Эксплуатационные материалы

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В действительном цикле поршневых ДВС осуществляются физико-химические превращения рабочего тела, представляющего собой смесь окислителя, топлива и остаточных газов. Окислителем обычно служит кислород атмосферного воздуха. Основными топливами являются бензины и дизельные топлива, получаемые путем переработки нефти и представляющие собой смеси различных углеводородов. Для эффективного использования в двигателях, т.е. с мак­симальным выделением теплоты и минимальным образованием токсичных продуктов ОГ, топлива должны: - иметь оптимальные значения плотности, вязкости, сжима­емости, прокачиваемости (при низких температурах) и другие свойства, обеспечивающие надежную подачу топлива и высококачественное смесеобразование на всех режимах работы двигателя и в широком диапазоне изменения внешних условий; - обладать высокими экологическими качествами; - обеспечивать надежный пуск и полноту сгорания; иметь ми­нимальную склонность к образованию нагара и коррозионно-агрессивных продуктов сгорания; иметь высокую термическую стабильность и хорошие моющие свойства; - сохранять свои свойства при хранении и транспортировке, не содержать механических примесей и воды, обладать возможно меньшей пожарной и экологической опасностью, быть недорогими. Свойства топлив можно разделить на физико-химические и эксплуатационные. К физико-химическим относятся свойства, характеризующие состояние и состав топлив (плотность, вязкость, поверхностное натяжение, химический и фракционный составы и т. д.). К эксплуатационным относятся свойства, обеспечивающие надежность работы и необходимые энергетические, экономические и экологические показатели двигателей (испаряемость, пусковые и низкотемпературные свойства, воспламеняемость, антидетонационные свойства и др.). Кроме того при эксплуатации и обслуживании автомобилей используются смазочные материалы, также производимые в основном из нефти или природного газа. Нефть и ее свойства Нефть — жидкость от светло-коричневого до тёмно-бурого цвета, представляет собой смесь около тысячи индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы, вода (до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды), растворы солей органических кислот и др., механические примеси. В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35, реже 40—50 % по объёму) и нафтеновые (25—75 %) соединения. В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические). Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примеси: серосодержащие; азотсодержащие, а также порфирины; кислородсодержащие, смолисто-асфальтеновые и др. вещества. Элементный состав (%): 82-87 °C; 11-14,5 Н; 0,01-6 S; 0,001-1,8 N; 0,005—0,35 O и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Также в нефти могут присутствовать V(10−5 — 10−2 %), Ni(10−4−10−3 %), Cl (до 2·10−2 %) и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно. Средняя молекулярная масса 220—400 г/моль. Плотность 0,65—1,05 г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450—500 °C (выкипает ~ 80 % объёма пробы). Температура кристаллизации нефти колеблется от −60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина, чем его больше, тем температура кристаллизации выше и лёгких фракций - чем их больше, тем эта температура ниже. Вязкость нефти определяется фракционным составом и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг; Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки находится в пределах от −35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Месторождение Плотность, г/см³ С Н S N O Зола Ухтинское (РФ) 0,897 85,30 12,46 0,88 0,14 - 0,01 Грозненское (РФ) 0,850 85,95 13,00 0,14 0,07 0,74 0,10 Сураханское (Азербайджан) 0,793 85,34 14,14 0,03 - 0,49 - Калифорнийское (США) 0,912 84,00 12,70 0,40 1,70 1,20 - 2. Способы переработки нефти К основным способам получения топлив из нефти относятся прямая перегонка (дистилляция), термический и каталитический крекинги, гидрокрекинг и каталитический риформинг. Прямая перегонка заключается в нагреве