Соответствие бензина тому или иному технико-экономическому требованию характеризуется не одним, а несколькими показателями его физико-химических свойств. В то же время в ряде случаев от одного и того же показателя физико-химических свойств зависит соответствие нескольким технико-экономическим требованиям.

Свойства бензина, влияющие на безотказную работу двигателя

Фракционный состав, давление насыщенных паров, а также содержание механических примесей и воды в бензине определяют способность данного бензина образовывать однородную бензино-воздуш-ную смесь нужного состава при различных условиях работы двигателя, в том числе при низких и высоких температурах, минимальной и максимальной частоте вращения коленчатого вала, при прикрытом и полностью открытом дросселе, т. е. определяют карбюрационньге качества бензина, от которых зависит безотказность работы двигателя.

От них зависит также быстрота и полнота сгорания бензино-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, т. е. мощность, развиваемая двигателем, и количество расходуемого при этом бензина.

Фракционный состав устанавливает зависимость между количеством топлива (в процентах по объему) и температурой, при которой оно перегоняется. Фракционный состав позволяет судить о полноте испарения бензина в процессе карбюрации. От испаряемости бензина зависит качество бензино-воздушной смеси, ее однородность и состав. Время, за которое должен испариться бензин, незначительно и для современных двигателей, имеющих большую частоту вращения коленчатого вала, составляет примерно 0,02 с. Поэтому, чтобы за столь короткое время весь бензин, поступающий в цилиндры двигателя,, мог превратиться из жидкости в пар, он должен обладать высокой испаряемостью и для этого распыллваться на возможно мелкие частички.

Для характеристики фракционного состава в стандарте указывается температура, при которой перегоняется 10,50 и 90% бензина, а также температура конца его перегонки. В некоторых случаях указывается температура начала перегонки. Кроме того, ограничивается количество бензина, которое не перегоняется (остаток в колбе), и количество бензина, которое улетучивается в процессе перегонки.

При высокой температуре перегонки 10% бензина затрудняется пуск холодного двигателя вследствие того, что рабочая смесь будет слишком обеднена, так как основное количество бензина будет попадать в цилиндры в жидком виде.

Однако, если бензин имеет слишком низкие температуры начала перегонки и перегонки 10%, то при горячем двигателе и особенно в жаркое время в системе питания могут испаряться наиболее низко-кипящие углеводороды, образуя пары, объем которых в 150—200 раз больше объема бензина. При этом горючая смесь обедняется, что вызывает перебои или остановку двигателя, а также создает затруднения при пуске прогретого двигателя. Это явление внешне проявляется так же, как и в случае засорения топливной системы, поэтому получило название «паровой пробки».

После пуска двигателя интенсивность его прогрева, устойчивость работы на малой частоте вращения коленчаюго вала и приемистость (интенсивность разгона автомобиля при полностью открытом дросселе) зависят главным образом от температуры перегонки 50% бензина. Чем ниже эта температура, тем легче испаряются средние фракции бензина, обеспечивая поступление в ненро-гретый еще двигатель горючей смеси необходимого состава, устойчивую его работу на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя и хорошую приемистость.

При трогании и разгоне автомобиля резко открывается дроссель и во впускной трубовод устремляется большое количество топлива и холодного воздуха, что приводит к снижению температуры и ухудшению испарения. Чем ниже у бензина температура перегонки 50%, тем легче и быстрее обеспечивается в этих условиях образование смеси нужного состава (а-0175—028) и будет выше приемистость двигателя.

Интенсивность подогрева смеси во впускном трубопроводе зависит от температуры перегонки 50% бензина: чем больше эта температура,; тем интенсивнее должен быть подогрев. Применение бензина с несоответственно низкой £60 может понизить коэффициент наполнения и мощность двигателя.

По температуре перегонки 90% (tso) и температуре конца перегонки (кипения) судят о наличии в бензине тяжелых трудноиспаряемых (хвостовых) фракций, об интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси, о мощности, развиваемой двигателем, и количестве расходуемого топлива, об износах двигателя. Желательно, чтобы эта температура была по возможности более низкой для обеспечения полного испарения всего бензина, поступившего в цилиндры двигателя Улучшение испаряемости бензинов тяжелого фракционного состава за счет более интенсивного подогрева впускного трубопровода не дает должного эффекта, так как при этом снижаются коэффициент наполнения двигателя и литровая мощность. Такой способ повышения испаряемости тем более неприемлем для современных форсированных двигателей.

Применение бензина с высокой температурой конца перегонки приводит к повышенным износам цилиндров и поршневой группы вследствие смывания масла со стенок цилиндров и его разжижения в картере, а также неравномерного распределения рабочей смеси по цилиндрам.

Особенно резко увеличивается износ двигателя при работе на бензине с высокой температурой конца перегонки в условиях низких температур окружающего воздуха. Поэтому, например, бензин зимнего вида А-76 имеет температуру конца перегонки 185 °С, а летнего вида 195 °С.

