Сайт ВАЗ-2101

Пользовательского поиска
Бензин

В оставшиеся полтора десятилетия двадцатого века бензиновые двигатели внутреннего сгорания на легковых автомобилях не уступят своего преимущественного распространения ни электрическим, ни инерционным, ни атомным, ни газотурбинным, ни даже своих ближайшим родственникам - дизелям или двигателям, работающим на газе. Значит, есть смысл разобраться, что же это за незаменимое пока топливо - бензин, каким оно бывает, чем отличается от других видов топлива, наконец, как оно, сгорая, обеспечивает перемещение автомобиля.

Итак, вы подъезжаете к бензоколонке, вставляете заправочный пистолет в горловину, и в бак начинает течь почти бесцветная, замерзающая при температуре ниже минус 60 °С смесь различных углеводородов, представляющая продукт переработки нефти и способная образовывать взрывчатые смеси при концентрации паров в воздухе 74...123 г/м3.

Из жиклеров карбюратора бензин вытекает в жидком виде. На коротком пути от карбюратора до цилиндра бензин должен испариться так, чтобы концентрация его паров в воздухе была не более 74 г/м3 и не менее 123 г/м3. Как видите, интервал состава взрывчатой смеси довольно узкий. При этом не имеет значения, сколько жидкого (в виде капелек или пленки на стенках) бензина в смеси, так как толку от него в момент воспламенения - никакого.

Следовательно, важнейшее свойство бензина - его способность испаряться. На процесс испарения любой жидкости влияют ее вязкость, плотность и поверхностное натяжение, но главное - он определяется температурой кипения. Бензин - многофракционная жидкость. Поэтому он не имеет, определенной температуры кипения, как, например, вода, спирт или ацетон. При атмосферном давлении входящие в бензин легкие фракции начинают кипеть уже при температуре 30...40°С, а тяжелые выкипают только при 160...205 °С. Температура выкипания 10% бензина в значительной мере характеризует его пусковые свойства, так как при низкой температуре эти фракции испаряются в первую очередь. Наименьшая температура воздуха в °С, при которой может быть осуществлен надежный пуск двигателя, определяется по следующей эмпирической формуле. Формула получена для двигателя, имеющего степень сжатия 7,0, карбюратор без пускового устройства, обычную систему зажигания и работающего на автомобильном бензине. Температура, при которой возможен пуск, понижается с увеличением степени сжатия двигателя, а также при применении в карбюраторе пускового устройства, использовании электронного зажигания или увеличении частоты вращения вала двигателя. Значит, чем ниже температура начала кипения легких фракций, тем легче пустить двигатель в холодное время года. Вместе с тем слишком низкая температура начала кипения становится существенным недостатком в жару: повышается пожароопасность, увеличиваются потери бензина от испарения, легкие фракции начинают кипеть в бензопроводе и топливном насосе, образуя паровые пробки, которые препятствуют поступлению бензина в карбюратор.

Большое значение для эксплуатационных свойств бензина имеет интервал температур от начала кипения легких фракций до окончания кипения тяжелых, концевых фракций. Чем он уже, тем короче время прогрева двигателя, лучше его приемистость. Эти свойства определяются тан называемой медианной температурой кипения бензина, т. е. такой температурой, при которой выкипает 50 % входящих в бензин фракций.

Наконец, температура конца перегонки, при которой полностью выкипают тяжелые фракции, влияет на долговечность двигателя. Если за 100% принять скорость изнашивания двигателя при работе на бензине с температурой конца перегонки 205 °С, то при 160 °С эта скорость составит примерно 60 %, а при 230 °С - 150 %.

Фракционный состав бензина определяет его удельную теплоту сгорания. У авиационных бензинов этот показатель выше, чем у автомобильных. Благодаря этому при работе на авиационном бензине двигатель развивает большую мощность, однако для автомобильного двигателя это чревато прогоранием клапанов, не рассчитанных на столь высокую температуру.

