Автомобильный бензин должен отвечать следующим требованиям:
1) обеспечивать образование в двигателе смеси бензина с воздухом необходимого состава и качества, т. е. бензин должен обладать необходимыми карбюрационными свойствами;
2) обеспечивать бездетонационное сгорание при работе двигателя на всех режимах, т. е. иметь определенные антидетонационные качества;
3) не вызывать коррозии деталей двигателя;
4) не ухудшать качества и состава при хранении и применении, т. е. обладать определенной стабильностью.

С усовершенствованием конструкции двигателей требования к качеству бензина возрастают.

В послевоенный период отечественной автомобильной промышленностью организован выпуск первоклассных автомобилей, требующих применения бензина повышенного качества. Параллельно с этим нефтяной промышленностью было организовано снабжение автомобильного транспорта соответствующими сортами бензина, отвечающими возросшим к нему требованиям.

Автомобильные бензины выпускаются трех марок: А-66, А-70 и А-74 В этом условном обозначении марок бензина буква А означает «автомобильный бензин», а число, стоящее за буквой, указывает октановое число данной марки бензина.

Бензин А-74 имеет облегченный фракционный состав и обладает более высокими качествами, чем бензины А-70 и А-66, и он предназначен только для легковых автомобилей типа ЗИС-110. Применять бензин А-74 для других марок отечественных легковых и грузовых автомобилей не рекомендуется. Учитывая небольшую потребность автотранспорта в бензине А-74 и нецелесообразность его смешивания с другими ‘бензинами, он, как правило, поставляется в отдельных бочках.

Основными марками бензина на автотранспорте являются бензины А-66 и А-70. В соответствии с существующим стандартом (ГОСТ 2084-51) к этим бензинам может добавляться этиловая жидкость Р-9 в количестве до 1,5 мл на 1 кг бензина. Такой бензин называется этилированным.

Этиловая жидкость добавляется для повышения октанового числа бензина, определяющего одно из основных свойств бензина — его детонационную стойкость. Вместе с тем этиловая жидкость является сильнейшим ядом, и добавка ее к бензину даже в таких незначительных количествах делает бензин ядовитым; поэтому при применении этилированного бензина необходимо соблюдать особые меры предосторожности.

Кроме автомобильных бензинов, промышленность выпускает авиационные бензины и бензины для специальных технических нужд, например, для использования в качестве растворителя сырой резины при изготовлении резинового клея, и др.

2. Физико-химические свойства бензинов

Октановое число характеризует детонационную стойкость бензина. Явление детонации, которое может наблюдаться при сгорании бензина, чрезвычайно нежелательно и отрицательно сказывается на работе двигателя.

Сгорание бензина с детонацией сопровождается появлением резких металлических стуков, черного дыма на выхлопе, увеличением расхода бензина, снижением мощности двигателя и другими отрицательными явлениями.

В результате работы с детонацией двигатель быстро изнашивается — прогорают днища поршней, появляются трещины в блоке, выкрашиваются шатунные подшипники и т. д.

Октановым числом называется показатель детонационной стойкости бензина, численно равный такому процентному содержанию изооктана в смеси с нормальным гептаном, при котором детонационная стойкость этой смеси и сравниваемого с ней бензина одинаковы.

Октановое число изооктана условно принято за 100, а нормального гептана — за 0 (изооктан и гептан — углеводороды).

Чем выше октановое число бензина, тем лучше его антидетонационные свойства.

Октановое число бензина определяется по моторному методу. Для этой цели производят испытание бензина на специаль-

ном одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия. При работе двигателя на испытуемом бензине изменяют степень сжатия и фиксируют момент начала появления детонации. После этого подбирают такой состав изооктано-гептановой смеси, работа на которой сопровождается появлением детонационных стуков такой же силы, как и при работе на испытуемом бензине.

Допустим, что такая смесь состоит из 70% изооктана и 30% нормального гептана. В этом случае октановое число испытуемого бензина будет равно 70. Помимо сорта бензина и степени сжатия двигателя, на появление детонации влияют: число оборотов коленчатого вала, состав и температура рабочей смеси, сте-пень охлаждения цилиндров и головки блока, наличие нагара в камере сгорания и конструкция двигателя.

Повышение числа оборотов уменьшает склонность к детонации, так как при этом уменьшается время пребывания рабочей смеси в сжатом состоянии до начала ее воспламенения при такте сжатия. Таким образом, сокращается время, в течение которого могут образовываться продукты разложения бензина, вызывающие детонацию. С обеднением рабочей смеси склонность к детонации также уменьшается. Значительное влияние на появление детонации оказывает недостаточность охлаждения двигателя. Чем выше температура в конце сжатия рабочей смеси, тем выше склонность бензина к детонации. Наличие накипи в блоке цилиндров и нагара в камере сгорания двигателя значительно повышают детонацию.