По величине потерь при перегонке бензина судят о склонности его к испарению при транспортировании и хранении. Бензин, характеризующийся повышенными потерями при перегонке, т. е. с большим количеством особо легких фракций, интенсивно испаряется в жаркое время года. Поэтому при транспортировании и хранении бензина потребовалось бы применять дополнительные меры, направленные на уменьшение потерь от испарения.

Результаты фракционной перегонки бензина изображают в виде кривых, откладывая па оси абсцисс температуру (°С) и на осп ординат количество бензина (%) по объему, перегоняемого при этой температуре.

Давление насыщенных паров характеризует испаряемость головных фракций бензинов и прежде всего их пусковые качества.

Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем легче он испаряется и тем быстрее происходит пуск и прогрев двигателя. Однако, если бензин имеет слишком высокое давление насыщенных паров, то он может испаряться до смесительной камеры карбюратора. Это приводит к ухудшению наполнения цилинров, возможному образованию «паровых пробок» в системе питания и снижению мощности, перебоям и даже остановке двигателя.

Бензин с чрезмерно высоким давлением насыщенных паров имеет большие потери вследствие испарения при хранении и транспортировании. Поэтому давление насыщенных паров бензина устанавливается таким, чтобы при хорошем его испарении не образовались «паровые пробки» в системе питания двигателя.

Для бензинов летнего вида давление насыщенных паров не должно превышать 500 мм рт. ст., а для зимнего вида оно должно быть в пределах 500—700 мм рт ст.

В высокогорных районах с жарким климатом желательно применение бензина с более низким давлением насыщенных паров, так как понижение барометрического давления и повышение температуры воздуха способствуют образованию «паровых пробок» в системе питания двигателя.

При оценке испаряемости бензина нельзя ограничиться только одним давлением насыщенных паров. Необходимо также учитывать его фракционный состав, поскольку бензин может иметь нужное давление насыщенных паров за счет незначительного количества очень легких фракций и в то же время может содержать тяжелые фракции с недопустимо высокой температурой конца кипения.

Механические примеси в бензине не допускаются. Они приводят к засорению топливных фильтров, топливопроводов, жиклеров, что нарушает нормальную работу двигателя Попадая в двигатель, примеси увеличивают износ цилиндров и поршневых колец, а также отложения нагара.

Бензин, налитый в стеклянный цилиндр диаметром 40—50 мм, должен быть прозрачным и не содержать взвешенных и осевших на дно цилиндра посторонних примесей, в том числе и воды.

Вода в бензине не допускается. Она опасна прежде всего при температуре ниже 0 °С, так как, замерзая, образует кристаллы, которые могут преградить доступ бензина в цилиндры двигателя. Кроме того, вода способствует осмолению бензина, так как в ней растворяется ингибитор, а также является основным источником коррозии топливных баков, трубопроводов и других стальных деталей системы питания.

Вода в бензине может находиться в трех видах: в свободном состоянии, в виде эмульсий и в растворенном состоянии. Вода в свободном состоянии практически не смешивается с бензином и легко удаляется из него путем отстаивания в течение нескольких часов.

Эмульсия воды с бензином образуется в результате сильного перемешивания свободной воды с бензином пли же в результате выделения растворенной воды при понижении температуры Эмульсионная вода значительно труднее удаляется из бензина и в то же время она представляет большую опасность при низких температурах, когда ее мелкие капельки, взвешенные в бензине, могут превратиться в льдинки, закупоривающие топливные фильтры.

Растворенная или гигроскопическая вода может содержаться в бензинах только в сотых или даже тысячных долях процента.

Механические примеси и вода могут попасть в бензин при неправильном транспортировании, хранении и заправке автомобилей.

Свойства бензина, влияющие на мощность двигателя и расход топлива

Развиваемая двигателем мощность зависит от энергетических свойств топлива, т. е. в данном случае от энергетических свойств бензина. Энергетические свойства топлива характеризуются теплотой сгорания и зависят от элементарного состава топлива. Так^ например, теплота сгорания водорода почти в 3,5 раза выше, чем углерода. Однако у различных марок автомобильных бензинов теплота сгорания практически отличается незначительно и равна примерно 10300—10600 ккал/кг. В ГОСТах или технических условиях на бензии теплота сгорания не приводится

Развиваемая двигателем мощности в большой степени зависит от характера сгорания бензино-воздушной (рабочей) смеси: скорости сгорания, полноты сгорания, моментов начала и конца сгорания.

Сгорание рабочей смеси может быть нормальное, в результате самовоспламенения (калильное зажигание) и детонационное. Последние два вида сгорания ухудшают рабочий процесс двигателя.

При нормальном сгорании смесь, сжатая до 10—16 кгс/см2 и нагретая теплом сжатия до 350—380 °С, воспламеняется от искры свечи зажигания и пламя распространяется по камере сгорания со средней скоростью 20—30 м/с**. Длительность основ-пой фазы сгорания составляет 25—30° угла поворота коленчатого вала или примерно 0,0025 с при 2000об/мин. Такое сгорание обеспечивает наиболее полное тепловыделение и плавное нарастание давления в цилиндрах.