нефти при атмо­сферном давлении и выделении фракций, различающихся тем­пературами кипения. При температуре от 35 до 200 °С отбирают бензиновую фракцию, от 200 до 300°С — дизельное топливо. Остаток после перегонки — мазут (до 80 %), который поступает в куб дистилляционной колонны, работающей под вакуумом. При этом верхний слой представляет собой соляровый дистил­лят (температура кипения 280—300 °С), который является исход­ным сырьем для крекинг-бензинов и дистилляционных масел: индустриальных, цилиндровых, моторных и т. д. Термический и каталитический крекинги используют для увеличения выхода легких фракций из нефти. Исходным сы­рьем служит соляровая фракция, представляющая собой смесь углеводородов с числом атомов углерода от 16 до 20, при на­гревании которой до 450—550 °С в присутствии катализатора (алюмосиликат) или без него происходит расщепление углево­дородов. Сырьем для термического крекинга является полугудрон — остаток после недостаточно полного отгона масляных фракций. При этом выход бензина составляет 30—35 %. Термический кре­кинг сопровождается образованием ненасыщенных углеводоро­дов, поэтому бензины термического крекинга характеризуются низкой химической стабильностью и невысокой детонационной стойкостью. На современных заводах термический крекинг не применяется. Основным методом получения бензина является каталити­ческий крекинг. Бензины каталитического крекинга содержат около 50 % изоциклических и ароматических углеводородов, а также 20 - 25 % алициклических. Содержание ненасыщенных уг­леводородов не превышает 5 - 9 %. Поэтому эти бензины имеют более высокую детонационную стойкость и химическую ста­бильность. Каталитический крекинг позволяет получить бензины с ок­тановым числом до 98 и протекает при температуре 450—550 °С в присутствии водорода с алюмомолибденовым или алюмоплатиновым катализатором при давлении 3 МПа. Гидрокрекинг происходит при давлении до 20 МПа и темпе­ратуре 480—500 °С в среде водорода с катализатором, благодаря чему ненасыщенные углеводороды не образуются, и полученный бензин имеет высокую химическую стабильность. Сырьем слу­жит полугудрон. Для улучшения качества бензина прямой перегонки исполь­зуют каталитический риформинг, который протекает в присутст­вии водорода при температуре 460—510 °С и давлении 4 МПа. При этом происходит перестройка молекул, что ведет к образо­ванию ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов и др.) из алканов и нефтенов и повышению детонационной стойкости. Коксование тяжелых фракций процессов крекинга проводится при температуре 550 °С и атмосферном давлении. При этом об­разуются кокс, газообразные углеводороды и жидкая фракция, из которой извлекается бензин. Синтезирование побочных газообразных продуктов крекинга и коксования направлено на получение высокооктановых компо­нентов: изооктана, алкилата, алкилбензола и других нефтепро­дуктов, которые используются в качестве добавок при получе­нии технических сортов бензина. Очистка автомобильных топлив является заключительной ста­дией подготовки базовых продуктов. Их необходимо очистить от избытка сернистых соединений, органических кислот и смолисто-асфальтеновых веществ. Для удаления сернистых соедине­ний применяют метод гидроочистки при температуре до 300—430 °С и давлении 5—7 МПа в присутствии катализатора и водорода. Карбоновые кислоты нейтрализуют щелочью с после­дующей промывкой водой и сушкой. Зимние сорта дизельного топлива получают удалением из жидкой фазы растворенные твердые углеводороды. Этот процесс — депарафинизация обеспечивает понижение температуры застывания дизельного топлива. Схема переработки нефти 3. АВТОМОБИЛЬНЫЕ БЕНЗИНЫ Свойства и показатели бензинов Автомобильным бензином называют нефтяную фракцию, представляющую смесь углеводородов, которая выкипает при температурах от 40 до 200°С. В России вырабатываются бензины марок А-72, А-76, АИ-92 (АИ-93), АИ-95 и АИ-98. Буква А – бензин автомобильный, И – метод определения ОЧ (исследовательский), цифры в марке бензина показывают ок­тановое число. Существуют два метода определения октанового