Октановое число является показателем, определяющим детонационные свойства бензина. Детонацией называется сгорание рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью, превышающей скорость звука. Это явление сопровождается резкими металлическими стуками, перегревом и падением мощности двигателя.

При детонации в двигателе возникают ударные нагрузки, которые могут стать причиной его разрушения. Детонация является результатом образования в рабочей смеси углеводородных перекисей, которые самовоспламеняются и сгорают со сверхзвуковой скоростью. Чем выше октановое число бензина, тем меньше возможность появления детонации.

Кроме октанового числа бензина на возникновение детонации при работе двигателя влияют следующие эксплуатационные факторы: перегрев двигателя свыше нормы, большая нагрузка при малой частоте вращения коленчатого вала, неправильная (ранняя) установка зажигания. Следовательно, для устранения детонации в двигателе необходимо изменить режим его работы: снять нагрузку и повысить частоту вращения, выдерживать нормальный тепловой режим, а также следить за правильной установкой зажигания.

Из конструктивных факторов, влияющих на возникновение детонации, нужно отметить такие, как форма камеры сгорания, расположение свечи зажигания, диаметр цилиндра, и такой важнейший конструктивный параметр двигателя, как степень сжатия.

Для каждого типа карбюраторного двигателя допускается применение бензина со строго определенным октановым числом. Величина октанового числа применяемого бензина определяется степенью сжатия двигателя. Чем выше степень сжатия, тем более высокое октановое число должен иметь бензин. Например, при степени сжатия 7—7,2 применяют бензин А-76, а при 8,5—8,8 — бензин АИ-93.

Октановое число бензинов в нашей стране определяют по моторному и исследовательскому методам, сущность которых заключается в сравнении работы одноцилиндрового двигателя на испытуемом бензине и на эталонном топливе. В качестве эталонного топлива используют смесь двух углеводородов — изооктана и нормального гептана. Октановое число первого принимают за 100 единиц, а второго — за 0. Если составлять смесь из этих углеводородов в определенном процентном отношении, то оно и будет характеризовать октановое число. Так, смесь из 76% изооктана и 24% гептана будет равноценна бензину с октановым числом 76.

Испытание бензина по моторному методу проводят следующим образом: вначале запускают двигатель на испытуемом бензине и доводят его при повышении нагрузки до возникновения детонации, которая фиксируется по шкале указателя детонации. Затем переводят питание двигателя на эталонную смесь, имеющую предполагаемое октановое число на две единицы больше, чем у бензина. Если в фиксированном режиме нагрузки детонация не наступит, то двигатель переводят на другую смесь с октановым числом, меньшим на две единицы, и опять наблюдают за возникновением детонации. Если детонация будет наблюдаться, то подсчитывают величину октанового числа как среднее арифметическое октановых чисел двух взятых эталонных смесей. С целью большей достоверности указанное испытание проводят три раза.

Исследовательский метод испытания бензина по схеме проведения не отличается от моторного. Разница заключается лишь в режиме нагрузки на двигатель в момент испытания. Величина нагрузки устанавливается несколько меньше, чем при моторном методе. В результате детонация будет возникать при эталонных смесях с большим содержанием изооктана. Поэтому октановое число, получаемое по исследовательскому методу, будет на несколько единиц выше, чем по моторному.

Метод определения октанового числа отражается в марке бензина. Буква А обозначает, что октановое число определено моторным методом, буква И — свидетельствует о величине октанового числа, определенного по исследовательскому методу.

Для повышения октанового числа в некоторые бензины добавляют специальные присадки. Чаще всего это этиловая жидкость с антидетонатором ТЭС (тетраэтилсвинец). Бензин с антидетонационной присадкой называется этилированным и для отличия от обычных бензинов окрашивается. При этом каждой марке бензина соответствует определенный цвет окраски. Например, этилированный бензин А-76 окрашивают в желтый цвет. Применение этилированных бензинов ограничивается из-за повышенной токсичности их продуктов сгорания.

Фракционный состав бензина определяет способность образовывать в карбюраторе однородную топливовоздушную смесь нужного состава и является показателем испаряемости бензина в процессе карбюрации. В ГОСТ 2084—77 указаны температуры, при которых перегоняются 10, 50, 90% бензина. Эти температуры свидетельствуют о наличии в бензине определенных фракций.

