Продолжение. Начало в "АОН" №5'04.

Рассмотрим, какие параметры проверяются и указываются в паспорте и какое влияние они оказывают на двигатель.

Октановое число - важнейший показатель качества, характеризующий детонационную стойкость бензина, зависящий от строения углеводородов, фракционного состава, химической и физической стабильности, содержания серы и др.

Октановое число определяется на одноцилиндровых установках ИТ9-2М и УИТ-65 по моторному (ГОСТ 511-82) или на установках ИТ9-6 и УИТ-65 по исследовательскому (ГОСТ 8226-82) методам. Сущность определения сводится к сравнительному сжиганию испытуемого бензина, октановое число которого нужно найти, с искусственно приготовленным эталонным топливом, октановое число которого известно. Эталонное топливо составляют из двух индивидуальных углеводородов: изооктана с высокой и n-гептана с низкой детонационной стойкостью. Физические свойства этих углеводородов близки, но структурное строение молекул разное (см. рис. 1), чем и объясняется различная детонационная стойкость. По внешнему виду это прозрачные бесцветные жидкости, не содержащие непредельных углеводородов и осадка, имеющие низкие температуры кипения (около 99°С), плотность 692 и 683 кг/м3. Октановое число (по моторному методу): для изооктана C8H18 составляет 100 единиц, n-гептана С7Н16 - 0 единиц.

Установки ИТ9-2М, ИТ9-6 и УИТ-65 имеют однотипные двигатели, агрегаты и измерительную аппаратуру, но условия испытания разные.

Условия испытания бензина при определении октанового числа исследовательским методом более мягкие, а получаемое значение выше, чем по моторному методу. Эту разницу называют чувствительностью бензина. Она зависит от его химического состава. Чем меньше разница для бензина одной марки, тем лучше его эксплуатационные свойства.

Испытание ведут следующим образом. Одноцилиндровый двигатель установки заправляют испытуемым бензином. В процессе работы степень сжатия постепенно повышают до появления детонации. Ее интенсивность регистрируют детонометром. Фиксируется степень сжатия, при которой возникает детонация. После этого двигатель заправляют эталонным топливом и подбирают такую смесь изооктана и n-гептана, при которой интенсивность детонации будет такой же, как и на исследуемом бензине. Октановым числом называют процентное содержание (по объему) изооктана в эталонной смеси, состоящей из изооктана и n-гептана, по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому бензину.

Предположим, испытуемый бензин по своей детонационной стойкости, определенной на двигателе ИТ9-2М, оказался таким же, как эталонная смесь, состоящая из 78% изооктана и 22% гептана. Тогда октановое число данного бензина равно 78.

Октановые числа по моторному и исследовательскому методу маркируются по-разному - ОЧМ и ОЧИ (MON и RON). Для оценки разных сортов товарного бензина обычно выбирается какой-то один индекс. Так, по ГОСТу в марке бензина указывается октановое число, определенное по исследовательскому методу.

Моторный и исследовательский методы предусматривают определение детонационной стойкости бензина на постоянных режимах работы одноцилиндрового двигателя. Однако для обеспечения высоких динамических показателей и надежной работы современных многоцилиндровых двигателей важное значение имеет бездетонационная работа и на переменных режимах. При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя испаряющиеся фракции топлива поступают в камеру сгорания раньше тяжелых углеводородов, которые в это время движутся в виде пленки по стенке впускного коллектора. Многоцилиндровому двигателю свойственна неравномерность распределения топлива по цилиндрам как по качеству смеси, так и по фракционному составу. Детонационную стойкость бензина на различных режимах работы можно оценить дорожным октановым числом, определяемым методом дорожных детонационных испытаний автомобиля М-2140 в условиях, имитирующих езду в городских условиях по ГОСТ 10373-?75. Величина дорожного октанового числа хорошо согласуется со значением антидетонационной стойкости легких фракций и наиболее точно характеризует свойства современных высокооктановых бензинов.

По этой причине основным фактором, определяющим детонационную стойкость бензина, является коэффициент распределения детонационной стойкости по фракциям (отношение ОЧ низкокипящей фракции до 100°С, к ОЧ высококипящей фракции выше 100°С) и октановое число легких фракций, перегоняющихся до 100°С. Распределение ОЧ по фракциям зависит от компонентного состава бензина.

Введение жестких требований к экологичности двигателей потребовало отказаться от использования бензинов, содержащих свинец. На это были три причины:

- токсичность;

- снижение надежности двигателя;

- разрушение дорогостоящих активных элементов каталитических нейтрализаторов.