числа: мо­торный и исследовательский. На исследовательский метод определения ОЧ указывает буква «И», отсутствие букв – моторный метод. К бензинам предъявляются следующие требования: • обеспечение нормального и полного сгорания полученной смеси в двигателях (без возникновения детонации); • образование горючей смеси необходимого состава; • обеспечение бесперебойной подачи в систему питания; • отсутствие коррозионного воздействия на детали двигателя; • незначительное образование отложений в двигателе; • сохранение качеств при хранении и транспортировке. Каждое из перечисленных требований выражается одним или несколькими показателями, которые устанавливаются соот­ветствующими нормативными документами. Показателями бензинов, влияющими на смесеобразование, являются плотность, вязкость, поверхностное натяжение и испа­ряемость. Плотность — отношение массы вещества к его объему. Плотность бензинов (от 690 до 810 кг/м3 при температуре 20 °С) наряду с поверхностным натяжением оказывает влияние на ка­чество распыления топлива в карбюраторе, во впускном трубо­проводе и цилиндрах двигателя вплоть до перехода его в паро­образное состояние. Чем меньше плотность бензина, тем более мелкую структуру будет иметь распыленное топливо, что обес­печит лучшее перемешивание его с воздухом. Это, в свою оче­редь, улучшит полноту сгорания и повысит экономичность двигателя. Плотность бензина мало зависит от температуры; с понижением температуры на каждые 10 °С ее величина возрас­тает примерно на 1 %. Если значение плотности определено без учета температуры, то ее можно привести к значению плотности при температуре 20 °С по формуле Р20 = ρt + γ(t - 20), где ρt — плотность бензина при температуре t; γ — температурная поправка; t — температура при измерении. Плотность различных марок бензина примерно одинакова и определяется с помощью ареометра. Методы определения плотности нефтепродкутов определяет ГОСТ 3900—85. Ареометр погружают в стеклянный сосуд, заполненный бензи­ном. По глубине погружения (верхняя шкала) определяют зна­чение плотности, а по нижней шкале устанавливают температуру, при которой определялась плотность. Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой. Различают динамическую η и кинематическую ν вязкости. За единицу динамической вязкости принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление силой в 1 Н, вызванным взаимным сдвигом двух слоев этой жидкости площадью 1 м2, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся со скоростью 1м/с. Динамическая вязкость измеряется в Па • с. С понижением температуры вязкость нефтяных топлив и их плотность повышаются. При понижении температуры уменьшится объемный расход бензина через форсунки или жиклеры карбюратора, но при этом увеличится его массовый расход. Таким образом, влияние изменения вязкости и плотности бензина на работу форсунки или жиклера противоположно, но в итоге при понижении температуры расход топлива уменьшится, что приведет к обеднению смеси. В нормативных документах на нефтепродукты указывается кинематическая вязкость, которая равна отношению динамической вязкости вещества к его плотности р η = γ /ρ Кинематическая вязкость измеряется в мм2/с. При температуре 20°С вязкость бензина составляет от 0,5—0,7 мм2/с. С по­нижением температуры вязкость бензина повышается. Поверхностное натяжение равно работе образования единицы площади (1 м2) поверхности жидкости при постоянной температуре и измеряется в Н/м. Для всех бензинов поверхностное натяжение одинаково и при температуре 20°С равно 20—24 Н/м. Испаряемость — это способность вещества к переходу из жидкого состояния в газообразное. От испаряемости зависит надежность поступления бензина из топливного бака в карбюратор и скорость образования топливно-воздушной смеси. Поэтому бензины должны обладать определенной испаряемостью, обес­печивающей легкий пуск двигателя, быстрый его прогрев, пол­ное сгорание после прогрева, невозможность образования паро­вых пробок в топливной системе. Испаряемость бензина оцени­вается фракционным составом. Фракционный состав бензинов — это