По температуре перегонки 10% бензина можно судить о наличии в нем пусковых фракций, от которых зависит легкость пуска холодного двигателя. Чем ниже температура tю, тем легче и быстрее можно пустить холодный двигатель.

Устойчивость работы двигателя с малой частотой вращения коленчатого вала зависит от температуры испарения 50% бензина Чем ниже эта температура, тем лучше испаряются средние рабочие фракции бензина, обеспечивая поступление горючей смеси в двигатель. Эти же фракции определяют приемистость двигателя, т. е. его способность переходить с малой частоты вращения коленчатого вала на большую.

Температура испарения 90% бензина (t90) и температура конца перегонки свидетельствуют об интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси при работе двигателя на полной мощности. Применение бензина с высокой температурой конца перегонки приводит к повышенному износу двигателя и перерасходу бензина.

Остаток и потери, определяемые при перегонке, характеризуют свойство бензина давать отложения при сгорании в двигателе, а также его физическую стабильность (испаряемость при хранении).

Давление насыщенных паров характеризует так же, как и фракционный состав, испаряемость бензина. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем легче он испаряется и быстрее происходит пуск холодного двигателя. Если давление насыщенных паров слишком велико, то бензин может испариться до поступления в смесительную камеру карбюратора, что приведет к образованию паровых пробок в системе питания и к остановке или перебоям в работе двигателя. В высокогорных районах, на юге применяют бензин с низким давлением насыщенных паров. Зимой, наоборот, желательно применять бензины с несколько повышенным давлением насыщенных паров.

Коррозионные свойства бензинов определяются содержанием в них органических и минеральных кислот, щелочей, серы и других соединений. При попадании воды в бензин могут образоваться активные разрушители черных и цветных металлов. Наличие в бензине кислот и щелочей проверяют пробой на нейтральность с помощью индикаторов метилоранжа и фенолфталеина, а содержание активной серы — испытанием на медной пластинке (опусканием пластинки в бензин).

Присутствие перечисленных веществ в бензинах ГОСТом не допускается, а общее содержание серы может быть в пределах 0,12—0,01%, причем значения, меньшие на порядок, относятся к бензинам, аттестованным государственным Знаком качества.

Автомобильные бензины содержат в своем составе непредельные углеводороды, которые, окисляясь при хранении, образуют смолистые отложения. Оседая на деталях топливной аппаратуры, впускном трубопроводе двигателя и на клапанах, смолы нарушают рабочий режим и снижают мощность двигателя. Содержание фактических смол в бензине допускается в пределах от 2 до 10 мг/100 мл.

Индукционный период характеризует склонность бензина к окислению (химическую стабильность) и смолообразование в процессе хранения и потребления. Индукционный период измеряется временем в минутах, в течение которого испытуемый бензин не окисляется под давлением в среде чистого кислорода при температуре 100°С. Началом окисления считается момент изменения давления в специальном приборе, где определяется этот показатель. Индукционный период для бензинов массового потребления составляет 600—990 мин.

Гарантированный срок хранения бензинов на складах и нефтебазах составляет 5 лет. В период этого срока допускается изменение фракционного состава на 1—3 °С. Новый Государственный стандарт на автомобильные бензины (ГОСТ 2084—77) предусматривает повышение требований к бензинам массового потребления и особенно к бензинам с государственным Знаком качества.

По сравнению с бензинами массового потребления в бензинах А-76, АИ-93 и АИ-98 со Знаком качества значительно снижены: кислотность в 3—3,7 раза, содержание фактических смол в 1,3— 3,5 раза, содержание серы в 5—10 раз.

Бензины марок А-76 и АИ-98 со Знаком качества выпускают только летнего вида, а остальные бензины — летнего и зимнего видов. Летние бензины применяют с 1 апреля по 1 октября, а зимние— с 1 октября по 1 апреля, причем в северных и северо-восточных районах круглогодично. Летние бензины также можно применять в течение всего года в южных районах.