13 случае самовоспламенения (калильное зажигание) часть смеси воспламеняется не от электрической искры, а самопроизвольно от перегретых деталей (выпускного клапана, днища поршня, электродов свечи) или раскаленных частиц нагара на стенках камеры сгорания. Самовоспламенение может произойти до и после воспламенения смеси искрой.

Для современных форсированных карбюраторных двигателей калильное зажигание представляет большую опасность нарушения нормального протекания процесса сгорания и является основным препятствием дальнейшего форсирования двигателей.

Склонность бензина к самовоспламенению пока не нормируется. Сгорание от самовоспламенения возможно при наличии большого количества нагара в камере сгорания, перегреве двигателя, уменьшении угла опережения зажигания, обеднении горючей смеси. При сгорании вследствие самовоспламенения мощность двигателя уменьшается, повышается расход бензина, увеличивается износ, а иногда ломаются детали кривошнпно-шатунного механизма. Такое сгорание обычно сопровождается стуками в двигателе. Характерный внешний признак самовоспламенения в карбюраторном двигателе — это продолжение работы двигателя с очень низкой частотой вращения коленчатого вала (200—300 об/мнн) после выключения зажигания.

Калильное зажигание может вызывать детонацию, в то же время продолжительная детонация может переходить в калильное зажигание.

При детонационном сгорании рабочей смеси пламя распространяется со сверхзвуковой скоростью 2000—2500 м/с, т. е. примерно в 100 раз быстрее нормального, а температура сгоревшей смеси повышается до 2500—3000 °С.

В настоящее время на основе учений академиков А. Баха и Н. Семенова принято считать, что детонационное сгорание рабочей смеси происходит в результате цепных реакций образования и самопроизвольного распада углеводородных перекисей под воздействием высоких температур и давлений, которым подвергается рабочая смесь, сгорающая в последнюю очередь. При самопроизвольном разложении перекисей выделяется большое количество тепла и образуются новые активные частицы.

Первоначальное воспламенение рабочей смеси происходит от искры свечи зажигания, и пламя, имеющее температуру 2000—2500 °С,( распространяется с нормальными скоростями. Так сгорает даже при сильной детонации, как правило, 75% рабочей смеси, а прп слабой детонации нормально сгорает около 95% смеси.

В дальнейшем под воздействием повысившихся температуры (400—450 °С) и давления (30—40 кгс/см) в еще части смеси в результате предпламенных реакций происходит предварительное окисление углеводородов с образованием перекисных соединений. При достижении определенной концентрации перекисей и активных продуктов их распада в одном каком-либо участке зоны несгоревшей рабочей смеси вследствие самовоспламенения появляется новый очаг пламени, распространяющийся со сверхзвуковой скоростью навстречу фронту нормального пламени, резко повышается давление от возникшей детонационной волны, от которой воспламеняется соседний слой смеси, а образующаяся новая детонацноиная волна, в свою очередь, воспламеняет следующий участок смеси и т. д.

Давление в цилиндре повышается скачкообразно, а затем, вибрируя, затухает при такте расширения, вызывая появление характерного звонкого металлического стука вследствие вибрации стенок и головки цилиндров от ударов о них детонационной волны. Детонация сопровождается появлением черного дыма в отработавших газах.

При детонационш м сгорании двигатель перегревается, работает жестко и неустойчиво, его мощность снижается, а расход бензина увеличивается. Перегрев двигателя объясняется увеличенной теплоотдачей рабочей смеси вследствие того, что ее слои сильно прижимаются к стенкам головки цилиндров и днищу поршня детонационной водной.

Детонация ведет к уменьшению срока службы двигателя, к повреждению деталей двигателя (подгорание выпускных клапанов, выкрашивание коренных и шатунных подшипников, погнутость шатуна, прогорание днища поршней, прокладок головки цилиндров п др.).

Появление детонации зависит от наличия условий для образования перекисей, поэтому все факторы, способствующие образованию перекисей, будут содействовать появлению детонации в двигателе. На появление детонации влияют детонационная стойкость бензина, состав рабочей смеси, режим работы двигателя, конструкция Двигателя.

Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом, указанным в стандартах и технических условиях в числе важнейших физико-химических свойств бензина. Показатель октанового числа входит в маркировку бензина.

Октановое число бензина равно процентному (по объему) содержанию и з о-октана в такой смеси с нормальным гептаном, которая равноценна по детонационной стойкости испытуемому бензину. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации и тем лучшими эксплуатационными качествами он обладает.

Октановое число определяется путем сравнительных испытаний данного бензина с эталонным топливом, октановое число которого известно, на стандартной установке с одноцилиндровым двигателем с переменной степенью сжатия.

В качестве эталонного топлива применяют смеси с различным содержанием по объему двух углеводородов — изооктана (С8Н18) и нормального гептана (C_H1G). а также другие более дешевые жидкие топлива, протарированн >ie по изооктану и гептану. При этом октановое число изооктана принято за 100, а нормального гептана — за О. Поэтому, например, топливо, состоящее из 76% изооктана п 24% нормального гептана, будет иметь октановое число, равное 76.