На детонацию влияют также конструктивные элементы двигателя: диаметр цилиндров, форма камеры сгорания, расположение свечи зажигания и др.

Фракционный состав является одним из главнейших показателей, по которому судят о качестве бензина.

Бензин состоит из веществ, имеющих разные температуры кипения. Поэтому если бензин нагревать, то сперва будут закипать легкие частицы, имеющие низкую температуру кипения, а при дальнейшем повышении температуры начнут кипеть более тяжелые частицы и так далее, пока не выкипит весь бензин. Температура, при которой закипают первые, самые легкие частицы бензина, ниже температуры выкипания последних, самых тяжелых его частиц.

Известно, что кипение сопровождается испарением; поэтому если нагревать бензин и при определенных температурах отбирать в разную посуду выделяющиеся пары и охлаждать их до превращения снова в жидкий бензин, то мы получим части бензина, отделенные друг от друга, которые имеют разные темпера? туры кипения.

Так, например, если подогреть 100 см3 бензина, то может оказаться, что при нагреве до температуры 80° выкипит 10 смз его, при дальнейшем нагреве от 80 до 150° выкипит еще 40 смз и “при нагреве от 150 до 205° выкипит остальной бензин, за исключением незначительного количества (обычно 1—2 смз), которое остается в виде остатка, и, кроме того, 2—3 смз могут быть потеряны при разгонке бензина.

Отдельные части бензина, имеющие различные температуры кипения, носят название фракций, а количество тех или иных фракций в данном бензине определяет его фракционный состав.

Фракционный состав топлива часто изображается графически в виде кривых разгонок, показывающих, какой процент топлива отгоняется при той или иной температуре. На рис. 29 показаны две кривые разгонки: одна — бензинов А-66 и А-70, другая — бензина А-74.

Для характеристики фракционного состава указываются температура начала перегонки и температура, при которой перегоняется 10, 50 и 90% бензина, а также температура конца кипения, количество оставшегося бензина и сумма оставшегося и потерянного бензина.

Фракционный состав в основном определяет испаряемость бензина, т. е. способность переходить из жидкого состояния в парообразное. В свою очередь, от испаряемости зависят качество рабочей смеси, ее однородность и интенсивность распыла, т. е. карбюрационные свойства бензина.

От фракционного состава топлива зависят износ двигателя, развиваемая им мощность, устойчивость и бесперебойность работы, бездетонационная работа, легкость пуска двигателя в холодное и теплое время, расход бензина и наконец, величина потерь бензина от испарения во время хранения.

Легкость пуска двигателя характеризуется температурой выкипания 10% бензина. Бензин с низкой температурой выкипания 10% его, а также низкой температурой начала кипения значительно облегчает пуск двигателя в холодное время. Вместе с тем работа на таком бензине в жаркое время может вызвать перебои вследствие образования паровых пробок в системе питания и ухудшения наполнения двигателя. Для бензинов А-66 и А-70 температура выкипания не должна быть более 79°, а для бензинов А-74 — 70°, т. е. бензин А-74 имеет фракции, выкипающие при более низкой температуре.

Таким образом, требования двигателя к топливу изменяются в зависимости от внешних температурных условий. Это вызывает необходимость выпуска и применения так называемых сезонных бензинов — летних и зимних.

По температуре выкипания 50% бензина судят о скорости прогрева и надежности работы прогретого двигателя на данном

Рис. 29. Кривые разгонки автомобильных бензинов:
1 — А-66 и А-70: 2 — А-74

бензине. Чем выше эта температура, тем больше времени требуется для прогрева холодного двигателя. По температуре выкипания 90% и температуре конца разгонки бензина судят о полноте его испарения во всасывающей системе двигателя. От температуры выкипания 90% бензина зависит также приемистость двигателя и плавность перехода его с одного режима работы на другой.

Бензин с высокой температурой конца кипения, или, как его называют, утяжеленный или тяжелый бензин, ведет к преждевременному износу двигателей. При работе на бензине с концом кипения 225° износы двигателя на 30—40% больше по сравнению с износами, наблюдаемыми при эксплуатации на бензине с концом кипения 200°. Одной из причин такого увеличения из-носов является ухудшение испаряемости бензина утяжеленного фракционного состава и в связи с этим увеличение поступления в цилиндры двигателя топлива в жидком, неиспарившемся виде, что вызывает неравномерное распределение рабочей смеси по цилиндрам, разжижение и смывание смазки со стенок цилиндров и т. д. Вместе с тем утяжеление фракционного состава бензина ухудшает его антидетовационные качества. Так, например, фракции, выкипающие до 80°, имеют октановое число 80, а выкипающие при 220° имеют октановое число 30.