Бензины массового потребления А-76, АИ-93 и АИ-98 выпускают этилированными. Но в целях снижения их токсичности и отложений на деталях двигателей содержание свинца в антидетонационной присадке снижено до 0,24 г вместо 0,41 г на 1 кг бензина А-76 и до 0,50 г вместо 0,82 г на 1 кг бензина АИ-93 или АИ-98.

Бензин А-72 должен выпускаться неэтилированным, но до 1982 г. некоторым нефтеперерабатывающим заводам разрешен выпуск этилированного бензина А-72, который окрашен в розовый цвет.

При использовании товарных бензинов на автотранспортных предприятиях необходимо контролировать их качество по паспорту. Паспорт содержит важнейшие показатели бензина: октановое число, фракционный состав, содержание ТЭС, фактических смол и давление насыщенных паров.

Бензин считается удовлетворяющим ГОСТу, если основные показатели имеют отклонения в допустимых пределах, и тогда его можно использовать по прямому назначению. Если отклонения показателей превышают норму, то бензин исправляют смешением с другим бензином более высокого качества, пользуясь правилом среднеарифметического смешения

Исправление качества топлив путем смешения по какому-либо показателю ведут таким образом, чтобы не испортить другие показатели.

—-

В качестве топлива для карбюраторных двигателей применяются бензины и газы. Выпускаемые бензины должны удовлетворять следующим требованиям.

1. Иметь высокую теплоту сгорания. Теплота сгорания различных топлив зависит от их химического состава и измеряется в килокалориях на один килограмм (ккал/кг или кДж/кг). У топлив, применяемых в двигателях внутреннего сгорания, учитывается низшая теплота сгорания, исключающая теплоту, которая расходуется на испарение содержащейся в топливе влаги. Высшая теплота сгорания жидких топлив примерно на 600 ккал/кг больше низшей теплоты сгорания. Так, теплота сгорания бензина, плотность которого в среднем 0,745 г/см3 (при 20 °С), должна находиться в пределах 10500— 11000 ккал/кг.

2. Обладать хорошей испаряемостью. Быстрый запуск карбюраторных двигателей и нормальная их работа зависят от испаряемости бензина. Об испаряемости бензина судят по его фракционному составу и упругости паров, которые определяются лабораторным путем. По фракционному составу (ГОСТ 2084—73) определяются свойства бензина, влияющие на работу двигателя. Температура выкипания 10% бензина должна быть не выше 80 °С, что соответствует испарению легких фракций и характеризует пусковые свойства бензина. Температура выкипания 50% бензина не должна превышать 145 °С и характеризует быстроту прогрева двигателя после запуска и устойчивую работу. Температура выкипания 90% бензина должна быть не выше 195 °С и характеризует общую испаряемость бензина и полноту его сгорания в двигателях.

3. Иметь хорошую детонационную стойкость. Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом. Скорость сгорания рабочей смеси при нормальной работе двигателя составляет 25—35 м/с. При детонации скорость сгорания рабочей смеси достигает 2000—2500 м/с и сопровождается появлением ударной волны и резким повышением давления газов. Для повышения детонационной стойкости в бензин добавляют этиловую жидкость, содержащую тетраэтилсвинец РЬ (С2Н6)4 в количестве 0,41—0,82 г на 1 кг бензина.

4. Обладать хорошей физико-химической стабильностью. При хранении, транспортировке, использовании бензин не должен изменять свои физико-химические качества. При длительном хранении в бензине образуются смолы и другие продукты окисления. Содержание фактических смол в бензинах А-72, А-76, АИ-93, АИ-98 в соответствии с ГОСТ 2084—73 допускается 5—10 мг на 100 мл на месте потребления бензина. В автомобильные бензины с примесью продуктов термического и каталитического крекинга добавляется антиокислитель в количестве 0,007—0,010% параоксидифениламина и 0,05—0,15% древесно-смоляного антиокислителя прямой гонки или пиролиза-та (ГОСТ 2084—73).

