Експертиза бензину

Вимоги Всесвітньої паливної хартії до автомобільних бензинів

Октанове число - це міра здатності бензину чинити опір самозаймання; самозаймання може викликати детонацію в двигуні. Є два методи лабораторних випробувань для вимірювання октановим чисел: один з них визначає октанове число за дослідним методом (ОЧИ), а інший визначає октанове число за моторним методом (ОЧМ). ОЧИ найкращим чином корелює з умовами низькій швидкості і середньої детонації, а ОЧМ корелює з умовами високотемпературної детонації і часткової роботи дроселя. Значення ОЧИ зазвичай більше, ніж значення ОЧМ.

Автомобілі проектуються і налаштовуються на певний октанове число. Коли споживач використовує бензин з октановим числом меншим, ніж вимагається октанове число, виникає детонація, яка може привести до серйозного пошкодження двигуна. Двигуни, забезпечені датчиками детонації, можуть працювати при більш низьких октановим числах, зменшуючи кут випередження запалювання; однак, збільшиться витрата пального і знизиться потужність, а при дуже низьких октановим числах детонація не зникне. Використання бензину з октановим числом більшим, ніж потрібно, не поліпшить якість роботи автомобіля. Паливна хартія встановлює три сорти бензину за октановим числом в кожній категорії (91, 95 і 98 по ОЧИ).

Нормальне згоряння палива дає швидкість, з якою поширюється полум'я, в межах до 35 м /с. Це при нормальному стані пального. Але в особливих умовах може відбуватися процес детонації, коли швидкість згоряння зростає до 1500-2500 м /с. Детонаційні хвилі при цьому відбиваються від стін циліндра.

Детонація викликає дзвінкий стукіт в двигуні, струс, може піти дим чорного кольору з іскрами в газах випуску. У цей момент страждають деталі двигуна, відбувається їх підвищений знос, клапани та поршні швидко вигорають.

Згоряння з детонацією походить від згоряння і розклад продуктів окислення дуже нетривких, що розкладаються речовин, які при цьому мають надмірність енергії. І чим більше температура, тим швидше відбувається окислення. У карбюраторі при незгорілої робочої суміші порції цієї суміші відчувають вплив особливо високих температур, що веде до утворення великої кількості перекисів і створення умов детонації. Але якщо в складі є вуглеводні, які не створюють багато перекису, то і згоряння завершується в нормальному режимі.
Якщо ж останні порції містять велику кількість перекису, то їх концентрація може стати критичною і привести до детонації і вибухового розпаду. При різкому підвищенні тиску, виникненні ударної хвилі йде займання суміші. При цьому суміш згорає зі швидкістю, що дорівнює поширенню ударної хвилі.

Що збільшує можливість детонації? Перегрів, погане техобслуговування, коли виникає накип на сорочці і з-за її низької теплопровідності підвищується температура робочої суміші. При цьому зниження детонації сприяє вологість навколишнього атмосфери. Детонацію провокують і відкладення в днище поршня і утворення нагару в поршневих кільцях. Детонаційна стійкість бензину визначається за його октановим числом.

сірка є природним компонентом сирої нафти. Якщо сірку не видалити під час процесу переробки нафти, вона буде забруднювати автомобільне паливо. Сірка має суттєвий вплив на автомобільні викиди, знижуючи продуктивність каталізатора і негативно впливаючи на датчики кисню. Зменшення концентрації сірки призводить до зменшення викидів з усіх автомобілів, обладнаних каталізаторами.

Виробники посилено працюють над зниженням витрати палива при знижених викидах вуглекислого газу. Робота на збідненої паливно-повітряної суміші - це найбільш перспективний спосіб досягти цього зниження в автомобілях, що працюють на бензині. Однак виникає нова проблема, пов'язана з якістю очищення відпрацьованих газів. У той час як незгорілі вуглеводні і СО ефективно видаляються за допомогою існуючих каталізаторів під час роботи на збідненої суміші, NOx видаляються тільки під час роботи на стехиометрической або багатою суміші.

Каталізатори "Lean NOx absorber" працюють, хімічно вловлюючи NOx під час роботи на збідненої суміші. Потім NOx виділяються і розкладаються каталізатором за кілька секунд роботи на багатій суміші. Однак оксиди сірки адсорбуються сильніше і знижують поглинальну здатність адсорбенту по оксидам азоту. Видалення сірки вимагає більш тривалої роботи на багатій суміші, що зводить нанівець вигоди паливної економічності, заснованої на спалюванні збідненого суміші. Однак, при використанні бензинів, що не містять сірку, буде зберігатися необхідна активність розкладання NOx.