Потери при разгонке бензина характеризуют наличие в нем легких фракций, которые могут испаряться при транспортировке, хранении, заправке и непосредственном использовании на автомобиле.

При применении в жаркое время бензинов с повышенным процентом потерь, т. е. с большим количеством легких фракций, должно быть обращено особое внимание на мероприятия, уменьшающие потери от испарения бензина при его транспортировке и хранении.

Фактические смолы, т. е. вещества, способные вызывать смолообразование и нагарообразование в двигателе, представляют собой сложные по химическому строению продукты. Их содержание в бензине выражается количеством смол, остающихся после выпаривания топлива.

Добиться полного отсутствия в бензине фактических смол не удается, и поэтому для бензинов А-66 и А-70 допускается их содержание не свыше 10 мг на 100 мл бензина, а в бензине А-74 — не свыше 6 мг на 100 мл.

Сера в бензине еще более нежелательна, чем смолы. Однако полностью избежать ее присутствия также не удается, и она допускается в количестве не свыше 0,15% для А-66 и А-70 и 0,1% для А-74, а для бензинов, полученных из нефтей, в которых сера содержится в больших количествах, так называемых сернистых нефтей, ее содержание допускается до 0,4—0,6%. Отрицательное действие серы сказывается в том, что она увеличивает износ двигателя, вызывая коррозию металла, и ухудшает качество масла двигателя. Чем больше содержится серы в бензине, тем сильнее сказывается ее вредное действие. Так, например, повышение содержания серы в бензине с 0,05 до 0,6% снижает мощность и экономичность двигателя на 25—35”/о и уменьшает срок его службы не менее чем в четыре раза.

Проба на медную пластинку показывает коррозирующие свойства свободной серы и активных сернистых соединений, присутствующих в бензинах. Испытание заключается в наблюдении за изменением цвета пластинки из электролитической меди, которая должна находиться некоторое время при определенной температуре в испытуемом бензине. Чем сильнее коррозирующее действие, тем больше будет потемнение пластинки.

Водорастворимые кислоты и щелочи вызывают сильную коррозию, а следовательно, и износы металлических деталей двигателя. Поэтому стандартом на бензин не допускаются в нем водорастворимые кислоты и щелочи даже в самых незначительных количествах

Стандартом на бензин также не допускается присутствие в нем механических примесей и воды, содержание которых вызывает повышенный износ двигателя и увеличенное нагарообразо-вание.

Присутствие воды в бензине увеличивает износы цилиндров и поршней вследствие отложения на их стенках при испарении воды растворенных в ней солей. Отложившиеся соли действуют подобно наждаку, увеличивая износ трущихся деталей.

Упругостью паров бензина называется наибольшее давление его насыщенных паров при температуре 38°.

Испарение бензина тесно связано с упругостью паров. Чем меньше упругость паров, тем медленнее испаряется бензин, и наоборот. Вместе с этим в стандарте на бензин ограничивается наиболее допустимая упругость паров, которая не должна превышать 500 мм ртутного столба.

Применение бензинов с большей упругостью паров может вызвать образование в системе питания пробок паров бензина и перебои в работе двигателя. Бензин с высокой упругостью паров не применяется еще и потому, что он очень легко испаряется, вызывая потери при хранении.

Первоначальное качество бензина во время его хранения может изменяться. Объясняется это тем, что в результате соприкосновения бензина с кислородом воздуха он окисляется, отчего в нем образуются смолы. Склонность бензина к образованию смол в процессе хранения определяется так называемым индукционным периодом, выражаемым в минутах.

Индукционным периодом называется время, в течение которого бензин, находящийся при температуре 100° и давлении 7 кг/см2, не поглощает кислорода.

Для бензинов А-66 и А-70 индукционный период равен 240, а для А-74 — 800 мин. Чем больше индукционный период, тем более длительное время может храниться бензин без ухудшения его качества. Упругость паров и индукционный период характеризуют стабильность бензина, т. е. сохранение его свойств при хранении и транспортировке.

3. Способы оценки качества бензинов и плотности нефтепродуктов

Перечисленные выше основные физико-химические свойства бензинов достаточно полно характеризуют их качество. Однако для определения этих свойств требуются специальное лабораторное оборудование и известные навыки. В обычных автохозяйствах проводить такие химические анализы бензинов нет возможности. Нефтебазы, отпускающие бензин, выдают на него паспорт с подробным химическим анализом, с которым всегда можно ознакомиться.

Важность применения бензинов соответствующего качества очевидна. В тех случаях, когда качество бензина вызывает сомнение, должен быть произведен физико-химический анализ его в соответствующих лабораториях. Наличие в бензине посторонних примесей и воды может быть проверено простейшим способом. Для этой цели бензин наливается в мензурку диаметром 40—65 мм, в которой он отстаивается в течение суток. После отстоя доброкачественный бензин должен быть прозрачным и не содержать взвешенных и осевших на дно мензурки посторонних примесей и воды.

