Требования к бензинам

Требования к бензинам

Введение

Автомобильный транспорт в настоящее время занимает одну из важнейших позиций транспортных систем большинства государств мира. В России на его долю приходится около 55 % общего объема перевозок грузов и около 50 % - пассажирских перевозок [6].

Для привода в движение автомобилей и другой техники используют в основном двигатели внутреннего сгорания различных типов.

Для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры) предназначены бензины.

Бензин - легкое топливо, представляющее собой светлую, быстро испаряющуюся на воздухе и хорошо воспламеняющуюся жидкость, которую применяют для бензиновых двигателей. С химической точки зрения бензин является смесью легких углеводородов, получаемых из нефти и нефтепродуктов. Состав бензина - это молекулы с длиной от C 5 до C 10. Но различные виды бензина различаются по составу и по свойствам. При этом, бензины должны удовлетворять ряд требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и требованиям эксплуатации.

Современный механик должен знать технологии получения топлив, их физико-химические, эксплуатационные и экологические свойства, требования к ним, передовой опыт, нормативные документы, классификацию, способы экономии, технику безопасности. Должен уметь определять виды эксплуатационного материала, его качество, взрывоопасность, подбирать к конкретным условиям эксплуатации, сопоставлять отечественную и зарубежную маркировку, определять расход топлива при работе двигателя и т.д.

Цель данной работы: раскрыть основные показатели и требования к бензинам.

Работа состоит из введения, основной части, заключения и списка использованной литературы.

. Требования к бензинам

Бензин получают путем перегонки и каталитической переработки сырой нефти. Бензин - это смесь углеводородов, бесцветная жидкость, имеющая предел кипения 33-205 со. Плотность этой жидкости 700-780 кг/м3, замерзает бензин при температуре - 60 °С и ниже. Температура вспышки составляет меньше 0 °С. При концентрировании паров бензина плотностью 74-123 г/м3 в закрытом пространстве образуется взрывчатая смесь [5].

Наиболее распространенные на сегодняшний день бензины - это автомобильные (А) и авиационные (Б). Требования, предъявляемые к качеству бензина, изложены в ГОСТах 2084-77, ГОСТ Р 51105-97 и ГОСТ Р 51866-2002.

С 1 июля 2003 отменен ГОСТ 2084-77, благодаря чему ГОСТ Р 51105-97 стал обязательным. Это изменение повысило требования к качеству топлива, сократило номенклатуру выпускаемых бензинов и запретило выпуск этилированных бензинов на территории всей страны.

Основные свойства бензинов, обеспечивающих нормальную эксплуатацию двигателей: полная испаряемость, высокая детонационная стойкость, высокая химическая стабильность, хорошая совместимость с материалами, хорошая прокачиваемость и низкотемпературные свойства [7].

) Испаряемость характеризует способность бензина обеспечивать легкий пуск, полноту испарения и сгорания топлива. В условиях хранения и транспортирования испарение должно быть минимальным. 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 автомобиля двигателя, а также износ цилиндропоршневой группы и расход топлива. Оценивается по фракционному составу и давлению насыщенных паров бензина.

) Детонационная стойкость характеризует способность бензина нормально сгорать в цилиндрах двигателя без возникновения детонации. При горении бензина должно выделяться максимальное количество тепла, продукты сгорания должны иметь малую молекулярную массу, небольшие теплоёмкость и теплопроводность, высокое значение произведения удельной газовой постоянной на температуру горения. Показателем, характеризующим антидетонационные свойства бензина, является его октановое число, определяемым по моторному и исследовательскому методам.

) Минимальная коррозионная активность. Топлива не должны содержать компоненты, которые разрушают конструкционные материалы двигателя, средства хранения и транспортирования. Оценивается содержанием в бензине фактических смол и нестабильных продуктов вторичной переработки нефти (непредельных углеводородов).

) Высокая стабильность в условиях хранения и применения. Топлива в течение длительного времени не должны изменять физико-химические и эксплуатационные свойства.

) Физическая стабильность бензина характеризуется содержанием легких фракций, улетучивающихся при хранении.

) Хорошая прокачиваемость. Бензины должны надёжно прокачиваться по топливной системе машин, трубопроводам, насосам, системам регулирования и другим агрегатам и коммуникациям, при любых условиях окружающей среды - низкой и высокой температурах, различных давлениях, запылённости и влажности. Прокачиваемость бензина характеризуется основными показателями качества: наличие механических примесей, воды не допускается, так как может вызвать засорение, а в зимнее время года и замерзание топливной системы.

