Сегодня самыми востребованными марками автомобильных бензинов являются Аи-92 и Аи-95. Ниже приведены технические характеристики этих двух марок.
|
Марка |
Аи-92 |
|
|
Октановое число, не менее: моторный метод |
82,5 |
|
|
Октановое число, не менее: исследовательский метод |
91,0 |
|
|
Содержание свинца, г/дм3, не более |
0,010 |
|
|
Содержание марганца, мг/дм3, не более |
18 |
|
|
Содержание фактических смол, мг /100 см3, не более |
5,0 |
|
|
Индукционный период бензина, мин, не менее |
360 |
|
|
Массовая доля серы, %, не более |
0,05 |
|
|
Объемная доля бензола, %, не более |
5 |
|
|
Испытание на медной пластине |
Выдерживает, класс 1 |
|
|
Внешний вид |
Чистый, прозрачный |
|
|
Плотность при 15°С, кг/м3 |
725-780 |
|
|
Марка |
Аи-95 |
|
|
Октановое число, не менее: моторный метод |
85,0 |
|
|
Октановое число, не менее: исследовательский метод |
95,0 |
|
|
Содержание свинца, г/дм3, не более |
0,010 |
|
|
Содержание марганца, мг/дм3, не более |
18 |
|
|
Содержание фактических смол, мг /100 см3, не более |
5,0 |
|
|
Индукционный период бензина, мин, не менее |
360 |
|
|
Массовая доля серы, %, не более |
0,05 |
|
|
Объемная доля бензола, %, не более |
5 |
|
|
Испытание на медной пластине |
Выдерживает, класс 1 |
|
|
Внешний вид |
Чистый, прозрачный |
|
|
Плотность при 15°С, кг/м3 |
725-780 |
4. Сгорание бензина в двигателе
В процессе сгорания происходят несколько химических реакций. Одни соединения разрушаются, а новые соединения образуются. Управление процессом сгорания - это ключ к управлению всей работой и токсичностью выхлопа двигателя внутреннего сгорания
Для процесса сгорания требуются три элемента:
1. Воздух
2. Топливо
3. Искра зажигания
Эти три элемента иногда упоминаются как "триада сгорания". Если один элемент триады отсутствует, сгорание невозможно. Двигатель внутреннего сгорания рассчитывается на объединение этих трех элементов, поддерживая полный контроль над процессом.
Воздух
Воздух состоит из атомов азота (N), кислорода (О ) и других газов. Большую часть воздуха составляет азот, являющийся инертным, негорючим газом. Воздух не горит, но в нем содержится достаточное количество кислорода, что позволяет поддерживать сгорание.
Топливо
Бензин состоит из углеводородов, которые образуются в результате переработки сырой нефти. Углеводороды состоят из атомов водорода (Н) и углерода (С). В бензин добавляются различные химикаты, типа ингибиторов коррозии, красителей и очищающих средств. Эти химикаты называются присадками.
Тепло и давление, присутствующие в двигателе внутреннего сгорания, могут заставить бензин, находящийся в камере сгорания, воспламениться раньше, чем генерируется искра зажигания. Это называется преждевременным воспламенением и более подробно описывается дальше. Октановое число бензина указывает на то, насколько хорошо он противостоит преждевременному воспламенению. Дополнительная очистка может способствовать увеличению октанового числа.
В настоящее время в регионах с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения воздуха используется тип топлива, называемый улучшенным бензином (подвергнутым реформингу) (RFG). Такой бензин имеет специальные присадки, называемые окислителями, которые улучшают сгорание, увеличивают октановое число и уменьшают токсичность выхлопа.
Искра зажигания
В двигателе внутреннего сгорания воздух и топливо поступают в камеру сгорания, и затем генерируется искра зажигания, вызывающая сгорание. Перед зажиганием воздушно-топливной смеси двигатель нагревается и сжимает смесь. Нагревание помогает процессу смесеобразования, а сжатие увеличивает энергию, генерируемую при сгорании.