Корозійні властивостей бензину. Бензин, вступаючи в зіткнення з металом, здатний викликати серйозне його зміна - корозію. Тому різні резервуари, металеві баки для палива, деталі в карбюраторі страждають від пошкодження корозією, яка неминуче відбувається через вміст у складі палива органічних кислот, сірчистих сполук і лугів.

Органічні кислоти з'являються в ньому при транспортуванні і зберіганні внаслідок окислення. Особливо руйнівна сила у кислот нафтового ряду, вони особливо руйнують деталі з цинком і свинцем. При взаємодії з металом органіка утворює мильні пластівці, які також осідають на елементах системи харчування в двигуні і призводять до її засмічення.

Сполуки сірки прийнято розділяти на активні і неактивні. При цьому до перших відносяться сірководень, меркаптани і елементарна сірка. Другі ж це дисульфіди, сульфіди, інші. Особливо страждають металеві деталі при появі активних речовин, вони найбільш небезпечні і тому неприпустимі в бензині. Другі самі по собі не роблять руйнівного впливу на метал. Але при згорянні палива можуть утворювати агресивні оксиди сірки. Частка сірки коливається в різних марках в різних межах від 0,05 до - 12 відсотків, і з підвищенням цього числа знос двигуна стає все більш імовірним, а корозія металу від впливу сірки на деталі скорочує показники потужності і економічності двигуна. Кислоти, розчиняються у воді, нерідко потрапляють в паливо з брудної тари. Кислоти теж призводять до руйнування, тому їх не повинно бути в бензинах.

Свинець. Алкілсвінцовие паливні присадки раніше використовувалися як недорогі антидетонатори для бензину. Однак їх шкідливий вплив на здоров'я призвело до того, що на багатьох ринках перестали використовувати етилований бензин. Слід все-таки звернути увагу на існуючий автомобільний парк, так як для старіших автомобілів потрібна наявність в паливі свинцю (або паливних присадок, що заміщають свинець) для захисту двигуна. Бензини з низьким вмістом свинцю (0.05 г /дм³) Продаються на ринках етилованого бензину. Це знижує ризик забруднення і забезпечує достатній захист двигуна. У той час як ефективність автомобільних каталізаторів зростає, стійкість до свинцевого отруєння залишається дуже низькою, так що навіть слабке забруднення свинцем може призвести до руйнування сучасного каталізатора. Отже, ринок бензину без вмісту свинцю, дуже важливий в довгостроковому плані.

Фактичні смоли. Окислення ненасичених бензинових вуглеводнів призводить до появи смол, які відкладаються на стінах в камері згоряння та інші деталі, з якими стикається паливо. Ці відкладення мають коричневий темний колір, вони липкі і можуть поступово порушувати роботу двигуна. Накопичуючись в карбюраторі, закупорюючи собою трубопроводи, ці речовини здатні наробити багато неприємностей для автомобіля і навіть вивести його з ладу.

Коли працює двигун, висококиплячі бензинові фракції разом зі своїми смолами направляються до циліндрів, а при постійному підігріві стінок трубопроводу окислення йде активніше, і шкідливі речовини осідають на стінках трубопроводів, полімеризуються, утворюють відкладення, звужують корисний просвіт трубопроводу, погіршують випаровування.

Відкладення осідають і на впускних клапанах, через його відбувається зависання клапанів. Відкладення можуть привести і до детонації при стисненні двигуна, а нагар погіршують відведення теплоти гарячих газів до рідини системи охолодження.

Існує поняття концентрації фактичних смол в мг на 100 мл бензину. В автомобільному паливі їх зміст допустимо 2 - 10 мг в 100 мл, при перевищенні відбувається зниження часу до поломки двигуна від підвищеного нагару.

Золообразующіе паливні присадки можуть негативно і необоротно вплинути на роботу каталізаторів та інших компонентів (наприклад, кисневого датчика), що призведе до збільшення викидів. Таким чином, слід використовувати високоякісний бензин, а використання золообразующіх паливних присадок необхідно уникати.

Індукційний період бензину. Висока хімічна стабільність - основний показник якісного бензину. Хімічною стабільністю називається те, як паливо протистоїть хімічним змінам при транспортуванні, зберіганні і використанні. На неї впливає склад, його невуглеводневі домішки, наявність різних доданих присадок для антіокісленія.