) Нетоксичность. Продукты сгорания также должны быть нетоксичными и выделять как можно меньше вредных веществ.

Климатические условия на территории России таковы, что повсеместное применение бензинов с одинаковой испаряемостью нецелесообразно и практически невозможно. Поэтому автомобильные бензины в зависимости от испаряемости подразделяются на летние и зимние (в зимних бензинах содержится большее количество низкокипящих углеводородов), а также бензины могут быть всесезонными.

По ГОСТ Р 51105-97 каждая марка бензина делится по испаряемости на пять классов в зависимости от климатического района страны [3]:

для района I с 1 апреля по 1 октября;

для районов II и III с 1 апреля по 1 октября;

для районов IV и V с 1 апреля по 1 октября и для района I с 1 октября по 1 апреля;

для районов II и III с 1 октября по 1 апреля;

для районов IV и V с 1 октября по 1 апреля.

Условно принятый район I характеризуется теплым климатом с мягкой зимой, в России это побережье Черного моря, Северный Кавказ, Калмыкия и т.д. Район II характеризуется умеренно-холодным климатом (базовый расчет на Западную Сибирь). Район III характеризуется умеренным климатом (это центральные области страны). Район IV - с очень холодным климатом (Якутск, Оймякон и другие). Район V - с холодным климатом (например, Салехард). В южных районах допускается применять летний бензин в течение всех сезонов.

Таким образом, требования к бензинам следующие:

) Топливо должно создавать однородную топливно-воздушную смесь необходимого состава при любых температурных условиях. Хорошо испаряться, иметь хорошие пусковые свойства, обеспечивать быстрый прогрев двигателя, не оказывать влияние на износ цилиндров, не образовывать отложений.

) Топливно-воздушная смесь должна сгорать с возможно большей теплотой за отведенное время, то есть иметь высокую теплоту сгорания, сгорать с нормальной скоростью без возникновения детонации, сгорать полностью, образовывать минимальное количество токсичных продуктов горения, не образовывать нагара, не образовывать коррозионно-агрессивных продуктов сгорания.

) Топливо должно хорошо транспортироваться, храниться и подаваться в систему питания двигателя в любых климатических условиях, то есть не окисляться при хранении, иметь низкую температуру застывания и помутнения, не содержать механических примесей, воды, не образовывать паровых пробок, не образовывать отложений.

. Основные показатели бензина

Для обеспечения нормальной работы двигателя на различных режимах автомобильные бензины должны обладать физико-химическими и эксплуатационными свойствами в пределах установленных норм (табл. 1).

Физико-химические свойства топлива должны обеспечивать [5]:

. Возможность бесперебойной подачи топлива из топливного бака к карбюратору, форсункам или газовому смесителю.

. Образование гомогенной горючей смеси, т. е. полное его испарение.

. Нормальное сгорание без самовоспламенения и детонации.

. Минимальное коррозионное действие на детали двигателя.

. Минимальное отложение нагара в камере сгорания и смолистых отложений на деталях системы питания.

. Химическую стабильность при длительном хранении и транспортировке.

. Невысокую токсичность до сгорания и минимальное образование продуктов высокой токсичности после сгорания.

Таблица 1 - Физико-химические и эксплуатационные показатели автомобильных бензинов [3]

Эксплуатационные характеристики бензинов должны обеспечить нормальную работу двигателей в различных режимах. Основным эксплуатационным свойством бензинов является детонационная стойкость.

Детонационная стойкость - свойство бензина, определяющее возможную степень сжатия двигателя. Детонацией называется особый (очень быстрый - взрывной) процесс сгорания топлива в двигателе с образованием в камере сгорания ударных волн. Детонация появляется в тех случаях, когда после воспламенения топливно-воздушной смеси сгорает только часть топлива. Остаток (до 20%) топливного заряда мгновенно самовоспламеняется 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. При этом детонационное сгорание топлива сопровождается значительным повышением давления в зоне детонации и нарастает скачками. Резкий перепад давления и приводит к образованию детонационной волны, которая ударяется о стенки цилиндра [8].