Процесс сгорания.
В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит в течение доли секунды (приблизительно в течение 2 миллисекунд). В этот момент разрушаются связи между атомами водорода и углерода. Разрушение связей приводит к высвобождению энергии в камере сгорания, толканию поршня вниз и инициированию вращения коленчатого вала.
После разделения атомов водорода и углерода они соединяются с атомами кислорода, содержащимися в воздухе. Атомы водорода объединяются с кислородом, образуя воду. Атомы углерода объединяются с кислородом, образуя двуокись углерода (углекислый газ).
Говоря языком химии, полное сгорание в двигателе внутреннего сгорания выражается формулой:
НС + О2 = Н2 О + СО2
Другими словами:
топливо + кислород = вода и двуокись углерода
Цикл сгорания топлива
Абсолютно эффективный двигатель внутреннего сгорания на выпуске имел бы только воду (Н О) и двуокись углерода (СО ), что соответствует Данной выше химической формуле. Это означало бы, что все углеводороды в процессе сгорания разложились. К сожалению, дело обстоит не так.
Неэффективное сгорание -это главная причина наличия вредных веществ в выхлопе автомобиля. Эффективное сгорание ведет к наименьшей токсичности выхлопа. Эффективность сгорания увеличивается посредством корректировки соотношения "воздух/топливо".
Инженеры-автомобилестроители определили, что токсичность выхлопа автомобиля можно уменьшить, если бензиновый двигатель работает с соотношением "воздух/топливо", равным 14.7:1. Технический термин известен как "стехиометрическое соотношение". Стехиометрическое соотношение означает химически правильную воздушно-топливную смесь, которая производит желаемую химическую реакцию, входе которой происходит полное сгорание топлива с желаемой токсичностью выхлопа.
Соотношение "воздух/топливо" 14.7:1 обеспечивает наилучшее управление всеми тремя компонентами (углеводороды, одноокись углерода и оксиды азота) при выпуске почти во всех условиях. Соотношение "воздух/топливо" также увеличивает эффективность каталитического нейтрализатора, который является частью системы выпуска автомобиля.
5. Детонация в двигателе
Детонация- это режим горения, в котором по веществу распространяется ударная волна, инициирующая химические реакции горения, в свою очередь, поддерживающие движение ударной волны за счёт выделяющегося в экзотермических реакциях тепла. Комплекс, состоящий из ударной волны и зоны экзотермических химических реакций за ней, распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью и называется детонационной волной.
Это процесс взрывного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. В то время как нормальная скорость распространения фронта пламени составляет около 30 м/с, при детонации огонь распространяется в десятки раз быстрее - до 2000 м/с.
В нормальных условиях смесь начинает воспламеняться, когда поршень немного не доходит до верхней мертвой точки, угол опережения зажигания составляет обычно 2-3 градуса. Завершается вспышка после того, как поршень минует ВМТ. В случае детонации смесь воспламеняется еще в середине такта сжатия. Поршень испытывает сильное противодействие, в итоге пропадает мощность двигателя и значительно повышается расход топлива.
Данное явление никогда не идет на пользу мотору, однако детонацию можно разделить на допустимую и недопустимую. В первом случае ее даже не всегда удается заметить. Обычно она возникает на низких оборотах и продолжается недолго. Чаще всего подобное происходит в двигателях небольшого объема с относительно большой мощностью и крутящим моментом (например, 107 л.с. и 135 Нм при объеме 1,4 л). Недопустимая детонация, как правило, возникает в форсированных ДВС при повышенных нагрузках на высоких оборотах. Всего после нескольких секунд работы в таких условиях, мотор может получить критические повреждения.
Чем опасна детонация? Весь кривошипно-шатунный механизм и головка блока цилиндров испытывают разрушающие нагрузки, способные при длительном воздействии привести к поломке ДВС. Кроме того, температура в цилиндрах также поднимается до недопустимых значений (до +3700 градусов), что грозит прогаром прокладки ГБЦ, а также коррозией днища поршня и зеркала цилиндров.