содержание в них тех или иных фракций, выраженное в объемных или массовых соот­ношениях. Фракционный состав топлив определяют на специальном приборе. Отмечают температуру начала перегонки tнп, конца пе­регонки tкп, температуры t10, t50, t90, при которых перегоняется 10, 50 и 90 % бензина соответственно. В бензинах различают три основные фракции: пусковую, ра­бочую, концевую. Пусковая фракция представляет собой первые 10 % перегонки бензина. Чем ниже температура выкипания пер­вых 10 % топлива, тем легче будет осуществлен пуск холодного двигателя. Однако при содержании особо низких фракций воз­никает опасность преждевременного испарения бензина и обра­зование паровых пробок. По температуре t10 можно определить минимальную температуру окружающей среды, при которой возможен пуск двигателя: tос = 0,5t10 - 50,5. Температура выкипания 50 % бензина характеризует одно­родность состава смеси по отдельным цилиндрам, продолжи­тельность и приемистость прогрева двигателя. При снижении t50 сокращается время прогрева, увеличивает­ся приемистость автомобиля и срок службы двигателя. Повыше­ние t50 приводит к снижению ресурса двигателя, особенно при низких температурах окружающей среды. Показатели t90 и tкп определяют содержание в бензинах тяже­лых трудноиспаряемых фракций. Чем выше t90 и tкп, тем вероят­нее неполное испарение бензина и неполное его сгорание в цилиндрах, а это увеличивает расход бензина. Кроме того, несго­ревшие частицы оседают на стенках цилиндра и смывают с них масло. Давление насыщенных паров бензина характеризует испаряе­мость пусковой и рабочей фракций бензина, определяет его пус­ковые свойства и нормируется Нормативными документами: для летних бензинов — до 67,0 кПа, зимних — 66,7—93,3 кПа. К показателям бензинов, влияющим на подачу топлива относятся показатели содержания воды и механических примесей. Механическими примесями являются твердые вещества, обра­зующие осадок или находящиеся во взвешенном состоянии. Это может быть пыль, технологическая грязь, продукты коррозии, разрушения шлангов, прокладок, фильтров, окисления и разло­жения углеводородов, которые могут привести к засорению жик­леров в карбюраторе, распылителей форсунок и т. д., а также стать причиной повышенного износа деталей двигателя. Поэто­му бензины и дизельные топлива не должны содержать механи­ческие примеси. Наличие механических примесей определяется визуально пу­тем осмотра пробы на свету в стеклянной емкости. В топливе не должно быть частиц, видимых невооруженным глазом. Наличие воды в топливе вызывает коррозию деталей и осмоление непредельных углеводородов, содержащихся в бензине. Промышленное топливо практически не содержит воды. Однако зимой вода замерзает в топливных коммуникациях и может по­пасть в топливо при транспортировке, хранении и заправке. По­этому топливо до заправки должно отстаиваться в складской таре, а при заправке фильтроваться. Наличие в топливе воды определяется также визуально. Детонационная стойкость оценивается октановым числом Октановое число — условный показатель, численно равный процентному содержа­нию изооктана С8Н18 (октановое число принято за 100) в его эталонной смеси с Н-гептаном С7Н16 (октановое число – 0) которая в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя имеет та­кую же детонационную стойкость, как и испытуемый бензин. Смеси изооктана и Р-гептана различных соотношений будут иметь детонационную стойкость от 0 до 100. Например, октановое число бензина равно 80. Это значит, что данный бен­зин по детонационной стойкости эквивалентен смеси изооктана и Н-гептана, в которой изооктана 80 %. Существуют два метода определения октанового числа: мо­торный и исследовательский. Моторным методом определяют октановое число на установ­ке УИТ-65 (рис. 1.6), позволяющей изменять степень сжатия от 4 до 9, где сравнивают детонационную стойкость исследуемого бензина с эталонными образцами при температуре горючей сме­си 150 °С и частоте вращения 900 мин-1. Исследовательским способом детонационную стойкость опре­деляют при температуре горючей смеси 25—35 °С (смесь не