До того моменту, поки його заллють в бак автомашини, він проходить довгий шлях транспортування по нафтобазам, а раніше від заводу, де його виробляють. На всьому шляху бензин відчуває окислення в результаті змішування з киснем. Основна частина продуктів, що утворюються при цьому, залишається розчиненої в самому паливі, але деякі випадають як осад. Причому в резервуарах може накопичуватися деяке число відстою і осаду, і це теж прискорює окисний процес. На нього впливає також каталітична дія від металу, наприклад, міді.

Щоб попередити неприємний процес, використовуються спеціальні антиокислювачі, їх ще називають інгібіторами. Під впливом молекулярного кисню ці процеси припиняються на якийсь час. Тому сучасний бензин зазвичай містить такі присадки в невеликих кількостях - приблизно від тисячної до десятих частки відсотка.

Антиокислювач гальмує процес на певний момент, це час називають індукційним періодом, після чого вплив кисню знову зростає. Звичайний період становить від 600 до 1300 хвилин. При прискореному окисленні для визначення індукційного періоду утворюються смоли, і їх кількість вказує на стабільність палива при довгому зберіганні.

Хімічна стабільність автомобільного бензину - це показник, який дозволяє визначити їх схильність до смолообразованія, а значить, і розрахувати час зберігання. Вона залежить від хімічного складу бензинів. Освіта смол, а також зміна кольору і поява різкого запаху у палива і маслянистого шару на дні резервуара відбувається в результаті окислення. Окислення більшою мірою схильні до бензини з високим вмістом олефінових вуглеводнів, а також вироблені із застосуванням крекінгу або піролізу. За допомогою спеціального приладу, під певним тиском і при спеціальній температурі проводиться контроль індукційного періоду - часу, протягом якого паливо в даних умов не окислюється. Відповідно, показники індукційного періоду дозволяють зробити висновок про схильність його до смолообразованія і окисленню, ці показники прямо пропорційні. Освіта смолистих речовин згубно позначається на стані двигуна - смоли відкладаються на впускних трубопроводах, газорозподільних впускних клапанах, деталях і стінах системи харчування і камери згоряння. Ступінь окислювання обчислюється показником, який називається залишком (в мг), який утворюється в 100 г бензину після його випаровування в спеціальних умовах. Чим вище температура навколишнього середовища, тим менше стабільність, відповідно, рекомендується фарбування резервуарів у світлі тони і заливка пального на максимальний рівень. Використання присадок збільшує термін зберігання і індукційний період.

МТМ (метілціклопентадіеніл трікарбоніл марганцю) - це з'єднання на основі марганцю, що поставляється як паливна присадка, що збільшує октанове число, для бензину і паливна присадка, що поліпшує згоряння, для дизельного палива. Продукти горіння МТМ утворюють відкладення на внутрішніх деталях двигуна, таких як свічки запалювання, приводячи до перебоїв запалювання, порушення роботи двигуна і підвищеним викидам. В результаті зростає число нарікань з боку споживачів і гарантійних витрат виробника.

Продукти горіння також накопичуються на каталізаторі. Як тільки каталізатор покривається або забивається ними, час життя і ефективність його зменшуються. Продукти горіння МТМ накопичуються на поверхні каталізатора, але бортова система діагностики може помилково показувати, що каталізатор працює нормально. Таким чином, несправність каталізатора може залишитись непоміченим і усунена, в той час як автомобіль буде працювати з підвищеними викидами забруднюючих речовин в атмосферу.

Ферроцен використовувався як заміна свинцю для збільшення октанового числа для неетилованих палив на деяких ринках. Він містить залізо, яке накопичується на каталізаторах і інших частинах вихлопної системи у вигляді оксиду заліза. Оксид заліза діє як фізичний бар'єр між каталізатором /кисневим датчиком і відпрацьованими газами. В результаті система очищення відпрацьованих газів не здатна функціонувати, як потрібно, що призводить до збільшення викидів. Таким чином, використання ферроцена необхідно уникати в складі неетильованого бензину.

кремній не є природним компонентом бензину. Однак іноді він з'являється в товарному бензині при попаданні відпрацьованих розчинників, що містять сполуки кремнію, які використовуються на нафтопереробних заводах. Таке забруднення має суттєвий негативний вплив на системи очищення відпрацьованих газів. Кремній, навіть в невеликих концентраціях, може викликати збій роботи кисневих датчиків і високі рівні відкладень в двигуні і каталізаторах. Це може привести до відмови двигуна при використанні навіть менш ніж одного бака такого забрудненого пального. Отже, в бензині не повинно бути присутнім виявляються концентрацій кремнію, а також він не повинен використовуватися як компонент будь-якої паливної присадки для поліпшення характеристик бензину і двигуна.