Содержание марганца допустимо только для бензина "Нормаль-80" в ограниченных количествах, т. к. снижается ресурс двигателя.

Интенсивность смоло- и нагарообразования зависит от качества используемого топлива и моторного масла. Чем тяжелее фракционный состав бензина, выше его плотность, больше содержание непредельных и ароматических углеводородов, тем выше склонность к смолообразованию. Основной показатель качества, характеризующий склонность бензина к образованию отложений в двигателях, - содержание в нем смолистых веществ.

Смолы - это темно-коричневые жидкие или полужидкие вещества с плотностью около 1000 кг/м3, молекулярной массой 350...900, обладают сильной красящей способностью, легко растворимы во всех нефтепродуктах и органических растворителях (кроме ацетона и спирта). Смолистые и смолообразующие вещества всегда содержатся в бензине. Их количество зависит от технологии получения, способа очистки, длительности и условий хранения топлива.

Содержащиеся в бензине тяжелые молекулы углеводородов, входящие в состав смол, не могут испариться, они накапливаются на горячих стенках трубопроводов, забивают жиклеры. Значительное накопление смолистых веществ приводит к уменьшению проходных сечений различных участков топливоподающей аппаратуры, всасывающего коллектора. Все это снижает мощность и ухудшает экономичность двигателя.

В зоне высокой температуры (клапаны, днище поршня, камера сгорания, канавки поршневых колец) смолистые отложения постепенно уплотняются, частично выгорают, образуют хрупкие и твердые нагары, которые в основном состоят из углерода. При большом накоплении нагаров в двигателе повышается износ, ухудшается процесс сгорания, увеличивается расход топлива.

Стандартом нормируют количество фактических смол, т. е. соединений, ко-торые находятся в бензине в момент определения. Сущность определения (ГОСТ 1567?83) заключается в испарении горячим воздухом 25 мл топлива при температуре 150°С. Остаток после испарения в миллиграммах на 100 мл топлива показывает количество фактических смол. Для бензинов различных марок их содержание не должно превышать 5 мг/100 мл.

Кроме фактических смол в бензине содержатся смолообразующие вещества. Это различные нестойкие соединения, например непредельные углеводороды, которые с течением времени от повышенных температуры, количества кислорода в воздухе и от других факторов окисляются, полимеризуются, конденсируются и переходят в смолы. Смолообразующие соединения называют потенциальными смолами. Их количество зависит от химического состава сырья, способов его переработки и качества очистки. Недостаточной стабильностью обладают бензины, в состав которых входит большое количество продуктов крекинга с высоким содержанием непредельных углеводородов. Чем хуже условия транспортирования и хранения бензина, тем больше образуется смол. При увеличении содержания смол и смолообразующих веществ ухудшается полнота сгорания бензина, снижается его детонационная стойкость. Накапливающиеся вместе со смолами кислоты повышают коррозийность топлива.

Стабильность бензина оценивают индукционным периодом, который характеризует способность бензина сохранять неизменным свой состав при правильных условиях транспортирования, хранения и применения. Определяют этот показатель (ГОСТ 4039?87) в лабораторной установке при искусственном окислении бензина (температура 100°С, в атмосфере чистого кислорода при давлении 0,7 МПа). При окислении давление кислорода, который тратится на образование смол и кислот, резко снижается. Индукционным периодом называют время в минутах от начала искусственного окисления бензина до активного поглощения им кислорода.

После того как время окисления превысит индукционный период, начинается значительное накопление смол и других продуктов окисления, эксплуатационные свойства бензина недопустимо ухудшаются. Основное влияние на накопление смол оказывают условия хранения. В автомобильном бензине с начальным содержанием смол 7,5 мг/100 мл после месяца хранения при температуре 15°С образовалось 14 мг смол на 100 мл, а при 40°С - 558 мг/100 мл. Десять месяцев хранения того же бензина при температуре 15°С в темноте дало 54 мг смол на 100 мл, а на свету - 76 мг/100 мл. Кроме того, существенное значение имеет степень заполнения емкости. Так, у автомобильного бензина, хранившегося 6 месяцев в полной (заполнение 93%) бочке, содержание фактических смол возросло в 4 раза, а при заполнении 50% - в 12 раз. Наличие в емкостях старых продуктов окисления, воды, механических примесей, окалины интенсифицирует процессы окисления и накопления смол.