Октановые числа, определяемые по исследовательскому методу, как правило, на несколько единиц выше, чем определяемые по моторному, так как в первом случае предусмотрен более легкий режим работы установки. Разница в октановых числах по исследовательскому и моторному методам характеризует чувствительность бензина к режиму работы двигателя. В обоих случах после прогрева двигателя постепенно увеличивается степень сжатия до появления детонации определенной стандартной интенсивности, определяемой по шкале указателя детонации. Затем сравнивают испытуемое топливо со смесями эталонных топлив. Для этого подбирают две смеси эталонных топлив, различающиеся между собой не более чем на две октановые единицы, из которых одна детонирует сильнее, а другая сла-боее, чем образец топлива, подлежащего испытанию. Работу двигателя трижды переводят попеременно на испытуемое топливо и на смеси эталонных топлив и записывают показания указателя детонации.

Процентное содержание изооктана в этой смеси и будет октановым числом испытуемого бензина.

Как правило, с возрастанием молекулярной массы у углеводородов одной и той же группы октановое число понижается. Так, например, октановое число бутана 92, пентана уже 62, гексана 26 и гептана 0. Поэтому при прочих равных условиях бензины с более легким фракционным составом имеют и более высокое октановое число. Углеводороды с изомерной структурой имеют большую детонационную стойкость, чем соответствующие им углеводороды с нормальной структурой.

При сопоставимых молекулярных массах лучше противостоят детонации бензины, в которых преобладают ароматические углеводороды, затем следуют нафтеновые, и наименьшая детонационная стойкость у бензинов, состоящих в основном из нормальных парафиновых углеводородов. Изопарафиновые углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью.

Октановое число непредельных углеводородов выше, чем парафиновых, имеющих ту же молекулярную массу. Наличие в бензине сернистых соединений и смолистых веществ понижает октановое число.

Детонания чаще всего возникает при работе прогретого двигателя на полной нагрузке при небольшой частоте вращения коленчатого вала. Возникновению детонации способствует ухудшение охлаждения двигателя (нагар, накипь, пробуксовка ремня вентилятора и др.), увеличение открытия дросселя, уменьшение частоты вращения коленчатого вала, двигателя, увеличение угла опережения зажигания. Влияние частоты вращения коленчатого вала двигателя 3A3-53 на требования к детонационной стойкости бензина показано на рис. 30.

Интенсивность детонации уменьшается при обогащении и обеднении смеси: при обогащении—вследствие снижения образования перекисей из-за недостатка кислорода воздуха, а при обеднении — вследствие снижения теплоты сгорания смеси.

Изменяя режим работы двигателя, можно предотвратить или прекратить уже начавшуюся детонацию. Однако чрезмерное уменьшение, например, угла опережения зажигания влечет увеличение Расхода бензина и снижение динамических качеств автомобиля. Поэтому октановое число бензина должно быть таким, чтобы двигатель мог работать в любых условиях на наивыгоднейших режимах без появления детонации.

Так как у новых моделей двигателей в целях улучшения их топливной экономичности, повышения литровой мощности (рис. 7), снижения удельной массы и уменьшения размеров увеличивают степень сжатия, то требования к детонационной стойкости бензина все время возрастают.

В то же время существующие способы переработки нефти и ее состав не всегда обеспечивают получение бензина с необходимой детонационной стойкостью. Поэтому октановое число бензина повышается путем добавления к нему высокооктановых компонентов или присадок — антидетонаторов. Высокооктановые компоненты (бензол, изооктан, изопентан, продукты каталитического крекинга, риформинга, гидрогенизации) добавляются к бензинам в значительных количествах, а антидетонаторы — в долях процента. Антидетонаторы, повышая О. Ч., могут изменить и другие свойства (например, токсичность) бензина.

В качестве антидетонатора для автомобильных бензинов применяют этиловые жидкости Р-9 и жидкость автомобильную. Такие бензины называют этилированными. Жидкость Р-9 содержит антидетонатор-тетраэтилсвинец (ТЭС) * РЬ(СгНб)4 — 54%, выноситель — бромистый этил (ВгСгШ) 33% и а — монохлорнафталии (С10Н.С1) — 6,3— 7,3%, наполнитель (бензин Б-70) — 5,7—6,7%, антиокислитель (параоксидифениламип) — 0,02—0,03% и краситель (синий, оранжево-красный, желтый).

Этилированный бензин, сгорая, выделяет свинец и его окиси, которые должны быть удалены из камеры сгорания. Этому способствует выноситель. В присутствии последнего свинец и его окиси образуют соединения РЬВг2 и РЬС12, которые превращаются в камере сгорания в пары и удаляются с отработавшими газами.

Добавление этиловой жидкости к бензину делает бензин ядовитым вследствие большой токсичности, которой обладает ТЭС.

Жесткое ограничение количества ТЭС, добавляемого к этилированному бензину (от 0,24 г на 1 кг топлива для А—76 и до 0,5 г для АИ-93 и АИ-98), объясняется рядом причин и прежде всего желанием не делать его слишком токсичным.

Добавление к бензину тетраэтилсвинца даже в таком небольшом количестве превращает его в жидкость, при пользовании которой необходимо соблюдать дополнительные меры предосторожности. Кроме того, эффективность повышения октанового числа при дальнейшем увеличении содержания ТЭС снижается.

