Бензины, их свойства. Методы определения октанового числа

Бензины должны удовлетворять следующим требованиям: иметь высокие карбюрационные свойства, т. е. хорошо испаряться и образовывать горючую смесь, однородную по составу во всех цилиндрах, обеспечивать легкий пуск и устойчивую работу двигателя на различных режимах, высокую экономичность; обладать высокой детонационной стойкостью, сгорать без детонации при различных режимах работы двигателя; иметь высокую физическую и химическую стабильность; не вызывать коррозии емкостей, двигателей; полностью сгорать с минимальным образованием токсичных и канцерогенных веществ, иметь минимальную склонность к образованию нагара на деталях двигателя; не вызывать обледенения карбюратора; не содержать механических примесей и воды.

Испаряемость автомобильного бензина характеризуется фракционным составом, удельными теплотой и теплоемкостью, вязкостью, плотностью, давлением насыщенных паров. Высокая испаряемость — один из важнейших показателей качества топлива.

Для оценки испаряемости топлива используют условный показатель — фракционный состав. От фракционного состава бензина зависят пуск, время прогрева, приемистость и износ двигателя, расход топлива и масла, токсичность отработавших газов. Поскольку автомобильный бензин представляет собой сложную смесь различных углеводородов, выкипающих в широком интервале температур, то испаряемость его оценивают по температурам выкипания отдельных частей — фракций.

Фракционный состав определяют на специальном приборе. При этом фиксируют температуры начала кипения бензина, перегонки 10, 50 и 90 % бензина, конца кипения, определяют остаток после перегонки бензина и потери

Давление насыщенных паров определяется наличием легких фракций в бензине. Под давлением насыщенных паров жидкого топлива подразумевают давление паров, находящихся в состоянии равновесия с жидкостью при данной температуре и определенном соотношении объемов жидкой и паровой фаз. Чем больше легких фракций в бензине, тем выше давление насыщенных паров.

От давления насыщенных паров зависят склонность бензина к образованию паровых пробок, возможные потери его при хранении, транспортировке и заправке автомобиля, легкость пуска двигателя. Чем больше в бензине углеводородов с низкой температурой кипения, тем выше его испаряемость, давление насыщенных паров и склонность к образованию паровых пробок. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем больше потери его при хранении, транспортировке, перекачивании, заправке и непосредственно из бака автомобиля.

При нормальном сгорании бензина скорость распространения пламени составляет 25...35 м/с. При определенных условиях сгорание может стать взрывным, детонационным, при котором пламя распространяется со скоростью 1500...2500 м/с. Образующиеся при этом детонационные волны многократно отражаются от стенок цилиндра, вызывая резкие звонкие металлические звуки, вибрацию двигателя, периодически возникающий черный дым или желтое пламя в выпускных газах. Мощность двигателя падает, его детали перегреваются. В результате перегрева увеличивается износ деталей, появляются трещины, выгорают поршни и клапаны. При детонации значительно повышается отдача теплоты газов стенкам камеры сгорания. Двигатель перегревается, появляются разрушения поверхности камеры сгорания, днища поршня и антифрикционного слоя латунных подшипников, прокладки между блоком цилиндров и головкой прогорают. Повышается износ поршневых колец и зеркала цилиндра, так как детонационные волны, многократно отражаясь от поверхности цилиндров, снимают с них слой смазочного материала (масла). Часть бензина и продуктов неполного сгорания перемешивается внутри камеры сгорания с продуктами полного сгорания и не сгорает. Поэтому снижается мощность двигателя, повышается расход бензина, увеличивается дымность и появляется пламя в выпускных газах.

Калильное зажигание может возникать как от нагретых металлических поверхностей, так и от нагаров. Его внешние признаки такие же, как и у детонации, хотя это явление не имеет ничего общего с детонацией. Процесс сгорания при калильном зажигании протекает с нормальными скоростями. Однако в двигателе калильное зажигание может одновременно сопровождаться и детонацией, так как преждевременное самовоспламенение рабочей смеси воздействует на процесс сгорания так же, как и установка увеличенного угла опережения зажигания, приводящего к возникновению детонации. Основные меры предотвращения калильного зажигания — конструктивное улучшение камер сгорания; применение «холодных» свечей и клапанов с натриевым охлаждением. На малофорсированных двигателях внутреннего сгорания с низкой степенью сжатия устанавливают так называемые «горячие» свечи с короткой юбкой изолятора, которые хорошо прогреваются и не имеют нагара на юбке. На высокофорсированных двигателях с высокой степенью сжатия применяют «холодные» свечи зажигания с длинной юбкой, которая хорошо отводит теплоту, тем самым предотвращая преждевременное воспламенение рабочей смеси при соприкосновении с раскаленным изолятором и электродами.

Показателем детонационной стойкости бензина служит октановое число, которое определяют двумя методами: моторным и исследовательским. Для этого используют стандартные одноцилиндровые двигатели с переменной степенью сжатия от 4 до 10. При определении октановых чисел по моторному и исследовательскому методам применяют установки УИТ-85 и УИТ-65. Интенсивность детонации замеряют и регистрируют специальным прибором — детонометром.

Сущность определения детонационной стойкости бензина на установках состоит в том, что испытуемый бензин сравнивается с эталонными топливами по их способности к детонации. При этом подбирают такие смеси эталонных топлив, которые сгорают в установках с той же интенсивностью детонации, что и испытуемый бензин. Эталонные топлива получают смешиванием двух химически чистых углеводородов — изооктана и нормального гептана. Детонационная стойкость изооктана, выраженная в октановых числах, условно принимается за 100, а нормального гептана — за 0. При смешивании изооктана и нормального гептана в различных соотношениях по объему получают ряд эталонных топлив, обладающих различной детонационной стойкостью. Чем выше содержание изооктана в эталонном топливе, тем лучше его антидетонационная способность.

При определении октанового числа испытуемого бензина повышают степень сжатия установки до появления стандартной интенсивности детонации. Затем на этой же установке подбирают эталонное топливо, которое имеет стандартную интенсивность при той же степени сжатия.

Октановым числом называется процентное (объемное) содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая по своим антидетонационным свойствам аналогична испытуемому топливу.

Например: октановое число бензина 95 означает, что бензин имеет такие же антидетонационные свойства при испытании на стандартной установке, что и смесь из 95 % изооктана и 5 % нормального гептана.