1. Характеристики бензинов

Детонационная стойкость

Детонационная стойкость (ДС) является основным показателем качества авиа- и автобензинов; она характеризует способность бензина сгорать в ДВС с воспламенением от искры без детонации.

Детонация - особый ненормальный режим сгорания карбюраторного топлива в двигателе, при этом только часть рабочей смеси после воспламенения от искры сгорает нормально с обычной скоростью. Последняя порция несгоревшей рабочей смеси, находящаяся перед фронтом пламени, мгновенно самовоспламеняется, в результате скорость распространения пламени возрастает до 1500…2000 м/с, а давление нарастает не плавно, а резкими скачками. Этот резкий перепад давления создает ударную детонационную волну, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью. Удар такой волны о стенки цилиндра и ее многократное отражение от них приводит к вибрации и вызывает характерный звонкий металлический стук высоких тонов. При детонационном сгорании двигатель перегревается, появляются повышенные износы цилиндро-поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов. При длительной работе на режиме интенсивной детонации возможны и аварийные последствия. Особенно опасна детонация в авиационных двигателях.

На характер сгорания бензина и вероятность возникновения детонации в карбюраторных двигателях оказывают влияние как конструктивные особенности двигателя, так и качество применяемого топлива.

Для бездетонационного горения наиболее благоприятны такие значения параметров, которые обеспечивают минимальное время сгорания, низкие температуры и наилучшие условия гомогенизации рабочей смеси в камере сгорания. Вероятность возникновения детонации при работе на данном двигателе существенно зависит и от химического состава применяемого автобензина: наиболее стойки к детонации ароматические и изопарафиновые углеводороды и склонны к детонации нормальные парафиновые углеводороды бензина.

Мерой ДС является октановое число (ОЧ). ОЧ изооктана принято равным 100, а гептана – нулю.

Октановое число бензинов – показатель ДС, численно равный процентному содержанию изооктана в эталонной смеси с н-гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна испытуемому бензину в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя. ОЧ бензинов выше 100 единиц определяют сравнением их ДС с изооктаном, в который добавлена антидетонационная присадка – тетраэтилсвинец (ТЭС

Наиболее эффективным и дешевым, но экологически невыгодным способом повышения ДС товарных бензинов является введение антидетонационных присадок – антидетонаторов. Они обладают способностью при добавлении в бензин в небольшой концентрации резко повышать его ДС. В качестве такой присадки во всех странах мира более полувека применяли алкилсвинцовые антидетонаторы, преимущественно тетраэтилсвинец (ТЭС), а также тетарметилсвинец (ТМС).

В последние годы в целях охраны чистоты окружающей среды в большинстве стран мира наметилась тенденция к полному запрещению применения ТЭС.

Определение ОЧ на установке УИТ-65 ведут при двух режимах: в жестком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигателя 900 об/мин (метод принято называть моторным) и в мягком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигателя 600 об/мин (исследовательский метод). Октановое число бензина, найденное по исследовательскому методу (ОЧИМ), как правило, выше ОЧ, определенного моторным методом (ОЧММ). Разницу между ОЧИМ и ОЧММ называют чувствительностью. Последняя зависит от химического состава бензина: наибольшая у алкенов, несколько меньше у аренов, затем идут нафтеновые и самая низкая чувствительность у алканов.

Испаряемость автобензинов.

Она обусловливает многие важнейшие их эксплуатационные свойства при применении в ДВС с принудительным воспламенением. В наибольшей степени испаряемость зависит от фракционного состава и давления насыщенных паров бензинов. С фракционным составом и давлением насыщенных паров бензинов связаны такие эксплуатационные характеристики двигателя, как возможность его пуска при низких температурах и склонность к образованию паровых пробок в системе питания, приемистость автомобиля, скорость прогрева двигателя, расход горючего и другие показатели. Пусковые свойства бензинов улучшаются по мере облегчения их фракционного состава.