Внешние характерные признаки детонации - характерный металлический стук, вызываемый многократным отражением детонационных волн от стенок цилиндра и вибрация, неровная работа двигателя; появление в выхлопных газах клубов черного дыма, резкое повышение температуры стенок цилиндра, закипания жидкости в системе охлаждения из-за усиленной теплоотдачи стенкам камер сгорания и цилиндров. Длительная работа двигателя при детонационном сгорании приводит к повышению удельного расхода топлива, уменьшению мощности и перегреву двигателя, прогару поршней и выхлопных клапанов, к повышенному износу деталей двигателя, в конечном счете может привести к образованию крупных дефектов в виде трещин и деформации деталей или даже их разрушения и выходя двигателя из строя.

Систематическая детонация при работе двигателя с правильно установленным зажиганием свидетельствует о недостаточно высоких анти-детонационных свойствах используемого топлива. Показателем, характеризующим антидетонационные свойства бензина, является его октановое число - условный показатель, характеризующий стойкость бензинов к детонации и численно соответствующий детонационной стойкости модельной смеси изооктана и н-гептана, которая по детонационной стойкости эквивалентна топливу, испытуемому в стандартных условиях.

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. Октановое число изооктана принято за 100 пунктов, а н-гептана - за 0. 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.

Существуют следующие методы повышения детонационной стойкости (октанового числа) бензинов: воздействие на их химический состав; добавление в базовые бензины до 40 % высокооктановых компонентов, синтезированных из газообразных углеводородов; введение небольшого количества специальных присадок - антидетонаторов, увеличивающих содержание ароматических и изопарафиновых углеводородов [7].

Воздействие на химический состав возможно в результате применения современных технологий получения топлив - каталитического крекинга и риформинга. В качестве высокооктанового компонента бензинов применяется метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). Введение МТБЭ в бензин в количестве 11% позволяет получить неэтилированный бензин АИ-93 с вовлечением в него до 15...20 % низкооктановых компонентов. Антидетонационные присадки, способные при концентрации в бензине сотых долей процента повысить его октановое число на 8 и более единиц. Наиболее сильным из применяемых антидетонаторов является - тетраэтилсвинец (ТЭС), добавляемая к бензину в небольших количествах. Бензин с добавками этиловой жидкости называют этилированным. Введение ТЭС в количестве 0,3 % повышает октановое число бензина на 15...20 единиц, что в 600 раз больше, чем при добавлении такого же количества высокооктанового углеводорода бензола. Так как при сгорании ТЭС до 10 % окислов свинца оседает на деталях камеры сгорания, что может нарушить работу свечей зажигания, вместе с ним в бензин вводят выносители - бромистые органические соединения, образующие летучий бромистый свиней РЬВг2, который на 97% удаляется из двигателя. Смесь ТЭС с выносителем называется этиловой жидкостью. Этилированный бензин ядовит, поэтому в него добавляют красящее вещество для отличия от обычного бензина.

С 2003 года производство этилированного бензина в России запрещено.

В качестве заменителя ТЭС предложено и применяется за рубежом органическое соединение на основе марганца - ЦТМ. По своим антидетонационным свойствам ЦТМ не уступает ТЭС, но по токсичности оно не опаснее обычных неэтилированных бензинов. Недостатком его является интенсивное образование окиси марганца на электродах свечей, приводящее к замыканию искрового промежутка и, следовательно, к остановке двигателя.

Одним из средств повышения октанового числа топлива является добавление в него до 2 % ароматических аминов. Например, высокоэффективной добавкой к бензину является экстралин, представляющий собой смесь производных ароматических соединений, хорошо смешивается с бензином. Смеси, содержащие до 4 % экстралина, при хранении не расслаиваются, не замерзают до - 60 °С и имеют значительно повышенное октановое число

В настоящее время в производство автомобильных бензинов все более энергично стали внедряться эффективные и экологически безопасные антидетонационные присадки на основе ферроцена.

. Влияние качества бензина на работу двигателя

Отклонения показателей качества бензина приводят к серьезным нарушениям в работе двигателя. Влияние применения некачественных топлив на долговечность машин отражено в табл. 1 [10].

Таблица 2 - Нарушения в работе двигателя при применении бензинов, имеющих отклонения от нормы

Из данных табл. 2 следует, что применение некондиционного бензина приводит к преждевременному выходу из строя цилиндропоршневой группы, топливной системы, а также других деталей двигателя и к повышению токсичности отработавших газов.

