Фракционный состав бензина
Бензин – это смесь углеводородов, которые обладают различной испаряемостью.
Испаряемость бензина обуславливается его химическим составом и характеризуется скоростью и полнотой перехода бензина из жидкого в газообразное состояние. Температура кипения бензина, как и всех сложных смесей различных углеводородов, не всегда постоянна – её диапазон составляет от 30 до 205 °С. Испаряемость бензина оценивают на основе температурных пределов его выкипания и выкипания его отдельных частей, называемых фракциями.
Фракционный состав бензина – это главный показатель его испаряемости, важнейшая характеристика качества топлива. Состав фракций влияет на то, насколько простым будет пуск мотора, на время, за которое он прогреется, приёмистость и другие показатели.
К основным фракциям автомобильного бензина относят пусковую, рабочую и концевую. Пусковая фракция состоит из низкокипящих углеводородов – это первые 10% всего дистиллята, рабочая фракция включает дистилляты от 10 до 90% объёма, а концевая – от 90%. ГОСТ устанавливает, что фракционный состав бензина нормируется пятью температурными характеристиками: началом перегонки, перегонкой 10%, 50%, 90% объёма и концом кипения.
Состав фракций бензина важен для качественного пуска двигателя и быстрого разгона машины, небольшого расхода топлива, равномерного качественного и количественного распределения топливной смеси по цилиндрам двигателя, а также минимального износа поршней и цилиндров.
Смежные материалы
Характеристики бензина
Основным эксплуатационным свойством всех бензинов является детонационная стойкость. Детонация — процесс быстрого сгорания рабочей смеси с образованием в камере сгорания ударных волн.
Как выбрать качественный бензин
«Плохой бензин» — стандартный вердикт сервисменов, которые вынуждены раньше срока заменять покрасневшие от нагара свечи зажигания. Его образуют не сгоревшие железосодержащие присадки, так называемые ферроцены, которые добавляют к бензину для повышения октанового числа. Но если ферроцены вредны для двигателя, почему же их не запретят?
Требования к бензину
Бензин – это вид топлива, получаемого при переработке нефти, которое обладает низкими детонационными свойствами. Бензин используется в двигателях внутреннего сгорания при принудительном воспламенении от искры. Существует два вида бензина – автомобильный и авиационный, которые по своим свойствам очень похожи.
Какое свойство топлива характеризует фракционный состав
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА БЕНЗИНОВ И ДИЗТОПЛИВ
Фракционный состав бензина влияет на пуск и длительность прогрева двигателя после пуска, приемистость двигателя и динамичность автомобиля в целом, полноту сгорания горючего и другие эксплуатационные показатели. Эти свойства бензина оценивают по пяти характерным точкам кривой фракционного состава: Тнк, Т10%, Т50%, Т90%, Ткк. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя, в дальнейшем они начинают интенсивно испаряться в топливном баке, бензопроводах. Вместе с жидкостью через жиклер карбюратора поступает пар, снижается коэффициент наполнения цилиндров, падает мощность, двигатель перегревается. В топливоподающей системе образуются паровые пробки, возникают перебои в работе, двигатель глохнет. Особенно это часто наблюдается при использовании зимних сортов бензина летом. В связи с этим количество легкокипящих углеводородов в бензине ограничивают; температура начала кипения для всех сортов бензина должна быть не ниже 35°С. Таким образом, температура начала перегонки характеризует наличие в горючем наиболее легких фракций углеводородов, обуславливающих его летучесть, огнеопасность и склонность к образованию паро-воздушных пробок в топливной системе машины. Температура начала перегонки должна быть не ниже 35°С. Температура перегонки 10% характеризует пусковые качества бензина и его склонность к образованию паро-воздушных пробок в системе питания двигателя и льда в карбюраторе. Чем ниже температура перегонки 10% бензина, тем лучше его пусковые свойства, но тем больше опасность появления паровых пробок в системе питания и обледенения карбюратора. Для пуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10 % бензина выкипало при температуре не выше 55°С (зимний сорт) и 70°С (летний). Температура перегонки 50% бензина характеризует его среднюю испаряемость, прогрев, устойчивость работы двигателя и на обледенение карбюратора. Чем ниже температура перегонки 50% бензина, тем выше его испаряемость, лучше приемистость и устойчивость работы двигателя на этом бензине, но тем больше опасность обледенения карбюратора. Основную часть топлива называют рабочей фракцией (по кривой разгонки от 10 до 90 %). От испаряемости рабочей фракции зависят образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). По стандарту рабочую фракцию нормируют 50% точкой. Чем она ниже, тем однороднее состав топлива и горючей смеси по отдельным цилиндрам, устойчивее работает двигатель, лучше приемистость. Температура перегонки 90% бензина характеризует наличие в бензине тяжелых, трудно испаряющихся фракций. С повышением данной температуры увеличивается расход бензина, так как тяжелые фракции не успевают испариться и сгореть, больше бензина проникает в картер, смывая масло со стенок цилиндра и разжижая масло в картере, что ведет к износу деталей и повышенному расходу масла. Тяжелые углеводороды (от 90% до конца кипения) в топливе нежелательны, т.к. испаряются не полностью. Оставаясь в капельно-жидком состоянии, через зазоры между цилиндром и поршневыми кольцами они проникают в картер двигателя, смывают смазочную пленку, увеличивают износ деталей, разжижают масло, увеличивают расход топлива. Чем меньше интервал температуры от 90% до конца кипения, тем выше качество топлива, меньше его склонность к конденсации, лучше экономичность и ниже темп изнашивания деталей двигателя. Температура выкипания 90 % топлива характеризует так же его склонность к конденсации, которую часто называют точкой росы.