по­догревается) и частоте вращения 600 мин-1. В этом случае в мар­ке бензина присутствует буква «И». Например, АИ-92 — автомо­бильный бензин с октановым числом не ниже 92, определенным по исследовательскому методу. Так как определение детонационной стойкости по моторно­му методу проходит в более жестких условиях, то результат будет несколько ниже, чем он был бы получен при определении по исследовательскому методу. Таблица 1 Соответствие значений октанового числа по маркам бензина, определенного различными методами Определение октанового числа А-76 АИ-80 АИ-91 АИ-92 АИ-93 АИ-95 АИ-96 АИ-98 По моторному методу 76 76 82,5 83 85 85 85 88 По исследователь­скому методу - 80 91 92 93 95 96 98 На полноразмерных двигателях на стенде определяют фак­тическое ОЧ непосредственно на автомобиле в условиях эксплу­атации (дорожное ОЧ). Наименьшей детонационной стойкостью обладают парафины, наибольшей — ароматические углеводороды. С увеличением ко­личества атомов углеводорода в молекуле ОЧ уменьшается. Установлена примерная зависимость между требуемым окта­новым числом бензина, степенью сжатия и диаметром цилиндра двигателя: ОЧ = 125,4 - 413 / ε + 0,183D где ОЧ — октановое число; ε — степень сжатия; D — диаметр, мм. Для увеличения степени сжатия на единицу необходимо по­высить октановое число на 4—8 единиц За­метное влияние на величину необходимого октанового числа для бездетанационной работы двигателя оказывают температура окружающей среды, ат­мосферное давление и влажность. Так, октановое число может быть снижено на единицу при уменьшении температуры воздуха на 10°С или атмосферного давления на 10 мм рт. ст. Способы повышения детонационной стойкости бензинов Методом прямой перегонки нефти, в принципе, можно получить бензин с октановым числом до 91 (А-76, АИ-80, АИ-91). Однако такое производство бензина экономически нецелесообразно: во-первых, из каждой тон­ны нефти выход полезного продукта получается вдвое меньше, во-вторых, не из всякой нефти (из-за ее фракционного состава) можно получить бензин АИ-91. Поэтому обыч­но бензин с необходимым октановым числом получают двумя способами. Первый способ: бензин прямой перегонки подвергают вто­ричной переработке (каталитический риформинг, крекинг и др.), т. е. воздействуют на химический состав бензина, с образованием устойчивых к детонации углеводоро­дов — ароматических и изоалканов. Этот способ тре­бует значительных средств, но бензин при этом получается наи­менее вредным для окружающей среды. Октановое число высококачественных бензинов АИ-95, АИ-98 достигается этим путем. Второй способ: введение в бензин прямой перегонки специ­альных антидетанационных присадок — антидетонаторов. Бензин получается суще­ственно дешевле, но и значительно вреднее. Антидетонаторы — металлоорганические соединения, незна­чительное количество которых в бензинах резко повышает их детонационную стойкость (табл. 2). В 1920 г. была найдена добавка — тетраэтилсвинец (ТЭС) Рb(С2Н5)4, резко подавляющая детона­цию. До настоящего времени это самая эффективная добавка. Введение 0,3 % ТЭС в бензин приводит к повышению октаново­го числа на 15—25 единиц. Известно несколько марок этиловых жидкостей, которые содержат от 54 до 58 % ТЭС. Бензины, со­держащие этиловую жидкость, ядовиты, поэтому окрашиваются в различные цвета. Имеются заменители ТЭС, такие, как пентакарбонил железа Fe(CO)5, декарбонил марганца Мп2(СО)10 и циклопентадиенил- карбонил марганца (ЦТМ) С5Н5Мп(СО)3 с очень высоким анти- детонационным эффектом. Наиболее приемлемой является присадка метилтребутилового эфира (МТБЭ). Добавка 10 % МТБЭ в бензин повышает окта­новое число на 5—6 единиц. МТБЭ хорошо совмещается с бен­зином и с его помощью получают неэтилированные бензины А-76 и АИ-93. Повышение октанового числа с помощью ТЭС обходится в пять—девять раз дешевле, чем при использовании других анти­детонаторов, но они экологически более вредные. В России использование этилированных бензинов запрещено. Таблица 2 Антидетанационные присадки, повышающие ОЧ бензина Антидетонатор Состав Негативное воздействие ТЭС Тетраэтилсвинец Сильное