Применение некачественного бензина приводит к образованию паровых пробок, потере мощностных характеристик, перегреву двигателя, увеличению расхода горючего, а также к повышению нагара и смолистых отложений на деталях двигателя. При использовании бензина с высокой температурой конца кипения часть его поступает в цилиндры в капельножидком состоянии. Неиспарившаяся часть бензина по стенкам цилиндропоршневой группы стекает в масляный картер, разжижая моторное масло. При этом смазочные свойства масел резко ухудшаются, повышая износ деталей двигателя [6].

Появление детонации ухудшает работу двигателя и снижает топливную экономичность. Усиление детонации может серьезно повредить двигатель. При этом, слишком высокая концентрация ароматических углеводородов, добавляемых в топливо с целью повышения октанового числа приводит к отложению сажи на впускных клапанах, следствием чего является ухудшение топливной экономичности, снижение мощности и повышение содержания вредных компонентов в отработавших газах.

Таким образом, техническое состояние автомобилей тесно связано с применением качественных топлив, соответствующим определенным нормативным документам. Применение бензинов, имеющих отклонения от их требований, ухудшает техническое состояние двигателя и приводит к повышенному выбросу токсичных веществ. Ужесточение в последние годы экологических требований к качеству нефтяных топлив ограничило содержание в бензинах ароматических углеводородов и сернистых соединений.

. Марки бензинов, применение, характеристика. Как читается маркировка

В зависимости от октанового числа автомобильные бензины подразделяют на следующие марки: А-72, А-76, А-80, АИ-91, АИ-93, АИ-92, АИ-95, АИ-96, АИ-98. Производятся они по разным ГОСТам и ТУ. Для первых трех - цифры указывают октановые числа, определяемые по моторному методу, для остальных - по исследовательскому. Бензин А-72 практически не вырабатывается ввиду отсутствия техники, эксплуатируемой на нем. Бензин АИ-80 потребляют в основном грузовые автомобили и старые отечественные авто.

В соответствии с ГОСТ Р 54283-2010 «Топлива моторные. Единое обозначение автомобильных бензинов и дизельных топлив, находящихся в обращении на территории Российской Федерации» [4], автомобильные бензины маркируются тремя группами знаков, разделёнными дефисом, при этом:

«АИ» - обозначает автомобильные бензины, с определением октанового числа по исследовательскому методу;

(80, 92, 95 и 98) - цифровое обозначение октанового числа автомобильного бензина, определенного исследовательским методом;

число 2, 3, 4 или 5 - класс автомобильного бензина в соответствии с техническим регламентом; число совпадает с номером экологического стандарта серии «Евро», которому соответствует бензин (2 для Евро-2, 3 для Евро-3 и т.д.).

Так, «АИ-92-4» расшифровывается как - бензин автомобильный с октановым числом 92, измеренным исследовательским методом, соответствующий 4 экологическому классу (стандарту Евро-4).

С 2003 года в России (с введением ГОСТ Р 51105-97) официально прекращено производство этилированного бензина, и все бензины считаются неэтилированными [1], и данный факт в маркировке никак не отображается.

В настоящее время в России вырабатываются следующие основные марки автомобильных бензинов: АИ-80 (А-76), АИ-92, АИ-95 и АИ-98.

В обращении на территории России находятся неэтилированные автомобильные бензины следующих классов и соответствующих классам марок, соответствующие техническому регламенту Таможенного союза [2], выпускаемые по следующим ГОСТам:

а) по ГОСТ Р 51105-97:

неэтилированный бензин АИ - 80 классов К3, К4 и К5 (Нормаль-80 - с октановым числом по исследовательскому методу не менее 80);

неэтилированный бензин АИ - 92 классов К3, К4 и К5 (Регуляр-92 - с октановым числом по исследовательскому методу не менее 92).

б) по ГОСТ Р 51866-2002:

неэтилированный бензин АИ - 95 классов К3, К4 и К5 (Премиум-95 - с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95);

неэтилированный бензин АИ - 98 классов К3, К4 и К5 (Супер-98 - с октановым числом по исследовательскому методу не менее 98).

Бензин «Нормаль-80» предназначен для использования на грузовых автомобилях наряду с бензином А-76. Неэтилированный бензин «Регуляр-92» предназначен для эксплуатации автомобилей взамен этилированного А-93. Автомобильные бензины «Премиум-95» и «Супер-98» полностью отвечают европейским требованиям, конкурентоспособны на нефтяном рынке и предназначены в основном для зарубежных автомобилей, ввозимых в Россию.