Выпуск зимнего и летнего бензинов предусмотрен для того, чтобы в какой-то мере компенсировать сезонные изменения температуры. Летний бензин предназначен для применения с 1 апреля по 1 октября во всех: районах нашей страны, кроме северных и северо-восточных, где круглый год используется зимний бензин. В южных же районах круглогодично допускается применение летнего бензина. Пользоваться зимой летним бензином - значит создать себе трудности с пуском, потерять в динамике, ухудшить топливную экономичность и ускорить износ двигателя. Рекомендация применять зимой для облегчения пуска двигателя авиационный бензин (или бензин А-95, АИ-98) ошибочна. Пусковые свойства авиационных бензинов хуже, чем зимних и даже летних автомобильных. Для самих же автомобильных бензинов, если не считать снимаемый с производства А-66, пусковые свойства определяются видом (летний или зимний), но не маркой.

Приходилось не раз слышать или читать такие вопросы: "А что, если в бензобак вместо бензина залить дизельное топливо? Нельзя ли сэкономить бензин, добавляя к нему более дешевый керосин? Ведь даже воду, которая не горит, подмешивают к бензину для экономии!"

Однажды я своими глазами видел, как один "экспериментатор" залил в бак "Победы" дизельное топливо. "Победа" была казенная. Пустить двигатель ему удалось только потому, что в поплавковой камере карбюратора оставался бензин. Потом из выхлопной трубы повалил черный дым, машина проехала несколько сотен метров, оглушительно "стреляя", и, наконец, встала. Попытки пустить двигатель успеха не имели.

Плохо кончится также добавление в бензин различных тяжелых топлив (включая керосин) в целях экономии. Так как тяжелые фракции дизельного топлива выкипают при температуре 330...350 °С, они не образуют паров, способных гореть. Поэтому получить рабочую смесь нужного состава не удастся, двигатель потеряет мощность, расход топлива резко возрастет. Впрочем, до этого дело и не дойдет из-за прекращения работы свечей. Гореть, но не взрываться.

Детонационная стойкость - одно из основных требований, предъявляемых к бензину. При сильной детонации мощность двигателя падает, в отработавших газах появляется черный дым - следствие диссоциации продуктов сгорания. Работа двигателя при сильной детонации связана с большими тепловыми и механическими перегрузками. В результате обгорают и разрушаются кромки клапанов, поршни, электроды свечей, может быть пробита прокладка головки блока. Ударные волны разрушают масляную пленку между поршнем и цилиндром, поверхности трения интенсивно изнашиваются. Это результат низкой детонационной стойки бензина.

Но и слишком высокая для данного типа двигателя детонационная стойкость бензина - тоже плохо. Такой бензин интенсивно "сопротивляется" воспламенению и поэтому медленно горит. Результат тот же, что и при слишком позднем зажигании или движении высоко в горах: горение затягивается, продукты сгорания не успевают расшириться и, произведя полезную работу, охладиться. В горячем виде они омывают выпускные клапана, которые долго выдержать этого не могут и прогорают. Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом, которое определяется на одноцилиндровом двигателе специальной конструкции с переменной степенью сжатия яри эталонных условиях и работе на обедненной смеси. Значение октанового числа находят сравнением исследуемого топлива со смесью эталонных топлив: изооктана и п-гептана.

Детонационная стойкость первого принята за 100, второго - за нуль. Октановое число - это содержание по объему изооктана в смеси, эквивалентной по детонационной стойкости исследуемому топливу.

В России детонационная стойкость автомобильных бензинов оценивается октановыми числами, определяемыми по моторному методу (м. м.) или по исследовательскому методу (и. м.), а авиационных бензинов - по моторному и температурному методам, а также сортностью.