Одним из новых антидетонаторов является марганцевый антидетонато р (ЦТМ), равноценный по эффективности ТЭС, который в отличие от последнего неядовит1. ЦТМ (циклопеп-тадиенилтрикарбонил марганца) СвШМн (СО)з представляет собой кристаллическое вещество, хорошо растворяющееся в бензине.

Симметричное строение молекул ЦТМ предопределяет его высокую летучесть и низкие температуры распада.

К антидетонатору ЦТМ добавляется выноситель (бисэтилксан-тоген) и антинагарная присадка (трикрезилфосфат) по 0,25 мл/кг каждого. Последняя существенно снижает появление калильного зажигания вследствие уменьшения нагарообразования.

По данным приведенных опытов бензин с марганцевым антидетонатором вызывает не больший износ, чем с ТЭС. ЦТМ не повышает кислотности бензина и лишь незначительно повышает содержание фактических смол. ЦТМ не увеличивает коррозионную агрессивность и не ухудшает химическую стабильность бензина по сравнению с ТЭС.

Бензин, содержащий ЦТМ, по токсичности приближается к чистому бензину.

Основной недостаток марганцевого антидетонатора состоит в том, что при концентрациях уже около 0,5 г/кг он вызывает отложение, нагара на поверхности изолятора свечей зажигания и образование между их электродами тонких токопроводящих нитей, что приводит к перебоям в их работе вследствие нарушения электроизоляции, а затем и к полному прекращению работы. Средняя продолжительность работы свечей без очистки пока составляет всего лишь около 90 ч.

В настоящее время проводятся экспериментальные исследования по повышению эффективности ЦТМ путем применения в качестве выносителя других соединений.

На безотказную работу двигателя, развиваемую им мощность и расход бензина, кроме рассмотренных показателей (фракционный состав, упругость паров, октановое число, содержание механических примесей и воды), оказывают некоторое влияние и другие физико-химические свойства (скрытая теплота испарения, коэффициент диффузии паров, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость, плотность). Однако их не приводят в стандарте или технических условиях на бензины, так как в одних случаях они практически мало зависят от марки бензина (например, теплоемкость, коэффициент диффузии), в других случаях их значение ограничивается показателями физико-химических свойств, уже указанных в стандартах или технических условиях.

Для автомобильных бензинов не нормируется вязкость. Фактическое отклонение вязкости бензинов одной марки не вызывает необходимости изменять регулировку и режим работы двигателя для разных партий бензина. Однако в этом может возникнуть необходимость при переходе на летний или зимний период эксплуатации главным образом из-за изменения вязкости, которая может отличаться в 1,5—2 раза и вызывать изменение состава смеси на 10-15%.

Увеличение вязкости уменьшает пропускную способность жиклеров, а с повышением плотности увеличивается масса одного и того же объема бензина, поступающего через жиклеры.

По величине плотности можно приближенно судить о виде топлива. В табл. приведена средняя плотность для некоторых автомобильных топлив и масел, а на рис. 33 показана зависимость теплоты сгорания нефтепродуктов от их плотности.

Если плотность бензина выше его средних значений, то это косвенно указывает на относительно худшую его испаряемость и пониженную детонационную стойкость. По сравнению со всеми другими физико-химическими показателями бензинов наиболее часто на автотранспортных предприятиях приходится определять плотность, что вызвано принятой системой учета расхода и нормирования бензина, а ие с целью определения качества бензина.

Автотранспортные предприятия получают бензин с нефтебаз в единицах массы (кг,т), а при заправке автомобилей через топливозаправочные колонки замер производится в объемных единицах (л). Поэтому, зная плотность, пересчитывают количество бензина из единиц массы в объемные единицы.

На автотранспортных предприятиях плотность бензина определяется нефтеденсиметром (рис. 10), который обеспечивает точность замера до 0,001. Нефтеденсиметр погружают в стеклянный цилиндр, заполненный бензином. По глубине погружения нефтеденсиметра, отсчитываемой на верхней шкале, определяют плотность, а по нижней шкале находят температуру, при которой установлена плотность.

Свойства бензина, влияющие на износы деталей двигателя, затраты на ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Износы двигателя и затраты по уходу за автомобилем зависят от уже рассмотренных физико-химических свойств бензина, а также от содержания в нем минеральных и органических кислот, щелочей, смол, серы и ее соединений.

Водорастворимые кислоты и щелочи корродируют металлы, и их присутствие в бензине вызывает интенсивный износ деталей двигателя и коррозию деталей его системы питания. В бензине могут оказаться водорастворимые кислоты вследствие использования загрязненной тары, а щелочь, кроме того, — в результате некачественно выполненной его очистки. Стандартами на автомобильные бензины не допускается содержание в них хотя бы следов водорастворимых кислот и щелочей. Их отсутствие определяется по величине рН водной вытяжки бензина рН-метром или реакцией водной вытяжки бензина с помощью индикаторов фенолфталеина и метиловый оранжевый.