Оксигенати, такі як МТБЕ і етанол, часто додаються в бензин для збільшення октанового числа або щоб викликати зміну в стехиометрии в сторону збіднення суміші для зменшення викидів оксиду вуглецю. Робота на більш збідненого суміші знижує викиди оксиду вуглецю на автомобілях з карбюраторами і паливними системами без електронного управління зі зворотним зв'язком. Ці вигоди зниження викидів не реалізуються повною мірою в сучасних автомобілях, що використовують електронне управління зі зворотним зв'язком, тому що ефект збіднення має місце тільки під час роботи на холодному двигуні або під час швидкого прискорення. Це переобедненія може викликати зростання викидів. Так як етанол має більш високу теплоту пароутворення, ніж ефіри, зниження їздових характеристик автомобіля, що використовує бензин з етанолом, відбувається за рахунок додаткової теплоти, необхідної для випаровування бензину. Якщо використовуються оксигенатів, переважно використовувати ефіри. Використання метанолу не допускається. Метанол - це агресивне речовина, яке може викликати корозію металевих деталей паливних систем і руйнування полімерів.

олефінових вуглеводні - це ненасичені вуглеводні, які є високооктановими компонентами бензину. Однак вони можуть привести до утворення відкладень і підвищеним викидам хімічно активних вуглеводнів, що сприяють утворенню озону і токсичних сполук. Олефінових вуглеводні термічно нестабільні і можуть привести до утворення смол і відкладень в у впускний системі двигуна.

ароматичні вуглеводні - це молекули палива, які містять, принаймні, одне бензольне кільце. Вони є високооктановими і високоенергетичними компонентами бензину. Від згоряння ароматичних вуглеводнів може призвести до збільшення вмісту канцерогенного бензолу в вихлопних газах і збільшення відкладень в камері згоряння. Зниження об'ємної частки ароматичних вуглеводнів в бензині істотно знижує викиди токсичного бензолу і вуглекислого газу.

бензол - це природний компонент сирої нафти, що є високооктанових продуктом каталітичного риформінгу. Для людини він є сильним канцерогеном. В атмосферу виділяється в результаті випаровування і з відпрацьованими газами.

Тиск насичених парів. Бензин має властивість випаровуватися, випаровування може бути двох видів - статистичне і динамічний. Тиск насичених парів бензину повинно контролюватися за минулими сезонами з урахуванням різних рівнів випаровуваності, необхідних при різних температурах. Тиск насичених парів має суворо контролюватися при високих температурах, щоб знизити ймовірність проблем, пов'язаних з гарячим паливом, таких як парова пробка або перевантаження вугільного фільтра (адсорбера). Контроль над тиском насичених парів при високих температурах також важливий для зниження викидів за рахунок випаровування. При більш низьких температурах більш високий тиск насичених парів необхідно, щоб дозволити легкий запуск і прогрів двигуна.

Статична - це коли нерухома поверхні випаровує свої пари в стояче повітря. Таке випаровування характерно для закритих умов резервуара. При динамічному випаровуванні відбувається обдув палива повітряним потоком. Так відбувається, наприклад, в двигунах внутрішнього згоряння.

Замкнутий простір обмежує швидкість випаровування, і вона дорівнює швидкості конденсації, тому така система перебуває в рівновазі, пар знаходиться в щільності насиченості, його щільність мінімальна.
Тиском насичених парів називається тиск, який розвивають пари при рівновазі з рідиною в даному температурному режимі. При цьому в простих рідинах воно визначається тільки параметрами рідини і температур, а в складних, до яких відноситься і бензин - співвідношенням обсягу рідкої і парової фази.

На що це впливає? Чим більше випаровуваність, тим більше існує ймовірність виникнення парових пробок в системі двигуна. Ось чому в жарких регіонах і в умовах високогір'я утворюється багато пари на шкоду рідкої складової. Пари змішуються з паливом, надходять з домішкою повітря, утвореного при нагріванні, і загальна кількість подачі палива зменшується. Виникають перебої в роботі двигуна, його зупинки.
Літній тиск насичених парів не повинно перевищувати 66 661 Па (500 мм рт. Ст.), Зимовий - не більше 93325 Па. Тому зимовий бензин влітку заборонено використовувати в роботі, як і літній в зимовий час.