Общее содержание серы характеризует суммарное количество всех сернистых соединений в топливе, которые при сгорании образуют кислородные соединения серы, вызывающие коррозию и способствующие процессам образования отложений и износу двигателя.

Экспериментальными работами установлено, что при увеличении серы с 0,05 до 0,10% износ деталей двигателя возрастает в 1,5-2 раза, а при повышении количества серы до 0,20% - еще вдвое.

Основная масса сернистых соединений, содержащихся в нефти, при получении топлива перегоняется с углеводородами, выкипающими при температуре выше 200°С. Поэтому общее количество серы в бензине редко превышает 0,05%.

Чистый бензол (С6Н6) обладает высоким октановым числом, превышающим 100 единиц. Это бесцветная жидкость с ха-рактерным запахом, кипящая при 80°С. Причины ограничения применения бензола:

- высокая температура замерзания (кристаллизации);

- плохая летучесть при низких температурах;

- высокая гигроскопичность;

- пониженная теплотворность;

- высокое содержание смол.

Испытание на медной пластине

Испытание на медной пластине является универсальным способом оценки коррозионной активности моторных топлив, зависящей от общего содержания активных соединений серы.

Проверка коррозионных свойств бензина сводится к следующему (ГОСТ 6321?69): отполированную пластинку из чистой электролитической меди погружают в испытуемое топливо и выдерживают три часа при 50°С или сутки при комнатной температуре. Бензин не соответствует требованиям, если после испытания пластинка покрывается черными пятнами или темно-серым налетом. Коррозия резервуаров, цистерн, топливных баков, трубопроводов, деталей топливоподающей аппаратуры происходит при наличии в топливе коррозионно-агрессивных соединений, таких как водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи, активные сернистые соединения, вода, низкомолекулярные органические кислоты.

По стандарту в бензине не допускается наличие взвешенных и осевших на дно посторонних примесей, в том числе и воды.

Посторонние примеси, попадающие в бензин при транспортировке, хранении, приемоотпускных операциях, вместе со смолистыми и нагарообразующими веществами увеличивают интенсивность накопления высокотемпературных отложений. Кроме того, абразивные частицы повышают скорость изнашивания деталей двигателя.

Количество воды, находящейся в свободном состоянии, зависит от условий транспортировки, хранения и может быть значительным. Вода теоретически (если она во взвешенном состоянии) улучшает процесс сгорания и повышает детонационную стойкость бензина, а практически вызывает сильную коррозию всех элементов топливной системы. Вода вызывает перебои в работе двигателя, а в зимнее время может вызвать остановку двигателя из-за обледенения карбюратора и/или замерзания в магистралях топливной системы.

Цвет бензина служит первичным признаком определения качества. Бензин либо бесцветен, либо имеет бледно-желтый цвет.

Плотность при температуре 20°С должна находиться в заданном диапазоне. Превышение параметра на работе двигателя не сказывается и важно только при транспортировке и определении стоимости, так как оптом бензин продается по весу, а в розницу - по объему, но плотность может служить критерием определения качества.

Давление насыщенных паров (ДНП), или упругость паров, - это давление, которое оказывают пары на стенки сосуда при испарении топлива в замкнутом пространстве. Оно характеризует испаряемость бензиновых фракций и пусковые качества топлива. ДНП зависит от химического и фракционного составов топлива. Как правило, чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше упругость паров. ДНП возрастает также при повышении температуры.

Определяют давление паров (ГОСТ 1756-83), выдерживая испытуемый бензин 20 мин в герметичном резервуаре при 38°С. По прошествии данного времени по манометру фиксируют давление паров бензина.

Использование бензина с высокой упругостью паров приводит к повышенному образованию паровых пробок в системе питания, снижению наполнения цилиндров, падению мощности. В летних сортах бензинов ДНП не должно быть больше 80 кПа. Зимние сорта бензинов для облегчения пуска двигателя в холодное время года имеют большее давление - 80-100 кПа.

Кроме того, ДНП характеризует физическую стабильность бензина.

Бензин, который поступает в систему питания карбюраторного двигателя, должен образовывать топливо-воздушную смесь определенного состава, обеспечивающую полноту сгорания на всех режимах работы двигателя. Горючая смесь должна иметь определенные соотношения паров бензина и воздуха. Качество горючей смеси зависит от карбюрационных свойств бензина: испаряемости, скрытой теплоты парообразования, упругости паров, плотности, вязкости и поверхностного натяжения. Основное влияние на качество смеси оказывает испаряемость.