Органические кислоты корродируют металлы значительно слабее, чем минеральные. В основном они представляют опасность (особенно в присутствии воды) для цветных металлов и в первую очередь для свинца и цинка. Железо, например, поддается коррозии под действием органических кислот в десятки раз слабее, чем свинец и цинк. Поэтому органические кислоты в бензине приводят к ускоренному износу вкладышей коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, втулок верхней головки шатуна и других деталей из цветных металлов (кроме алюминиевых). Их количество в бензине возрастает в результате окисления непредельных углеводородов за время его хранения.

Продукты коррозии, вызванные органическими кислотами и представляющие собой нерастворимые в бензине хлопьевидньи? осадки, могут вызывать закупорку топливопроводов системы питания.

Содержание органических кислот (кислотность) в автомобильных бензинах строго ограничивается. За кислотность принимают количество едкого кали в миллиграммах, израсходованного на нейтрализацию всех кислых соединений, содержащихся в 100 мл бензина.

Сера и ее соединения в бензине крайне нежелательны, так как, помимо преждевременного износа деталей, снижают детонационную стойкость бензина, способствуют его осмолению, нагарообразова-нию в двигателе и ускоряют процесс старения масла.

Особой коррозионной агрессивностью отличаются активные сернистые соединения, к которым относятся элементарная сера (S), сероводород (H2S) и меркаптаны (R—S—Н). Присутствие активной серы в бензине строго ограничивается, что проверяют коррозией медной пластинки.

Отрицательная проба на коррозию медной пластинки указывает на то, что содержание сероводорода в бензине не более 0,0003, а элементарной серы не более 0,0015%.

Неактивные сернистые соединения — сульфиды (11—S—К), дисульфиды (R — — S2—R), полисульфиды (R—Sn—R), тиофаны (CnIbnS), теофены (CnH2n„2S) — вызывают коррозию только при их сгорании вместе с бензином. При этом образуются сернистый (SO2) и серный (SO3) газы, которые вызывают коррозию деталей двигателя. Кроме того, сернистый и серный газы, проникая в картер двигателя и соприкасаясь со сконденсировавшимися парами воды и кислородом воздуха, образуют сильно корродирующую сернистую (H2S03) и серную (ll2SOJ кислоты, которые окисляют масло и вызывают износ деталей. Получены также данные, указывающие на то, что увеличение содержания серы в бензине А-76 с 0,10 до 0,15% вызвало увеличение износа деталей двигателя до 36%.

Некоторое количество серы в бензине все же допускается, так как избавиться от нее трудно, особенно при переработке сернистых нефтей. В бензинах по ГОСТ 2084-77 марок А-76, АИ-93, АИ-93 ее может содержаться до 0,1%, в А-72 до 0,12%, а в бензинах со Знаком качества марок А-76 — 0,02, АИ-93 – 0,01 и АИ-98 — 0,05%.

Смолы в бензине образуют липкие, вязкие осадки темно-корич-певого цвета, которые отлагаются на деталях, соприкасающихся с бензином или его парами, например на стенках топливных баков, топливопроводов, в карбюраторе, во впускном трубопроводе, па стержнях впускных клапанов и т. д.

Осадки смолы ухудшают подачу бензина в цилиндры двигателя, а иногда и полностью нарушают ее. Не исключено попадание смол и в камеру сгорания. В этом случае они образуют нагар, способствующий самовопламенению рабочей смеси, работе с детонацией, зависанию клапанов и другим неисправностям.

Для восстановления работоспособности двигателя приходится периодически удалять образовавшиеся отложения, что увеличивает затраты на техническое обслуживание и ремонт автомобилей и снижает их техническую готовность и надежность.

С увеличением содержания смол в бензине снижается его детонационная стойкость, ухудшается испаряемость. Количество смол в бензине непостоянно, оно увеличивается за счет окислительной полимеризации углеводородов.

Интенсивно этот процесс протекает при повышенной температуре и хорошем доступе воздуха.

Низкомолекулярные смолы растворяются в бензине, придавая ему желтизну, усиливающуюся с повышением содержания смолы. Высокомолекулярные смолы в бензине растворяются плохо и поэтому выпадают из него в осадок.

Концентрация фактических смол в бензине строго ограничивается и устанавливается в миллиграммах на 100 мл бензина. При этом, учитывая неизбежность осмоления бензина в процессе хранения, устанавливается предельное содержание смол на месте производства и на месте потребления, т. е. на нефтебазе, в момент получения бензина автотранспортным предприятием. Так, например, для бензинов А-76 концентрация фактических смол на месте производства не должна превышать 5 мг на 100 мл топлива, а на месте потребления — 10 мг на 100 мл. Для бензинов той же марки, но со Знаком качества содержание фактических смол не должно превышать соответственно 3 и 8 мг на 100 мл. Для бензинов марки АИ-93 со Знаком качества наличие смол на месте производства не допускается.

Свойства, влияющие на сохранение первоначальных качеств бензина

Первоначальные качества бензина вследствие происходящих в нем физико-химических процессов постепенно ухудшаются. Особенно это характерно для бензинов термического крекинга. Сохранение первоначальных качеств бензина в процессе транспортирования, хранения и применения зависит от его физической и химической стабильности.