Фракційний склад задається або як ряд температур «Т» (Т50 - це температура, при якій википає 50% бензину), або як ряд величин «І» (і 100 - відсоток бензину, випарувався при 100 градусах). Надмірно висока температура Т50 (або низький відсоток і 100) може призвести до поганого запуску і поганим принцип роботи даного продукту під час прогріву при помірних температурах навколишнього середовища. Контроль над індексом пускового періоду (ІПП), що розраховується за температур, при яких википає 10%, 50% і 90% бензину, і об'ємній частці кисню, може також використовуватися як гарантія надійного холодного пуску і прогріву двигуна.

Бензин складається з різних вуглеводнів, що володіють складною і не однаковою испаряемостью. Испаряемость залежить від хімічного складу палива, а визначається по межах температури википання як його самого, так і окремих його фракцій. Якість бензину безпосередньо залежить від того, як співвідносяться в ньому фракції. Саме вони впливають на легкість запуску двигуна і на прийомистість, на час прогріву і інші характеристики.
Розрізняють пускову, робочу та кінцеву фракції. Перша це самі низкокипящие вуглеводні, вони займають десяту частину дистиляту. Ще до 90 відсотків обсягу становить робоча фракція, а що залишилися 10 - фракція кінцева, до кінця кипіння.

Співвідношення фракцій має бути таким, щоб бензин міг забезпечувати хороший запуск двигуна, швидкий його розгін, мала витрата і розподіл палива по циліндрах з мінімальним зносом їх і поршнів. При цьому співвідношення фракцій повинно бути ідеальним. В іншому випадку рідким паливом буде омиватися мастило, а моторне масло розріджений в картері. При нестачі низкокипящих фракцій частина не випарувався палива в НЕ розігрітому двигуні потрапить в циліндри рідким видом. Відсутність мастила призведе до передчасного зносу деталей.

Щоб цього всього не допустити, існує система контролю за змістом низькокиплячих вуглеводнів. В даний час вона будується на трьох показниках:

• температура початку перегонки - не менш 35 градусів влітку і без норми взимку;
• температура перегонки 10 відсотків бензину - не більше 70 градусів влітку і не більше 55 взимку;
• тиск насичених парів.

Прогрівання двигуна стартує з пуском і триває до стійкості в роботі. В кінці на холостому ходу відбувається практично випаровування палива повністю у впускному трубопроводі. При мінімальній температурі перегонки 50% і більше легкому складі двигун гріється швидше. Паливо ж низької температури швидше випаровується у впускному трубопроводі, горюча суміш краще наповнює циліндри і зростає потужність двигуна.
Прийомистість поліпшується тоді, коли циліндри при дроселюванні наповнюються багатою сумішшю. Збіднена ж суміш, коли системі харчування частково не випаровується, призводить до зупинки двигуна.
Температурою перегонки 50% річного палива позначений верхня межа в 115 ° С, зимового палива - до 100 ° С. Це дозволяє отримати швидкий прогрів і хорошу прийомистість двигуна.

Використання палива високої температури на кінці кипіння підвищує знос двигуна, збільшує відкладення на деталях солей, підвищує паливний витрата. Тому для літнього бензину температурою перегонки 90% палива повинна бути температура не вище 180 ° С, а для зимового не більше 160 ° С. Кінець кипіння річного не повинен перевищувати 195 ° С, а зимового 185 ° С.

Парова пробка. Зайве висока випаровуваність бензину може викликати проблеми при нагріванні палива, такі як освіта парової пробки, перевантаження вугільного фільтра і підвищені викиди. Парова пробка виникає, коли занадто багато пара утворюється в паливній системі і знижується подача палива в двигун. Це може привести до втрати потужності, нестійкої роботи двигуна або до того, що двигун затихне. Так як тиск насичених парів і фракційний склад не достатні для того, щоб гарантувати стійку роботу автомобіля, необхідно встановити певний співвідношення парової і рідкої фаз (показник парової пробки).

Паливні присадки для захисту від відкладень. Від згоряння навіть дуже якісного бензину може привести до утворення відкладень. Такі відкладення будуть збільшувати викиди з двигуна і негативно впливати на робочі характеристики автомобіля. Високоякісне паливо містить паливні присадки для захисту від відкладень на форсунках і клапанах.

Однак миючі присадки зазвичай збільшують рівень відкладень в камері згоряння (ГКС) в порівнянні з базовим пальним. Тому необхідно створювати оптимальні паливні присадки для максимального зниження ОКС, що дозволить конструкторам двигунів поліпшити конструкції камер згоряння для зниження викидів і витрати пального. Видалення ОКС може знизити вуглеводневі викиди з двигуна на величину до 10%, СО - до 4% і NOx - до 15%.