канцерогенное действие на человека, опасное загрязнение природы, губителен для нейтра­лизаторов ОГ автомобиля МЦТМ на основе мар­ганца Метилциклопентадиентри- карбонил марганца Недостаточная стабильность в топливе, снижение ресурса свечей зажигания, неко­торое повышение концентрации твердых частиц и нейротоксичность ОГ, снижение ресурса нейтрализатора Ферроцены на основе железа Диметилферроценил карбонил-ферроцен Повышенный износ двигателя и смолооб­разование Ферроцены на основе аминов Смесь менометиланилина и анилина-экстралина Увеличение смолообразования и окисляемости топлива МТБЭ Метилтретбутиловый эфир Увеличение отложений и выбросов окислов азота и альдегидов Фэтерол Смесь МТБЭ с третбугило- вым эфиром Тоже Этанол - Низкая гидролитическая стабильность (бо­ится влаги), вредное воздействие на рези­ну и пластмассы Метанол - То же плюс летучесть и токсичность паров Свойства и показатели бензинов, влияющие на образование отложений Способность жидкого топлива сохранять свой состав и свой­ства в процессе хранения и транспортировки называется стаби­льностью. Различают физическую и химическую стабильность Изменение физической стабильности возможно в результате кристаллизации высокоплавких углеводородов при низких тем­пературах, а также испарения легких фракций при высоких тем­пературах. В результате изменяется состав (обедняется легкими фракциями), что затрудняет пуск двигателя. Химическая стабильность — сохранение химических свойств вещества в процессе хранения и транспортировки, так как со временем в бензинах происходят процессы окисления, уплотне­ния и разложения. Такие свойства бензинов, как окисление и смолообразование при длительном хранении, характеризуются параметром индукционного периода. Индукционный период — время, в течение которого бензин, на­ходящийся в контакте с воздухом под давлением 0,7 МПа при тем­пературе 100 °С, практически не окисляется. Чем выше индукци­онный период бензина, тем выше его химическая стабильность. Степень осмоления определяется содержанием в бензине фактических смол. Этот показатель определяется в специальном приборе путем испарения навески бензи­на (100 мл) в струе нагретого воздуха и взвешивания остатка после испарения. Смолы, образующие липкие остатки, от­лагаются на таких деталях, как топлив­ный бак, топливопроводы, насос, карбю­ратор, стержни впускных клапанов. Смо­лы, осевшие на горячих деталях, образуют твердые отложения, а попав­шие в камеру сгорания, вызывают обра­зование нагара. Увеличение площади контакта топ­лива с воздухом при хранении ускоряет окислительные процессы. Поэтому при хранении целесообразно заполнять емкости до горловины. Воздушное пространство над топли­вом после реакции кислорода воздуха с парами топлива обогащается азотом, и процесс окисления замедляется. Поступле­ние свежего воздуха снова вызывает интенсивное протекание МАРКИ БЕНЗИНОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ Основными показателями, определяющими компонентный состав бензинов, являются детонационная стойкость и фракци­онный состав. Качество автомобильных бензинов марочный состав регламентиру­ется ГОСТами и другими нормативными документами. По наличию антидетонаторов бензины делятся на этилиро­ванные и неэтилированные. Каждая марка бензина кроме АИ-95 и АИ-98 имеет летнюю и зимнюю модификации. Разница в тем­пературах перегонки модификаций составляет 10—20оС, причем для всех марок бензина температура испарения одноименных фракций одинакова нефти и технологии ее производства Состав бензина и другие его показатели зависят от место­рождений Основные показатели бензинов Показатель А-72 А-76 АИ-93 АИ-95 Октановое число, не менее: по моторному методу по исследовательскому методу 72 Не нормир. 76 Не нормир. 85 93 89 95 Концентрация свинца, г на 1 дм3 бензина, не более 0,013 0,013 0,03 0,013 Фракционный состав бензина, °С: tHn, не ниже: летнего зимнего 35 Не нормир. 35 Не нормир. 35 Не нормир. 