За рубежом в промышленно развитых странах применяется в основном бензин двух марок - «Премиум» с ОЧИ 97 и «Регуляр» с ОЧИ 90...94. В странах Европейского экономического сообщества доля бензина марки «Премиум» составляет 78 %, а бензина марки «Регуляр» - 22 %. В Японии используется практически только неэтилированный бензин марки «Регуляр» (97%) с ОЧИ 91; бензина марки «Премиум» выпускается около 2 %, а этилированных бензинов - 0,5 %. В США доля бензинов с ОЧИ 96 составляет 15 %, с ОЧИ 93 - 40%, а с ОЧИ 92 - 45%, но намечен постепенный переход на производство только неэтилированных бензинов марок «Регуляр» (85 %) и «Премиум». Остальные основные показатели качества зарубежных бензинов практически не отличаются от показателей бензинов, выпускаемых в России [9].

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция вытеснения низкооктанового бензина высокооктановым.

Заключение

топливо бензин двигатель автомобильный

Завершая работу сделаем следующие выводы.

Бензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры).

Современные автомобильные бензины должны обеспечивать экономичную и надежную работу двигателя и удовлетворять требованиям эксплуатации:

обеспечение бездетонационной работы двигателей на всех режимах;

хорошая испаряемость, т.е. фракционный состав и давление насыщенных паров должны обеспечивать легкий пуск двигателя и хорошую испаряемость в любых эксплуатационных условиях, не вызывая паровых пробок;

высокая химическая стабильность, предотвращающая образование смол и осадков при хранении, а также смолистых отложений в топливоподающей системе и нагара в камере сгорания;

низкотемпературная стойкость, т.е. он не должен застывать и расслаиваться при низких температурах;

быть химически нейтральным к материалам, из которых изготавливают двигатели и топливоподающие устройства.

Главное свойство бензина - его детонационная стойкость, выражающаяся в его октановом числе. Чем выше октановое число, тем большей стойкостью к детонации обладает бензин. Отсюда же происходит подразделение автомобильных бензинов на марки: бензин АИ-80 стандарт, бензин АИ-92 регуляр, бензин АИ-95 премиум, бензин АИ-98 супер.

В России автомобильные бензины выпускаются по ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р 51105-97 и ГОСТ Р 51866-2002. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план. Специальный технический регламент устанавливает обязательные требования к экологической безопасности топлива.

Список используемой литературы

1.         О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в Российской Федерации: Федеральный закон от 22.03.2003 № 34-ФЗ // Собрание законодательства РФ от 24.03.2003. - №12. - Ст. 1058.

2.       Об утверждении технического регламента «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту: Постановление Правительства РФ от 27.02.2008 № 118 (ред. от 29.12.2012) // Российская газета от 15.03.2008. - № 56.

.        ГОСТ Р 51105-97. Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия. - Введ. 1999‑01‑01. - М.: Госстандарт России, 2013. - 23 с.

.        ГОСТ Р 54283-2010 Топлива моторные. Единое обозначение автомобильных бензинов и дизельных топлив, находящихся в обращении на территории Российской Федерации. - Введ. 2011-07-01. - М.: Госстандарт России, 2015. - 21 с.

.        Бойко, Е.В. Автомобильные бензины (основные показатели качества) / Е.В. Бойко. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 18 с.

.        Виноградов, О.В. Влияние показателей качества автомобильного бензина и дизельного топлива на состояние окружающей среды / О.В. Виноградов, А.С. Карелина // Молодой ученый. - 2016. - №8. - С. 194-199.

.        Клюшин, А.И. Автомобильные эксплуатационные материалы и экономия топливно-энергетических ресурсов. Учебное пособие в вопросах и ответах / А.И. Клюшин, А.А. Усольцев. - Владивосток: ВГУЭС, 2012. - 52 с.

.        Сафонов А.С. Автомобильные топлива / А.С. Сафонов. - СПб.: НПИКЦ, 2002. - 264 с.

.        Шаталов, К.В. Современные требования к качеству автомобильных бензинов и дизельных топлив / К.В. Шаталов и др. // Международный научный журнал. - 2011. - № 4. - С. 89‑95.

.        Эксплуатационные материалы: лабораторный практикум / сост.: В.С. Пономаренко, А.Л. Иванов, С.В. Корнеев. - Омск: СибАДИ, 2010. - 80 с.