Применение очень легких бензинов вызывает другие эксплуатационные затруднения, как, например, образование паровых пробок в системе питания. Применение бензинов с высоким содержанием низкокипящих фракций, кроме образования паровых пробок, может сопровождаться обледенением карбюратора, а также увеличением потерь бензина при хранении и транспортировании. Таким образом, требования к содержанию низкокипящих фракций в бензине противоречивы. Температуру перегонки 50 % бензина лимитируют, исходя из требований к приемистости двигателя (т. е. способности обеспечить быстрый разгон до требуемой скорости автомобиля) и времени его прогрева. Экономичность работы двигателя и износ его деталей связывают с температурой перегонки 90 % бензина с температурой конца его кипения. При высоких значениях этих показателей тяжелые фракции бензина не испаряются, поступают в картер двигателя и разжижают смазку. Из-за снижения температуры 90 % отгона и конца кипения улучшаются эксплуатационные свойства бензинов, но при этом сокращаются их ресурсы.

Химическая стабильность бензинов определяет способность противостоять химическим изменениям в процессах хранения, транспортирования и длительной их эксплуатации. Для оценки химической стабильности нормируют следующие показатели: содержание фактических смол и индукционный период. Непредельные углеводороды, особенно диолефиновые, при хранении в присутствии воздуха окисляются с образованием высокомолекулярных смолоподобных веществ. Наихудшей химической стабильностью обладают бензины термодеструктивных процессов – термокрекинга, висбрекинга, коксования и пиролиза, а наилучшей – бензины каталитического риформинга, алкилирования, изомеризации, гидрокрекинга и прямой гонки. Повышение химической стабильности бензиновых фракций достигается следующими способами:

– облагораживанием бензинов:

– введением специальных антиокислительных присадок.

Облагораживание бензинов термодеструктивных процессов возможно осуществить следующими способами:

– олигомеризационной очисткой (термической, каталитической или акустической) с последующей гидроочисткой и каталитическим реформированием;

– каталитическим крекингом нестабильных бензинов в смеси с вакуумными газойлями:

– непосредственной специальной гидроочисткой (в смеси с прямогонными фракциями или с подачей ингибиторов окисления) с последующим каталитическим риформированием или изомеризацией и т. д.

Достаточно эффективным и экономичным способом повышения химической стабильности бензинов является введение специальных антиокислительных присадок (ФЧ-16, ионол и др.). Антиокислительные присадки кроме предотвращения окисления алкенов весьма эффективны и в стабилизации свинцовых антидетонаторов.

Коррозионная активность бензинов обусловливается наличием в них неуглеводородных примесей, в первую очередь сернистых и кислородных соединений и водорастворимых кислот и щелочей. При квалификационных испытаниях она оценивается кислотностью, общим содержанием серы, содержанием меркаптановой серы, испытанием на медной пластинке и содержанием водорастворимых кислот и щелочей. Из них более чувствительной и характеризующей действительную коррозионную активность бензинов является проба на медную пластинку. Содержание так называемой меркаптановой серы в товарных бензинах не должно превышать 0,01 %. При ее большем содержании бензины следует подвергать демеркаптанизации (щелочная экстракция и каталитическая регенерация раствора меркаптида натрия кислородом воздуха).В технических условиях на автомобильные бензины регламентируется только общее содержание серы.

Требования к бензинам

Таблица 1- Требования

Показатель	А-72	А-76	АИ-91	АИ-93	АИ-95
Октановое число, не менее:
моторный метод	72	76	82,5	85	85
исследовательский метод	Не нормируется		91	93	95
Фракционный состав:
Температура начала перегонки, °С, не ниже:
летнего	35	35	35	35	30
зимнего	Не нормируется
Перегоняется при температуре, °С, не выше:
10 % бензина: летнего	70	70	70	70	75
зимнего	55	55	55	55	55
50 % бензина: летнего	115	115	115	115	120
зимнего	100	100	100	100	105
90 % бензина: летнего	180	180	180	180	180
зимнего	160	160	160	160	160
Конец кипения бензина, °С, не выше:
летнего	195	195	205	205	205
зимнего	185	185	195	195	195
Остаток в колбе, %, не более	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
Давление насыщенных паров бензина, кПа, не более:
летнего	66,7	66,7	66,7	66,7	66,7
зимнего	66,7..93,3	66,7..93,3	66,7..93,3	66,7..93,3	66,7..93,3
Содержание фактических смол, мг /100 см3, не более
на месте производства	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
на месте потребления	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
Массовая доля серы, %, не более	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
Цвет	Желтый