Испытания по исследовательскому методу проводят при менее напряженном режиме, чем по моторному: смесь за карбюратором не подогревают. Тогда как при: моторном методе температуру смеси на входе поддерживают на уровне 150 °С. Поэтому моторный метод точнее оценивает детонационные свойства бензина на форсированном режиме, а исследовательский - на режиме ограниченной мощности при работе двигателя с частыми остановками.

Температурный метод принципиально отличается от двух названных. Его применяют для оценки авиационных бензинов с октановым числом более 95 но моторному методу.

Сортность показывает детонационные свойства авиационных бензинов при форсированных режимах работы наобогащенной смеси (например, на взлете). Она представляет собой число, показывающее (в процентном отношении), какую мощность может развить двигатель на испытываемом бензине по сравнению с изооктаном.

Деление бензинов по маркам основано на детонационных свойствах. Для автомобильных бензинов в марке приведено октановое число, найденное либо по моторному (А-66, А-72, А-76 и А-95), либо по исследовательскому методу (АИ-93, АИ-98).

Авиационные бензины (кроме Б-70) маркируют; дробью, где в числителе приводится октановое число по моторному методу, а в знаменателе - сортность (Б-91/115, Б95/130). Соответствие марки бензина двигателю зависит от степени сжатия, рабочего объема одного цилиндра и конструкции двигателя. Чем выше степень сжатия и больше рабочий объем одного цилиндра, тем более высокооктановый бензин необходим для данного двигателя. Но это в общем.

Один из основных факторов, определяющих антидетонационные свойства двигателя,- расстояние от свечи зажигания до наиболее удаленной точки камеры сгорания. Другой - степень турбулизации рабочей смеси, которая зависит от форм камеры сгорания и головки поршня, расположения впускного клапана и других конструктивных особенностей двигателя. Увеличение толщины прокладки между головкой и блоком цилиндров с одной стороны снижает степень сжатия, а с другой - уменьшает турбулизацию рабочей смеси.

В каждом конкретном двигателе появление детонации зависит от режима работы, который определяется составом рабочей смеси (т. е. регулировкой карбюратора), атмосферным давлением, опережением зажигания (т. е. установкой момента зажигания, а также характеристикой и состоянием центробежного и вакуумного регуляторов), нагрузкой на двигатель (величиной открытия дроссельной заслонки). Эти факторы в совокупности определяют то критическое давление в цилиндре, при котором возникает детонация. Два однотипных двигателя на одном и том же бензине могут работать по-разному: один может сильно детонировать, а другой - работать спокойно. Даже при одинаковой установке момента опережения зажигания. Секрет - в индивидуальных особенностях двигателя. Во-первых, из-за технологического разброса размеров истинная степень сжатия может различаться довольно заметно - до 6...7 % (соответственно требования к октановому числу бензина - до 5 единиц). Во-вторых, и это главное, характеристики центробежных и вакуумных регуляторов опережения зажигания могут сильно отличаться у разных двигателей. А ведь центробежный регулятор изменяет момент зажигания до 17°, а вакуумный к этому добавляет еще 8...9°.

В среднем регулировкой опережения зажигания можно безболезненно компенсировать отклонение истинного октанового числа используемого бензина от номинального значения, на 3...4 единицы в ту или другую сторону. Хотя для отдельных экземпляров двигателей такая возможность может быть больше в одну сторону и меньше - в другую.

Если же бензин имеет большее октановое число, чем требуется, то, кроме изменения момента зажигания, при езде не следует использовать слишком высокую частоту вращения вала двигателя. Есть двигатели, которые могут успешно работать как на А-76, так и на АИ-93. Причем для перехода с одного бензина на другой требуется только корректировка угла опережения зажигания (например, дефорсированный двигатель сельского "Москвича-412Д").

И последнее. Отклонение октанового числа на 1... 2 единицы против обозначенного на бензозаправочной колонке - обычное явление, особенно вдали от больших городов. Так что не удивляйтесь, если вдруг после очередной заправки вы услышите отсутствовавший ранее звонкий металлический стук при разгонах. 