Испаряемость - это способность топлива переходить из жидкого состояния в парообразное. Испарение может быть статическим, когда нефтепродукт испаряется с неподвижной поверхности в неподвижный воздух, и динамическим - при движении продукта и воздуха. На интенсивность испарения оказывают влияние многие факторы: температура окружающей атмосферы и нефтепродукта, давление насыщенных паров, теплопроводность, теплоемкость, величина поверхности и др. Образование горючей смеси в двигателях осуществляется при динамическом испарении, когда основное влияние оказывают скорость движения сред и степень распыления бензина.

Испаряемость бензинов оценивают фракционным составом. Поскольку бензин, как и другие нефтепродукты, не является индивидуальным соединением, а смесью углеводородов, он не имеет фиксированной температуры кипения, а испаряется в интервале температуры 35...200°С.

Сущность определения фракционного состава (ГОСТ 2177-82) сводится к следующему. Бензин в количестве 100 мл нагревают в специальном приборе, образующиеся пары охлаждают, они конденсируются, превращаются в жидкость, которую собирают в мерный цилиндр. Во время перегонки регистрируют температуру начала кипения (падения первой капли в цилиндр), а затем выкипания 10, 50, 90% и конца кипения (ТНК, Т10%, Т50%, Т90%, ТКК). Эти данные приводят в стандартах и паспортах качества.

Легкие фракции бензина (по кривой от начала кипения до выкипания 10%) характеризуют пусковые свойства топлива: чем ниже температура выкипания 10% топлива, тем лучше пусковые свойства. Для пуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10% бензина выкипало при температуре не выше 55°С (зимний сорт) и 70°С (летний). Зная температуру выкипания 10% бензина, можно оценить минимальную температуру воздуха, при которой пуск легкий (ТЛП), пуск возможен (ТВП) и пуск невозможен (ТНП):

ТЛП = Т10% /1,25 - 59;

ТВП = Т10% /2 - 50,5;

ТПН = Т10% /2-50,5 + (ТНК - 50)/3.

Для примера имеем:

летний бензин ТНК = 40°С, Т10% = 70°С;

зимний бензин ТНК = 35°С, Т10% = 55°С.

Тогда получим:

летний бензин: Тлп = -3°С, Твп = -15,5°С, Тнп = -18,8°С;

зимний бензин: Тлп = -15°С, Твп = -23°С, Тнп = -28°С.

Полученные цифры нельзя воспринимать как незыблемый критерий возможности пуска. Формулы эмпирические, и результаты могут варьироваться как в одну, так и в другую сторону в зависимости от состояния двигателя в целом и аккумуляторной батареи с карбюратором в частности.

При температуре окружающего воздуха ниже -25...30°С для пуска холодного двигателя необходим предварительный подогрев.

Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя, в дальнейшем они начинают интенсивно испаряться в топливном баке, бензопроводах. Вместе с жидкостью через жиклер карбюратора поступает пар, снижается коэффициент наполнения цилиндров, падает мощность, двигатель перегревается. В топливоподающей системе образуются паровые пробки, возникают перебои в работе, двигатель глохнет. Особенно это часто наблюдается при использовании зимних сортов бензина летом. В связи с этим количество легкокипящих углеводородов в бензине ограничивают; температура начала кипения для всех сортов бензина должна быть не ниже 35°С. Конструктивным мероприятием для предотвращения образования паровых пробок является обратная магистраль с жиклером в топливной системе летательного аппарата с закапотированной силовой установкой (от карбюраторов в топливный бак).

Основную часть топлива называют рабочей фракцией (по кривой разгонке от 10 до 90%). От испаряемости рабочей фракции 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). По стандарту рабочую фракцию нормируют 50%-ной точкой. С понижением температуры окружающего воздуха требуются бензины с более низкой температурой перегонки 50%-ного бензина: для летнего не выше 115°С, для зимнего не выше 100°С. Чем она ниже, тем однороднее состав топлива и горючей смеси по отдельным цилиндрам, устойчивее работает двигатель, лучше приемистость.

Температура перегонки концевых фракций (от 90% до конца кипения) влияет на полноту испарения топлива, полноту сгорания, на токсичность выхлопа, а также на экономичность и износ двигателя. Концевые фракции поступают в цилиндр, не испарившись, они не участвуют в сгорании, и экономичность двигателя ухудшается. Тяжелые фракции бензина, осевшие на стенках цилиндра, смывают смазочную пленку, разжижают масло и увеличивают износ. Несгоревшее топливо откладывается также на поверхностях камеры сгорания и поршней в виде нагара, который инициирует детонационное сгорание и калильное зажигание. Чем меньше интервал температуры от 90% до конца кипения, тем выше качество топлива.