Несмотря на сравнительно небольшой срок хранения бензина на автотранспортных предприятиях (объем хранилищ обычно не превышает объема десятидневного расхода топлива), требования к стабильности бензина не утрачивают своего значения и в этих условиях.

Поступающий на автотранспортное предприятие и на АЗС бензин сливают в резервуар, где находится остаток ранее доставленного бензина. Поэтому практически бензин содержится в резервуаре в течение более длительного времени, чем дни его запаса. На некоторые автотранспортные предприятия бензин завозят только в определенное время года, поэтому срок его хранения исчисляется месяцами. Часто (консервация автомобиля, ожидание ремонта и т. д.) один и тот же бензин длительное время находится в топливном баке автомобиля. Кроме того, бензин поступает на автотранспортное предприятие не сразу после его производства.

Помимо химического состава бензина, на интенсивность образования смол и кислот оказывают влияние факторы, зависящие от условий использования его на автотранспортном предприятии. Так, окисление и осмоление возрастают с повышением температуры бензина. Поэтому все меры, которые способствуют понижению температуры бензина при хранении и транспортировании, будут уменьшать его окисление и осмоление. Понижение температуры также уменьшит потери легкоиспаряемых углеводородов.

Окиелению и осмолению способствует контакт бензина с воздухом, поэтому он быстрее осмоляется при неполном заполнении тары.

Зависимость образования смол от продолжительности хранения при полностью заполненной таре и заполненной на 50% показана на рис. 36, из которого видно, что осмоление бензина в резервуаре, залитом только на 50%, в 2—3 раза превышает количество смол в полностью залитом резервуаре.

Процесс окисления является самоускоряющим с я, поэтому бензин, залитый в тару, не очищенную от остатков старого осмелившегося бензина, осмоляется быстрее. Каталитически ускоряюще на образование смол действует ржавчина и загрязнение тары. Нежелательно попадание в бензин воды, так как она растворяет ингибиторы и снижает их эффективность. О химической стабильности бензина судят по величине индукционного периода, указанного в стандарте.

Индукционный период определяют в приборе, в котором подогретые до 100° С (в кипящей воде) 100 мл бензина находятся в закрытом сосуде (бомбе), наполненном кислородом. Через некоторое время бензин начинает окисляться, на что расходуется часть кислорода, и поэтому давление в сосуде падает. Индукционным периодом называют время в минутах с момента погружения сосуда в кипящую воду до начала уменьшения давления. Чем это время больше, тем выше стойкость бензина против окисления.

О физической стабильности бензина по показателям качества, приводимым в стандартах, можно судить лишь косвенно. Такими показателями являются давление насыщенных паров и потери при перегонке. Чем больше их величина, тем ниже физическая стабильность бензина.

На повышенное содержание смол и органических кислот в бензине, как отмечалось выше, указывает изменение цвета бензина. При осмолении бензин приобретает желтый цвет и даже с коричневым оттенком. Но. иногда более светлый бензин может содержать больше смол, чем темный. Поэтому, если бензин хранится длительное время, необходимо производить его лабораторный анализ.

Токсичность бензина и особенности применения этилированного бензина

Токсичность является важнейшей характеристикой бензина. По условиям использования бензина трудно исключить случайное попадание его на кожу (особенно рук) водителей, рабочих по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей, заправщиков и других работников автотранспортных предприятий. Еще более трудно избежать вдыхания паров бензина, работая в производствен-пых цехах или управляя автомобилем. При ремонте двигателя неизбежно приходится соприкасаться с деталями, покрытыми нагаром. В связи с этим важно, чтобы ни бензин, ни его пары и нагар не представляли бы повышенной опасности для здоровья лиц, соприкасающихся с ними.

Обычный бензин не представляет такой опасности, хотя частое его попадание на кожу и вдыхание паров, особенно при концентрации в воздухе бензина свыше 0,3 мг/л, является вредным. Частое попадание бензина па кожу вызывает раздражение, сушит ее, i рi-водит к шелушению,-экземе п другим заболеваниям. Кроме того, бензин, всасываясь через кожу, может вызвать явления общего отравления. Характерно, например, что при опускании руки в бензин на 5—7 мин в выдыхаемом человеком воздухе содержатся пары бензина.

Продолжительное вдыхание паров бензина при повышенной концентрации вредно влияет на нервную систему, вызывает головную боль п общее недомогание, а при содержании в 1 л воздуха 35— 40 мг бензина даже кратковременное их вдыхание в течение 5— 10 мин опасно для жизни. Однако вредное влияние бензина практически исключается при соблюдении обычных мер предосторожности. В то же время этилированный бензин, содержащий этиловую жидкость, в состав которой входит тетра^тилсвинец, относится к ядовитым жидкостям, требующим соблюдения особых мер предосторожности при его применении.

О степени ядовитости тетраэтплсвпнца можно судить по предельно допустимой его концентрации в воздухе, которая составляет всего лишь 0,000005 мл/л.