5. Не содержать механических примесей, воды, водорастворимых кислот и щелочей. При транспортировке и заправке в бензин попадают вода, пыль и другие загрязняющие примеси. Бензин способен растворять в себе небольшое количество (до 0,04%) воды, которая при понижении температуры превращается в кристаллы льда. Кристаллы льда покрывают фильтрующие элементы топливных фильтров, что приводит к прекращению подачи топлива в двигатель. Наличие твердых механических примесей вызывает засорение топливопроводов, жиклеров и каналов системы питания двигателя. Присутствие водорастворимых кислот и щелочей является причиной коррозии деталей системы питания двигателя.

Указанные автомобильные бензины, кроме бензина АИ-98, подразделяются на виды: летний и зимний. Летний вид бензина применяется во всех областях страны, за исключением северных и северо-восточных, с 1-го апреля по 1-е октября. В южных областях этот бензин применяется всесезонно. Зимний вид* бензина применяется в северных и северо-восточных областях всесезонно, а в остальных областях с 1-го октября по 1-е апреля.

В паспортах на бензины указывается марка и вид бензина.

Марки бензинов А-66, А-72, А-76 обозначают следующее: А – автомобильный; 66; 72; 76 — октановые числа, определенные моторным методом. Марки бензинов АИ-93, АИ-98 расшифровываются так: А — автомобильный; И — исследовательский метод; 93; 98 — октановые числа, определенные нсследователь-ским методом. Выпускаемые бензины, кроме А-72, этилированные. При транспортировке, хранении и заправке в топливные баки автомобилей необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. В Москве, Ленинграде и других городах запрещено использование этилированных бензинов. Детонационная стойкость неэтилированных бензинов обеспечивается введением нужного количества высокооктановых компонентов.

—

Основными физико-химическими константами бензина, влияющими на износ двигателя, являются его фракционный состав и особенно температура конца разгонки, антидетонационная стойкость (определяемая октановым числом), содержание серы, сернистых соединений, водорастворимых и органических кислот и щелочей.

Повышенный износ двигателя при применении бензинов с высокой температурой конца разгонки является следствием смывания масляной пленки с зеркала цилиндров и разжижения картерного масла неиспа-рившейся частью топлива (рис. 19).

При повышении температуры конца разгонки бензина повышается также расход топлива. Это объясняется тем, что неиспарившиеся частицы топлива, имеющиеся в смеси к началу ее воспламенения, сгорают на линии расширения при значительных потерях тепла в охлаждающую воду.

Влияние октанового числа бензина на износ двигателя обусловливается тем, что при работе его с детонацией возникают высокие динамические нагрузки в деталях кривошипно-шатунного механизма,. повышается температура деталей, выгорает смазка в зазорах и др. Испытания, проведенные в НАМИ, показали, что детонация вызывает повышенный износ цилиндров двигателя во всех поясах, особенно в верхнем.

Радиальные износы цилиндров при детонации распределяются неравномерно. Наибольший износ будет в местах, наиболее удаленных от запальной свечи и связанных с возникновением детонации.

Кроме октанового числа топлива и конструктивных особенностей двигателя, на развитие и протекание детонационного сгорания влияют температура и состав смеси, тепловой и нагрузочный режимы двигателя, наличие нагара в камерах сгорания, угол опережения зажигания, скорость вращения коленчатого вала и другие факторы.

Большое влияние на износ двигателя оказывает содержание серы в бензине. Так, если при содержании серы в бензине 0,003% износ двигателя принять за 1, то при увеличении содержания серы до 0,1 % износ увеличивается в 2,7 раза, а при содержании серы 0,2% — в 3,9.

Повышенное содержание серы в бензине не только ускоряет износ цилиндров, поршневых колец и клапанов, шеек коленчатого вала, подшипников и других деталей, но и увеличивает нагарообразование в камерах сгорания. При этом интенсивно протекает процесс старения картерного масла (вследствие образования железных мыл, действующих как катализатор), увеличиваются диаметры жиклеров и, следовательно, повышается расход топлива двигателем.

Некоторое уменьшение вредного влияния серы на износ может быть достигнуто повышением теплового режима двигателя.

При повышенном содержании в бензине смолистых и легко-осмоляющихся веществ увеличивается количество смолистых отложений во впускном трубопроводе двигателя, а также стимулируется процесс образования нагара. Поэтому бензин проверяется на содержание так называемых фактических смол.