют специальные присадки (депрессоры).

Температуры застывания и  помутнения определяют в специальном приборе по ГОСТ 20287—91.

Температуру застывания можно понизить путем введения де- прессорной присадки (например, АзНИИ—ЦИАТИМ-1).

Физическая и  химическая стабильность

Под воздействием внешних  факторов в ДТ протекают физические и химические процессы, основными из которых являются испарение, загрязнение механическими примесями и водой, выпадение высокоплавких компонентов при охлаждении, окисление, разложение, конденсация.

При перекачке  топлива происходит испарение легких фракций, что приводит к ухудшению его пусковых свойств. При хранении, транспортировке, заправке топливо вступает в контакт с воздухом, который содержит влагу. Поэтому в ДТ вводят антикристаллизационные присадки. Окисление ДТ увеличивает содержание фактических смол. В зимних марках их должно быть не более 30 мг на 100 мл топлива, а в летних — не более 40 мг.

1.3.3. Свойства и  показатели ДТ, влияющие на смесеобразование

Испаряемость

Чем выше испаряемость топлива, тем качественнее проходит смешивание его с воздухом, а значит и его  сгорание. До конца может сгореть  только полностью испарившееся топливо. Если же топливо находится в капельно-жидком состоянии, то в процессе горения участвует только оболочка капель. Ядро же под воздействием высокой температуры превращается в сажу и выбрасывается с отработавшими газами, загрязняя окружающую среду.

Испаряемость ДТ зависит  также и от конструктивных особенностей дизеля. Форма камеры сгорания, конструкция и размер сопловых отверстий форсунок, а также давление и направление впрыска топлива — факторы, которые влияют на оптимальное перемешивание топлива с воздухом, а значит и испаряемость. Вязкость, плотность, фракционный состав, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение имеют такое же значение для испаряемости дизельного топлива, как и у бензинов.

Испаряемость ДТ оценивается  его фракционным составом, т. е. температурами t_l0, /₅₀, /₉₆, /_нр и /_кр. ГОСТ устанавливает лишь /₅₀ и t_%. В зависимости от марки ДТ /₅₀ колеблется от 255 до 280 °С; a t_% - от 330 до 360 °С.

При плохой испаряемости ДТ возникают затруднения при  пуске двигателя, ухудшается его  экономичность и увеличивается  дымность отработавших газов. Однако топливо с высокой испаряемостью имеет худшую самовоспламеняемость.

Плотность и поверхностное натяжение

На процесс смесеобразования значительное влияние оказывают плотность и поверхностное натяжение ДТ. Плотность ДТ 830—860 кг/и³. В дизеле повышение плотности топлива, например при понижении температуры, вызывает увеличение расхода топлива по массе при его объемном дозировании. Кроме того, это повышает максимальное давление в трубопроводах системы питания. В итоге увеличение плотности дизельного топлива приводит к некоторому обогащению рабочей смеси.

Плотность и поверхностное  натяжение наряду с вязкостью  оказывают влияние на качество распыления топлива. Чем более мелкую структуру  капель будет иметь распыляемый  факел топлива из форсунки, тем быстрее произойдёт переход его в парообразное состояние.

1.3.4. Свойства и  показатели ДТ, влияющие на самовоспламенение  и процесс сгорания

Воспламенение ДТ, как и любого другого вида топлива, зависит от температуры в очаге возгорания. Температура самовоспламенения ДТ определяется его химическим составом.

Цетановое число

Способность ДТ самовоспламеняться оценивают цетановым числом (ЦЧ). Метод оценки самовоспламеняемости топлив для быстроходных дизелей аналогичен методу оценки детонационной стойкости бензинов. В качестве эталонных топлив для определения самовоспламеняемости выбирают два углеводорода: це- тан С₁₆Н₃₄ и альфаметилнафталин С₁₀Н₇СН₃. Самовоспламеняемость первого углеводорода условно принята за 100, второго — за 0. Смешивая их можно получить смесь с самовоспламеняемостью от 0 до 100. Таким образом, цетановым числом называется условный показатель, численно равный процентному содержанию цетана в такой его смеси с альфаметилнафталином, которая по самовоспламеняемости соответствует испытуемому образцу.

Цетановое число ДТ определяют методом совпадения вспышек (рис. 1.8).

Для безотказной работы современных двигателей требуется  топливо с цетановым числом летом — не менее 45, зимой — 50. При цетановом числе ниже 45 дизели работают жестко, особенно зимой, а выше 45 — мягко. Однако использовать топлива с цетановым числом выше 60 нерентабельно, так как жесткость работы при этом изменяется незначительно, а удельный расход топлива возрастает. Последнее объясняется тем, что при повышении ЦЧ свыше 55 период задержки воспламенения (время с момента начала подачи топлива в цилиндр двигателя до начала горения) настолько мал, что топливо воспламеняется вблизи

Рис. 1.8. Установка ИТ9-3 для определения цетановых чисел ДТ: 1 — пульт управления; 2 — топливные бачки; 3 — подогреватель воздуха; 4 — зеркало для наблюдения за вспышками; 5 — механизм изменения степени сжатия; 6 — форсунка; 7 — одноцилиндровый двигатель; 8 — насос высокого давления

 

форсунки, и воздух, находящийся дальше от места впрыска, почти не участвует в процессе сгорания. В результате топливо сгорает  не полностью, снижается экономичность  двигателя.

ДТ не всегда обеспечивают необходимую самовоспламеняемость, поэтому возникает необходимость в повышении цетано- вого числа. Существуют два основных метода: изменение химического состава и введение специальных присадок.

Что касается надежности холодного  пуска двигателя при различных температурах окружающей среды, то он в большей степени зависит от конструкции двигателя и режима пуска, чем от ЦЧ топлива. При температуре в камере сгорания ниже 350—400 °С горючая смесь уже не будет в состоянии воспламеняться. Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала дизеля должна быть 100—120 мин"¹. И чем выше пусковая частота, тем выше температура сжимаемого воздуха, а значит и условия пуска двигателя.

Цетановое число зависит от содержания и строения углеводородов, входящих в состав ДТ. Цетановые числа алканов — самые высокие, самые низкие числа имеют ароматические углеводороды. Углеводороды, входящие в состав ДТ, по ЦЧ располагаются следующим образом: 1 — алканы, 2 — циклоалканы, 3 — изоалканы, 4 — ароматические углеводороды. Увеличение числа углеродных атомов в молекулах углеводородов приводит к увеличению цетанового числа.

Таким образом, повышение  содержания н-алканов приводит к увеличению ЦЧ. Однако н-алканы имеют высокую температуру кристаллизации, что приводит к ухудшению низкотемпературных свойств ДТ.

Введение в ДТ специальных  кислородсодержащих присадок способствует легкому выделению активного  кислорода. К таким присадкам  относятся органические перекиси, сложные  эфиры азотной кислоты, которые, попадая в камеру сгорания, ускоряют образование перекисей, от разложения которой ускоряется процесс самовоспламенения. Так, добавление 1 % изопропилнитра- та повышает ЦЧ на 10—12 единиц и улучшает пусковые свойства ДТ в зимнее время.