35 Не нормир. t10, не выше: летнего зимнего 70 55 70 55 70 55 75 55 t50, не выше: летнего зимнего 115 100 115 100 115 100 120 105 t90, не выше: летнего зимнего 180 160 180 160 180 160 180 160 tкп, не выше: летнего зимнего 195 185 195 185 205 195 205 195 Давление насыщенных паров бензина, кПа, не более: летнего зимнего 66,7 66,7-93,3 66,7 66,7-93,3 66,7 66,7-93,3 66,7 66,7-93,3 Кислотность, КОН на 100 см3 бензина, мг, не более 3,0 1,0 0,8 2,0 Концентрация фактических смол в 100 см3 бензина, мг, не более: на месте производства на месте потребления 5 10 3 8 Отсутствие 5 5 5 Массовая доля серы, %, не более 0,1 0,1 0,1 0,1 Водорастворимые кислоты и щелочи Отсутствие Механические примеси и вода Отсутствие Цвет - Желтый Оранжево-красный - Бензины различных марок получают разными способами, и каждая марка предназначена для двигателей с определенной степенью сжатия. Способы получения и назначение автомобильных бензинов Марка бензина Способ получения Степень сжатия А-72 Смешивание бензинов прямой перегонки и катали­тического крекинга с добавлением бензина термиче­ского крекинга 6,2-6,5 А-76 Смешивание бензинов каталитического крекинга и риформинга с добавлением легкого бензина прямой перегонки 6,5-7,0 АИ-92, АИ-93, АИ-95 На базе бензина каталитического риформинга (75-80 %) с добавлением толуола и алкилбензола. Для улучшения пусковых качеств добавляются лег­кие бензины прямой перегонки 8,5-9,0 АИ-98 Каталитический крекинг 9-10 В таблице показана взаимозаменяемость бензинов россий­ского и зарубежного производства Взаимозаменяемость бензинов Отечественный бензин Зарубежный бензин Марка, ГОСТ (ТУ) Марка Спецификация Страна А-76, ГОСТ 2084-77 Обычный Туре 2 ONO RMC113 JIS К 2202-80 CAN-2-3,5-79 Австрия Япония Канада АИ-92, ТУ 38.001165-85 А-93 Normal Regular БДС8638-82 DIN 51600, DIN 51607 ASTM D439-83 Болгария Германия США АИ-95, ТУ 38.1011279-89 Premium Superbenzin SNV 181162 BS 7070-85 Швейцария Великобритания АИ-98, ГОСТ 2084-77 A-96 Star Super БДС8638-82 SNV 181161/1 BS 4040-78 Болгария Швейцария Великобритания АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА Требования к дизельному топливу Дизельные топлива (ДТ) предназначены для дизелей и явля­ются нефтяными фракциями, выкипающими при температуре от 200 до 350 °С. По химическому составу они представляют собой смесь нормальных алканов, изоалканов, циклоалканов и неболь­шого количества ароматических углеводородов. ДТ должны отвечать следующим требованием: • иметь определенные плотность, поверхностное натяжение, испаряемость и самовоспламеняемость; • сохранять текучесть при низких температурах; • быть химически и физически стабильными; • обладать минимальным коррозионным воздействием; • не содержать воды и механических примесей. ​ ​ Свойства и показатели ДТ, влияющие на подачу Вязкость Если вязкость топлива слишком высокая, то оно будет с тру­дом проходить через фильтры, форсунки и т. д. Низкая вязкость ДТ ухудшает смазывание плунжерной пары насоса высокого давления и уменьшает цикловую подачу топлива. Кроме того, от вязкости зависит качество распыления. Вязкость ДТ находится в пределах 2,5—4,0 мм2/с. Низкотемпературные свойства Низкотемпературные свойства жидких углеводородных топ­лив зависят от группового и фракционного состава. Наихудши­ми низкотемпературными свойствами обладают парафины (ал- каны) и ароматические углеводороды, наилучшими — циклоалканы. Углеводороды, входящие в состав ДТ, имеют высокую температуру кристаллизации, это, прежде всего, относится к нормальным алканам. При понижении температуры окружаю­щей среды эти углеводороды видны невооруженным глазом как отдельные кристаллики. Наивысшая температура, при которой топливо теряет прозрач­ность, называется температурой помутнения. При этом топливо не теряет свойство текучести. Значение вязкости при повышении температуры увеличивается незначительно, однако кристаллы, проникая через фильтр грубой очистки, образуют непроницае­мую для топлива пленку на фильтре тонкой очистки, что приво­дит к прекращению подачи топлива. Следует учитывать, что температура помутнения должна быть на 3—5 °С ниже температуры окружающей среды. При дальнейшем охлаждении ДТ наступает сращивание от­дельных кристаллов в каркас, который пронизывает