В связи с тем, что учет бензина и других нефтепродуктов осуществляется как в весовых, так и в объемных единицах, часто приходится пользоваться их плотностью или удельным весом, которые позволяют производить пересчет количества нефтепродуктов, замеренного в весовых единицах (кг, т), в объемные (л) и наоборот.

Плотностью (обозначается р) нефтепродукта считается его масса, заклю ченная в единице объема; ее размерность — г/см3.

Нефтепродукты при нагревании расширяются, их первоначальный объем увеличивается, и в результате этого плотность уменьшается. Поэтому, когда говорится о плотности, указывается, при какой температуре она замерялась. Для нефтепродуктов температура замера принята 20°. Если плотность замерялась при другой температуре, то путем пересчета можно определить плотность при 20°.

Существует несколько способов определения плотности, из которых самым доступным является способ определения плотности с помощью нефтеденси-метра (ареометра) (рис. 30). Верхняя шкала нефтеденсиметра указывает плотность, а нижняя — температуру, при которой она измерена.

Рис. 30. Нефте-денсиметр

Нефтеденсиметр опускают в сосуд с нефтепродуктом и по глубине его погружения, отсчитываемой по шкале, определяют плотность.

Записав плотность и температуру, при которой происходило ее определение, с помощью табл. 17 можно определить плотность при 20°.

Если температура, при которой определялась плотность, была больше 20°, то поправка прибавляется к плотности, указанной на шкале, если же меньше, то поправка вычитается.

4. Сведения о каменноугольном бензоле, пиробензоле и спирте

Каменноугольный бензол является продуктом переработки каменного угля и в смеси с бензином нашел применение в качестве топлива для автомобилей с карбюраторными двигателями. Применяется он в следующем соотношении с бензином: 25% бензола и 75% бензина. Такая смесь является удовлетворительной по испаряемости и другим карбюрационным свойствам, а также по возможности использования при низких температурах (выпадение кристаллов при температуре порядка минус 30°). Применять в качестве автомобильного топлива чистый бензол не представляется возможным, потому что он имеет очень высокую температуру застывания, равную плюс 5°, в то время как бензин не застывает при температуре минус 60° и ниже.

В сравнении с бензином бензол обладает значительно лучшими антидетонационными качествами, его октановое число равно 100.

При применении бензино-бензоловых смесей необходимо несколько понижать уровень топлива в карбюраторе путем соответствующей регулировки, так как плотность бензола выше бензина и равна около 0,88 г/слг3.

Фракционный состав бензола однороднее бензина (меньшая разница в температуре начала разгонки и конца кипения). Температура начала разгонки бензола 79,5° и конца кипения — 80,6°. Испаряемость бензола хуже, чем бензина, при его сгорании образуется большое количество нагара. Горение бензола, а также и бензино-бензоловых смесей происходит медленнее, чем бензина; поэтому при их применении нужно увеличивать угол опережения зажигания, чтобы избежать перегрева двигателя, снижения мощности и ухудшения экономичности.

Заметим, что бензол обладает некоторой ядовитостью, поэтому при его применении должны соблюдаться специальные санитарные правила.

Пиробензол является продуктом высокотемпературной переработки нефтяных дестиллатов и (так же, как и каменноугольный бензол) применяется в смеси с бензином в качестве автомобильного топлива. Эти два вида бензола сравнительно немного отличаются друг от друга по большинству показателей. Температура застывания пиробензола минус 12°.

В качестве топлива автомобильных карбюраторных двигате-телей могут применяться этиловый (винный) и метиловый спирты, а также смесь этилового спирта — ректификата и бутилового спирта. Этиловый спирт получают из злаков и корнеплодов, а технический этиловый и метиловый спирты вырабатывают из древесины. Бутиловый спирт получается как побочный продукт при производстве синтетического каучука.

Кроме повышенного октанового числа, которое у спиртов около 100, и небольшого нагарообразования и смолообразования, спирты почти по всем остальным показателям как топливо уступают бензинам. Они имеют более низкую испаряемость и поэтому почти исключается возможность пуска в ход на них холодных двигателей. Кроме этого, они вызывают большую коррозию. Применять один спирт можно лишь при условии пуска и прогрева двигателя на бензине с переключением на спирт только вполне прогретого двигателя. Двигатель, работающий на спирте, должен быть оборудован приспособлениями для усиленного подогрева. Спирты в смеси с бензином следует применять с содержанием спирта до 30%. Такая смесь обеспечивает вполне удовлетворительную работу двигателя.