Объем остатка в колбе (количество неиспарившегося при перегонке бензина) характеризует наличие в бензине тяжелых, трудноиспаряемых углеводородов и примесей, которые оказывают вредное влияние на работу двигателя. Как правило, эти остатки, попадая в двигатель, полностью не сгорают и увеличивают удельный расход топлива и рабочие износы двигателя.

Зимние виды бензина имеют более легкий, чем летние, фракционный состав, что необходимо для облегчения пуска двигателей в холодное время года.

В целом фракционный состав определяет легкость и надежность пуска двигателя, возможность образования паровых пробок, полноту сгорания и экономичность, длительность прогрева, приемистость, интенсивность износа деталей двигателя.

ИПП характеризует склонность бензина к образованию паровых пробок в системе подачи топлива.

ИПП = 10хДНП + 7хV70,

где ИПП - индекс паровой пробки;

ДНП - давление насыщенных паров;

V70 - объем бензина, выкипающего до 70°С.

Все бензины, выпускаемые по техническим условиям, должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 51313-99 "Бензины автомобильные. Общие технические требования", который введен в действие с 1 июля 2000 г., что проверяется при их сертификации, которая является обязательной.

Как это ни печально, но не весь бензин, предлагаемый к продаже, произведен непосредственно на заводах. Часть его в лучшем случае "модифицируют" небольшие фирмы, имеющие лицензию. Куда хуже, если топливо "улучшают" прямо на АЗС с нарушением технологии. Недобросовестные "производители" для получения сверхприбыли идут на нарушение технологии производства. В основном это заключается в изготовлении суррогатных бензинов из низкооктановых компонентов путем добавления разрешенных антидетонационных присадок в концентрациях, превышающих допустимые нормы, или неразрешенных антидетонационных присадок. Использование такого топлива в большинстве случаев приводит к нарушению нормальной работы двигателя и даже выходу его из строя.

1. Не существует экспресс-методов выявления фальсифицированного бензина. Более того, грамотно фальсифицированный бензин непросто выявить и в лабораторных условиях.

2. При изготовлении фальсифи-ци-рованного бензина основной упор делают на октановое число. Над рецептурами работают специалисты, имеющие все необходимое оборудование. И моторная установка для определения октанового числа, а уж тем более октанометр подтверждают их высокую квалификацию. А в эксплуатации та-кой бензин легко выводит из строя двигатель.

3. Запах, цвет и плотность бензина могут быть использованы как первичные признаки качества. Наиболее популярно перенасыщение бензина ферроценом, что дает желтый цвет. Бензин не должен иметь запах ацетона, растворителя, нафталина. А вот сладковатый запах эфира и побелевшие руки после бензина свидетельствуют о присутствии МТБЭ, что редко встречается для фальсифицированных бензинов.

4. При лабораторных проверках качества бензина особое внимание обратите на определение октанового числа по моторному методу, т. к. оно характеризует детонационную стойкость бензина при высоких нагрузках, что соответствует режимам работы поршневых авиадвигателей.

5. Определение октанового числа лег-ких фракций позволяет определить качество базового бензина, использованного при производстве.

6. Покупайте бензин на проверенных бензоколонках, имеющих положительные отзывы и приличный внешний вид.

7. Нелишне посмотреть на паспорт бензина. Лучше, если он соответствует ГОСТу, а не ТУ.

8. Залейте бензин в автомобиль, и если он "зазвенел", задымил или потерял мощность, динамику, то... не надо им заправлять ЛА.

9. Не храните бензин, тем более в смеси с маслом.

10. Перед заправкой топливо необходимо отстаивать и фильтровать.

11. Контролируйте температуру выхлопных газов.

Литература:

1. ГОСТ Р 51105-97. Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия.

2. ГОСТ Р 51313-99. Бензины автомобильные. Общие технические требования.

3. А.С. Сафонов, А.И. Ушаков, И.В. Чеч-кенев. Автомобильные топлива. СПб 2002.

4. Н.И. Итинская, Н.А. Кузнецов. Топливо, масла и технические жидкости. М. 1989.

5. А. Агатов. Легкие топлива и их смеси для спортивных двигателей. М. 1962.

6. А.М. Данилов. Применение присадок в топливах для автомобилей. М. 2000.

7. Современная АЗС. № 1, 2003.

8. Интернет-ресурсы.