Таблица 2- Требование к автобензинам

Показатель	Нормаль-80	Нормаль-90	Нормаль-92	Нормаль-98
Октановое число, не менее:
моторный метод	76,0	82,5	85,0	88,0
исследовательский метод	80,0	91,0	95,0	98,0
Содержание свинца, г/дм3, не более	0,010	0,010	0,010	0,010
Содержание марганца, мг/дм3, не более	50	18
Содержание фактических смол, мг/100 см3, не более	5,0	5,0	5,0	5,0
Индукционный период бензина, мин, не менее	360	360	360	360
Массовая доля серы, %, не более	0,05	0,05	0,05	0,05
Объемная доля бензола, %, не более	5	5	5	5
Испытание на медной пластине	Выдерживает
Внешний вид	Чистый, прозрачный
Плотность при 15 °С, кг/м	700…750	725…780	725…780	725…780

Таблица 3-

Показатель	Бензин-регуляр (Регуляр Евро-92)	Премиальный бензин (Премиум Евро-95 и Супер Евро-98)
Октановое число, не менее:
моторный метод	83	85
исследовательский метод	92	95
Содержание свинца, мг/л, не более	5	5
Плотность при 15 °С, кг/м3, не более	720…775	720..750
Содержание серы, мг/кг, не более	150	150
Фактические смолы, мг/100 см3, не более	5	5
Период индукции, мин, не более	360	360
Коррозия меди (3 ч при 50 °С)	Класс1	Класс1
Содержание, % не более:
Олефинов	21	18
Аренов	42	42
Бензола	1,0	1,0
Кислорода	2,7	2,7
Содержание оксигенатов, %:
Метанол	3	3
Этанол	5	5
Изопропанол	10	10
Изобутанол	10	10
трет-бутанол	7	7
эфиры с числом атомов С5 и более	15	15
Другие	10	10

3. Влияние компонентов выхлопных газов на экологию и здоровье человека

Автомобили сжигают огромное количество ценных нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере.

Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% «летит на ветер».

В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, из них около 160 - производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива. Наиболее исследованными являются выбросы двигателя и картера автомобиля. В состав этих выбросов, помимо азота, кислорода, углекислого газа и воды, входят такие вредные компоненты, как окись углерода, углеводороды, окислы азота и серы, твёрдые частицы.

Состав отработавших газов зависит от рода применяемых топлива, присадок и масел, режимов работы двигателя, его технического состояния, условий движения автомобиля и др. Токсичность отработавших газов карбюраторных двигателей обуславливается главным образом содержанием окиси углерода и окислов азота, свинец, свинца, сажи

Вредные вещества	Последствия воздействия на организм
Оксид углерода.	Препятствует адсорбированию кровью кислорода, что ослабляет мыслительные способности, замедляет рефлексы, вызывает сонливость и может быть причиной потери сознания и смерти.
Оксиды азота.	Могут увеличивать восприимчивость организма к вирусным заболеваниям, раздражают легкие, вызывают бронхит и пневмонию.
Альдегиды.	Раздражают слизистые оболочки, дыхательные пути, поражают ЦНС.
Пыльные частицы.	Раздражают дыхательные пути.
Свинец	. Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую системы. Вызывает снижение умственных способностей у детей, откладывается в костях и других тканях, поэтому опасен в течении длительного времени.
Углеводороды.	Приводят к росту легочных и бронхиальных заболеваний
Сернистые соединения.	Оказывают раздражительное действие на слизистые оболочки горла, носа и глаз человека.

Итак, болезни дыхательных путей, нервной и кровеносной систем вызваны такими веществами, как оксид углерода и оксид азота. Газ содержит на 50-70 процентов меньше окиси углерода и на 30 процентов меньше окиси азота. Таким образом, количество смертей от сердечно-сосудистых заболеваний должно однозначно снизиться при переходе на газовое топливо. Да и нервозность человека должна уменьшится. Ведь на нервную систему человека влияет не только бешеный ритм современной жизни, но и содержание окиси углерода в воздухе. Что же касается заболеваний дыхательной системы, то уменьшение концентрации оксида азота на 30% и сажи на 70-90% должны свести на нет все наши аллергии и бронхиты. Что же касается серных и свинцовых соединений, то в газе этих веществ практически нет. Если более подробно рассматривать влияние и последствия этого влияния продуктов сгорания автомобильного транспорта на здоровье человека, то можно обнаружить немыслимое количество вредоносных веществ, огромное количество болезней и других отрицательных сторон влияния автотранспорта на здоровье человека.