Рис. Цилиндр после детонации
6. Свойства автомобильных бензинов
Испаряемость
Испаряемость влияет на пуск двигателя, время, затрачиваемое на его прогрев, на приёмистость двигателя, расход топлива, снимаемую мощность, на расход масла, образование углеродистых отложений и износ трущихся деталей.
Фракционный состав выражает зависимость между температурой и количеством бензина, выкипающего при его нагревании. Определяется в специальном приборе разгонкой 100 мл бензина.
Температура начала кипения характеризует наличие в горючем легкоиспаряющихся фракций, во избежании излишних потерь при хранении стандартом устанавливается не ниже 350 С.
Температура перегонки 10% характеризует пусковые качества: чем ниже эта температура, тем легче пускается двигатель, тем при более низкой температуре можно пустить холодный двигатель без предварительного подогрева.
В стандартных бензинах температура перегонки 10% бензина допускается не выше температурного предела от 55 до 700 С.
Температура перегонки 50 % характеризует способность обеспечить быстрый прогрев двигателя после пуска, приёмистость двигателя, а также устойчивость работы на холостом ходу и рабочих режимах. Чем ниже эта температура, тем лучше эксплуатационные качества бензина.
Увеличение времени прогрева двигателя, связанное с повышенной температурой перегонки 50% определяет дополнительный расход горючего, износ двигателя и разжижение масла.
В стандартных бензинах температура перегонки 50% допускается не выше температурного интервала от 110 до 1150 С.
Температура перегонки 90% бензина и температура конца кипения характеризуют наличие в бензинах тяжёлых трудноиспаримых фракций.
Чем выше температура перегонки 90% бензина, тем больше в нём тяжёлых фракций. Тяжёлые фракции плохо испаряются, не полностью сгорают, стекая по стенкам цилиндров смывают масляную плёнку, а попадая в картер, разжижают масло. Всё это приводит к повышению износа двигателя, снижению его мощности и увеличению расхода топлива.
Температура конца кипения указывает на присутствие в бензине смолистых веществ, вызывающих смоло и нагарообразование в двигателе.
В стандартных бензинах температура перегонки 90% допускается не выше 1800 С, конца кипения - не выше 1950 С.
Давление насыщенных паров бензина определяют при температуре 380 С прибором Рейда. Чем выше давление насыщенных паров, тем выше пусковые свойства бензина при низких температурах, однако при этом растёт возможность образования паровых пробок в системе питания, больше потери при заправке и хранении.
Детонационная стойкость бензинов характеризует их способность противостоять детонационному сгоранию в цилиндрах двигателя.
Детонационная стойкость
Этот показатель характеризует способность автомобильных бензинов противостоять самовоспламенению при сжатии. Высокая детонационная стойкость топлив обеспечивает их нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. Процесс горения топлива в двигателе носит радикальный характер. При сжатии рабочей смеси температура и давление повышаются и начинается окисление углеводородов, которое интенсифицируется после воспламенения смеси. Если углеводороды несгоревшей части топлива обладают недостаточной стойкостью к окислению, начинается интенсивное накапливание перекисных соединений, а затем их взрывной распад. При высокой концентрации перекисных соединений происходит тепловой взрыв, который вызывает самовоспламенение топлива. Самовоспламенение части рабочей смеси перед фронтом пламени приводит к взрывному горению оставшейся части топлива, к так называемому детонационному сгоранию. Детонация вызывает перегрев, повышенный износ или даже местные разрушения двигателя и сопровождается резким характерным звуком, падением мощности, увеличением дымности выхлопа. На возникновение детонации оказывает влияние состав применяемого бензина и конструктивные особенности двигателя.
Показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов является октановое число. Октановое число двумя методами: моторным и исследовательским. Октановое число, полученное моторным методом, в большей степени, характеризует детонационную стойкость топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима. Октановое число, полученное исследовательским методом, больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках в условиях городской езды.