Неосторожное обращение с этилированным бензином может вызвать серьезное расстройство нервной системы и послужить причиной других заболеваний. Причем оно может наступить со временем. так как свинец имеет свойство накапливаться в организме человека.

Меры предосторожности при использовании этилированного бензина направлены прежде всего на то, чтобы он не попадал на кожу п внутрь организма через пищевой тракт в виде жидкости и нагара. Что же касается паров этилированного бензина, то по токсичности они часто не отличаются от неэтилированного бензина, так как при испарении до 30% этилированного бензина весь тетраэтилсвинец остается в неиспарившемся бензине.

При использовании этилированного бензина применяется особая спецодежда для работающих, дооборудуются производственные помещения и выполняются дополнительные операции при техническом обслуживании и ремонте автомобилей.

В связи с непрерывным увеличением парка автомобилей в последние годы все большее и большее значение приобретает проблема уменьшения токсичности отработавших газов автомобилей. Уже теперь в воздухе крупнейших городов мира от 50 до 90% общего количества вредных веществ составляют отработавшие газы автомобилей. В отработавших газах содержится до 200 веществ, часть из которых токсична.

Токсичность отработавших газов обусловлена неполным сгоранием топлива и содержанием в них окиси углерода, окиси и двуокиси азота, альдегидов (формальдегида, ацетольдегида, акролеина), углеводородов (алканов, алкенов, алкадиенов, цикланов) и др. Среди перечисленных токсичных веществ у карбюраторных двигателей преобладает окись углерода.

Предельное содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями ограничивается ГОСТом 17.2.2.03—77. Согласно ГОСТу, нормируется содержание окиси углерода в режиме холостого хода при двух частотах вращения коленчатого вала двигателя: минимальной и повышенной, равной 0,6 номинальной, для автомобилей трех груни выпуска до 1.07.1978 г., с 1.07.1978 г. до 1.07.1980 г. и после 1.01.1980 г. Так, для автомобилей последней группы объемное содержание СО в отработавших газах не должно превышать 1,5% при минимальной частоте вращения коленчатого вала и 1% при повышенной частоте. Этим нормам должны отвечать автомобили, эксплуатирующиеся в столицах союзных республик, городах-курортах, в городах с населением 300 тыс. чел. и более.

Уменьшение загрязнения окружающего воздуха отработавшими газами автомобилей достигается в результате:
— применения специальных присадок к топливам; тщательной регулировки приборов систем питания и зажигания, а также поддержания в полной исправности других деталей двигателя, влияющих на полноту сгорания;
— установки на автомобилях специальных устройств — централизаторов;
— применения других видов топлива для автомобилей, а также других видов энергии для них.

Присадки к бензину позволяют добиться более полного его сгорания и таким образом уменьшения содержания в отработавших газах некоторых токсичных веществ. Так, добавление к бензину смеси некоторых спиртов значительно снижает содержание окиси углерода в отработавших газах.

Проведенные исследования показали, что при неправильно отрегулированном двигателе содержание токсичных веществ в отработавших газах увеличивается в 3—5 раз и более по сравнению с правильно отрегулированным. Так, например, в зависимости от технического состояния карбюраторного двигателя содержание окиси углерода в отработавших газах колеблется от 0,5 до 13% (по объему). При этом основное внимание должно быть уделено регулировке карбюраторов в режимах холостого хода и средних нагрузок, угла опережения зажигания, зазоров клапанов, а также исправности свечей зажигания и деталей, влияющих на компрессию в двигателе.

Однако и у тщательно отрегулированного двигателя отработавшие газы содержат все еще значительное количество токсичных веществ. Их снижение особо важно при работе автомобилей в руд пиках, карьерах, закрытых помещениях, городах-курортах и в дру Гих подобных условиях.

Для этого отработавшие газы пропускаются через так называе мый нейтрализатор, где вредные элементы либо дожигают ся, либо поглощаются.

Дожигание токсичных веществ производится в пламенных каталитических нейтрализаторах. В качестве катализатора используются платина и палладий. Токсичные вещества поглощаются в жидкостных и адсорбционных нейтрализаторах. Характерный недостаток первых нейтрализаторов заключается в том, что они не уменьшают содержание в отработавших газах окиси азота, а вторых — нечувствительность к нейтрализации окиси углерода. Нейтрализаторы всех типов пока еще недостаточно надежны, недолговечны, некомпактны, дороги и сложны в эксплуатации.

Применение автомобилей с электрической тягой позволяет снять с повестки дня проблему загрязнения воздуха отработавшими газами. Частичным решением этого вопроса может служить применение сжиженных и сжатых газов в качестве топлива для автомобилей, а также дизельных двигателей, двигателей с форкамерио-факельным зажиганием, двигателей, у которых осуществляется впрыск бензина вместо карбюризации двигателей, работающих по новому термодинамическому циклу (карбюраторное смесеобразование и самовоспламенение топлива), рециркуляции (отвода) части отработавших газов и др.

В современных условиях найдут практическое применение прежде всего те способы, которые обеспечивают одновременно снижение токсичности и расхода нефтяного топлива. Идеальным автомобильным топливом в этом отношении мог бы служить водород, продукты сгорания которого состоят из паров воды.