все топливо, сковывая его. Топливо теряет текучесть. Наивысшую температуру, при которой топливо теряет теку­честь, называют температурой застывания. Она должна быть на 8—12 °С ниже температуры окружающей среды. Для улучшения низкотемпературных свойств дизельных топ­лив проводят их частичную депарафинизацию и добавляют спе­циальные присадки (депрессоры). Температуры застывания и помутнения определяют в специ­альном приборе по ГОСТ 20287—91. Температуру застывания можно понизить путем введения депрессорной присадки (например, АзНИИ—ЦИАТИМ-1). СВОЙСТВА И ПОКАЗАТЕЛИ ДТ, ВЛИЯЮЩИЕНА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ И ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ Воспламенение ДТ, как и любого другого вида топлива, зависит от температуры в очаге возгорания. Температура самовос­пламенения ДТ определяется его химическим составом. Цетановое число Способность ДТ самовоспламеняться оценивают цетановым числом (ЦЧ). Метод оценки самовоспламеняемости топлив для быстроходных дизелей аналогичен методу оценки детонацион­ной стойкости бензинов. В качестве эталонных топлив для опре­деления самовоспламеняемости выбирают два углеводорода: цетан С16Н34 и альфаметилнафталин С10Н7СН3. Самовоспламеняе­мость первого углеводорода условно принята за 100, второго — за 0. Смешивая их можно получить смесь с самовоспламеняемо- стью от 0 до 100. Таким образом, цетановым числом называется условный показатель, численно равный процентному содержа­нию цетана в такой его смеси с альфаметилнафталином, которая по самовоспламеняемости соответствует испытуемому образцу. Для безотказной работы современных двигателей требуется топливо с цетановым числом летом — не менее 45, зимой — 50. При цетановом числе ниже 45 дизели работают жестко, особен­но зимой, а выше 45 — мягко. Однако использовать топлива с цетановым числом выше 60 нерентабельно, так как жесткость работы при этом изменяется незначительно, а удельный расход топлива возрастает. Последнее объясняется тем, что при повы­шении ЦЧ свыше 55 период задержки воспламенения (время с момента начала подачи топлива в цилиндр двигателя до начала горения) настолько мал, что топливо воспламеняется вблизи форсунки, и воздух, находящийся дальше от места впрыска, почти не участвует в процессе сгорания. ДТ не всегда обеспечивают необходимую самовоспламеняе- мость, поэтому возникает необходимость в повышении цетано- вого числа. Существуют два основных метода: изменение хими­ческого состава и введение специальных присадок. Что касается надежности холодного пуска двигателя при раз­личных температурах окружающей среды, то он в большей сте­пени зависит от конструкции двигателя и режима пуска, чем от ЦЧ топлива. При температуре в камере сгорания ниже 350—400 °С горючая смесь уже не будет в состоянии воспламе­няться. Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала дизеля должна быть 100—120 мин-1. И чем выше пусковая частота, тем выше температура сжимаемого воздуха, а значит и условия пуска двигателя. Цетановое число зависит от содержания и строения углево­дородов, входящих в состав ДТ. Цетановые числа алканов — са­мые высокие, самые низкие числа имеют ароматические углево­дороды. Углеводороды, входящие в состав ДТ, по ЦЧ располага­ются следующим образом: 1 — алканы, 2 — циклоалканы, 3 — изоалканы, 4 — ароматические углеводороды. Увеличение числа углеродных атомов в молекулах углеводородов приводит к увели­чению цетанового числа. Таким образом, повышение содержания н-алканов приводит к увеличению ЦЧ. Однако н-алканы имеют высокую температу­ру кристаллизации, что приводит к ухудшению низкотемпера­турных свойств ДТ. Введение в ДТ специальных кислородсодержащих присадок способствует легкому выделению активного кислорода. К таким присадкам относятся органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты, которые, попадая в камеру сгорания, ускоряют образование перекисей, от разложения которой ускоряется про­цесс самовоспламенения. Так, добавление 1 % изопропилнитрата повышает ЦЧ на 10—12 единиц и улучшает пусковые свойст­ва ДТ в зимнее время.