К сожалению, при производстве бензина не удается полностью избавиться от вредных примесей - кислот, фенолов, сернистых соединений. Эти примеси отрицательно влияют на многие эксплуатационные свойства бензина: отношение бензина к тетра-этилсвинцу, стабильность, способность к нагарообразованию, коррозионную агрессивность.

Большое влияние на износ деталей двигателя оказывает содержание серы в бензине. Увеличение количества серы с 0,003 % до 0,1 % увеличивает скорость износа деталей в 2,7 раза, а при содержании серы 0,2 % - почти в 4 раза. Увеличивается не только износ, но и нагарообра- зование, хотя последнее зависит также и от содержания в бензине смолистых и осмоляющихся веществ.

Серы и смолистых веществ меньше всего в бензине АИ-98, выпускаемом со знаком качества,- 0,05%. Больше всего серы в бензине А-66 - 0,15%. В бензине А-72 серы 0,12%. Во всех остальных бензинах содержание серы около 0,1 %.

Автомобильный бензин содержит также непредельные углеводороды, склонные к окислению. В результате при хранении и использовании бензина образуются смолистые вещества, которые в виде черного налета откладываются в карбюраторе и на клапанах. Увеличение содержания фактических смол в бензине с 0,1 до 1,0 г/л снижает (если не проводить профилактических мероприятий) с 50 до 8 тыс. км пробега среднюю наработку двигателя до отказа из-за замыкания свечей зажигания, закоксовывания поршневых колец, зависания клапанов.

Из-за примесей, которых особенно много в тяжелых фракциях, бензин сгорает не полностью. Снижение температуры конца кипения бензина с 205 °С до 180 °С снижает нагарообразование в два раза. Нагар образуется главным образом при работе непрогретого двигателя, неправильно отрегулированной системе холостого хода карбюратора, а также при езде с частыми остановками и разгонами. При применении неэтилированного бензина нагар состоит на 70...75 % из углерода. Такой нагар полностью выгорает при длительной езде по шоссе со скоростью более 80 км/ч.

Однако получить необходимое количество неэтилированного бензина с нужным октановым числом для удовлетворения нужд всего народного хозяйства невозможно. Неэтилированный бензин поступает на бензоколонки тех городов, поселков и предприятий, где главным санитарным врачом запрещено использование этилированных бензинов (это крупные города, курортные зоны и т. п.). В других местах машины могут заправлять бензином, в который для повышения детонационной стойкости добавлен тетраэтилсвинец.

Этилируют все бензины, кроме авиационного Б-70. По техническим условиям выпускают даже этилированный А-72, этилирование которого не предусмотрено ГОСТ 2084-77. Чтобы отличить этилированный бензин, его окрашивают.

Тетраэтилсвинец вреден не только для человека, но и для двигателя. Этилированный бензин при сгораний образует нагар, на 60...70 % состоящий из соединений свинца, которые трудно удаляются с деталей. Нагар может, например, повышать требуемое октановое число бензина на 5...8 единиц из-за уменьшения объема камеры сгорания (т. е. увеличения степени сжатия), ухудшения теплопроводности и повышения температуры продуктов сгорания. К тому же свинец. диффундирует в электроды свечей зажигания, сокращая их средний ресурс с 80 до 25...35 тыс. км пробега.

В автомобильные бензины антидетонатор добавляют в умеренных количествах и с его отрицательным влиянием можно мириться. В авиационных же бензинах его содержание в 3...8 раз больше, поэтому при использовании такого бензина в автомобильном двигателе происходит усиленное отложение свинцовых соединений на поверхностях камер сгорания, поршнях, клапанах. Это ухудшает теплоотдачу в двигателе, увеличивает нагрев выпускных клапанов, нарушает нормальную работу деталей. Если к тому же вспомнить о высокой теплотворной способности авиационных бензинов, то нужно крепко подумать, прежде чем заливать авиационный бензин в автомобильный бензобак.

 
Материалы по теме