Фракционный состав дизельных топлив оценивают аналогично бензину. При уменьшении Т10% и Т50% происходит ухудшение пусковых свойств. Увеличение Т50% ведет к снижению экономичности двигателя, увеличению дымности выхлопных газов. По Т90% можно судить о степени нагарообразования, дымности, экономичности. От фракционного состава зависят качество распыления и полнота сгорания. Если в дизельном топливе много легких углеводородов, нарушается процесс сгорания. Тяжелое, высококипящее топливо при распылении образует более крупные капли, ухудшая качество горючей смеси и повышая расход топлива. Современные форсированные дизели могут надежно работать только на топливе нормированного фракционного состава: температура выкипания 95% не должна быть выше 340-360°С. С фракционным составом топлива тесно связана температура вспышки, при которой пары нефтепродукта с воздухом образуют горючую смесь, вспыхивающую при поднесении огня. Цетановое число оказывает решающее влияние на процесс сгорания топлива. Оно характеризует максимальное значение цикла, экономичность и жесткость работы дизеля. В случае низкого цетанового числа используемого топлива значительно ухудшаются динамические показатели цикла сгорания. Цетановое число определяет не только характер процесса сгорания при установившейся работе, но и пусковые качества топлива. Нормальный пуск и мягкая работа дизелей в летнее время обеспечиваются топливом с цетановым числом не менее 45 единиц.
ХИМИЯ НЕФТИ
— это топлива, выкипающие в интервале температур 28-215°С и предназначенные для применения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением.
В зависимости от назначения бензины разделяются на автомобильные и авиационные.
Основными показателями качества автомобильного бензина являются:
- детонационная стойкость;
- октановое число;
- фракционный состав;
- давление насыщенных паров;
- химическая стабильность;
- содержание сернистых и ароматических соединений;
- испаряемость;
Детонационная стойкость бензина
Детонационная стойкость бензина — это свойство топлива не самовоспламеняться при повышении его давления в топливной системе автомобиля.
Детонация возникает в том случае, если скорость распространения пламени в двигателе достигает 1500-2500 м/с, вместо обычных 20- 30 м/с. В результате резкого перепада давления возникает детонационная волна, которая нарушает режим работы двигателя, что приводит к:
- перерасходу топлива;
- уменьшению мощности;
- перегреву двигателя;
- прогару поршней и выхлопных клапанов.
Детонационная стойкость оценивается октановым числом бензина.
Октановое число бензина
Октановое число — это условный показатель, характеризующий стойкость бензинов к детонации и численно соответствующий детонационной стойкости модельной смеси изооктана и н-гептана.
Октановое число изооктана принято за 100 пунктов, а н-гептана — за 0. Для автомобильных бензинов (кроме А-76) октановое число измеряется двумя методами:
- моторным;
- исследовательским.
Октановое число моторным методом определяется на специальных установках путем сравнения характеристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана с н-гептаном в жёстком режиме, схожем с реальной работой карбюраторного двигателя, при следующих характеристиках:
- частота вращения коленчатого вала 900 об/мин;
- температура всасываемой смеси 149°С;
- переменный угол опережения зажигания.
Октановое число исследовательским методом определяется на специальных установках путем сравнения характеристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана с н-гептаном в мягком режиме при следующих характеристиках:
- частота вращения коленчатого вала 600 об/мин;
- температура всасываемого воздуха 52°С;
- угол опережения зажигания 13 град.
Получают соответственно моторное (ОЧМ) и исследовательское октановые числа (ОЧИ). Разность между ОЧМ и ОЧИ называется чувствительностью бензина и характеризует степень пригодности бензина к разным условиям работы двигателя. Считается, что:
- октановое число исследовательским методом характеризует бензины при движении автомобиля в городских условиях;
- октановое число моторным методом характеризует бензины в условиях высоких нагрузок и скоростей при форсированном режиме работы двигателя.
Октановый индекс — это среднее арифметическое между ОЧМ и ОЧИ , которое приравнивается к дорожному октановому числу, нормируемому стандартами некоторых стран (например, США ) и указываемому на бензоколонках, как характеристика продаваемого топлива.
При производстве бензинов смешением фракций различных процессов важное значение имеют так называемые октановые числа смешения (ОЧС), которые отличаются от расчетных значений. Октановое число смешения — это фактический показатель детанационной стойкости смесевого бензина зависящий от природы нефтепродуктов, их содержания в смеси и ряда других факторов:
- у парафиновых углеводородов ОЧС выше расчётного значения на 4 единицы;
- у ароматических углеводородов зависимость более сложная, различие может быть существенным и превышать 20 пунктов.
Октановое число смешения важно учитывать при добавлении в топливо оксигенатов.
Фракционный состав бензинов
- запуск двигателя;
- распределение топлива по цилиндрам двигателя;
- полнота сгорания;
- экономичность двигателя.
Испаряемость определяется температурой перегонки 10, 50 и 90% (об.) выкипания фракций бензина:
- температура выкипания 10 % (об.) бензина характеризует пусковые свойства. При температуре ниже предельных значений в системе питания двигателя могут образовываться паровые пробки, а при более высоких температурах запуск двигателя затруднен. В США пусковые свойства бензина характеризуют количеством топлива, выкипающего до 70 °С.
- температура выкипания 50% (об.) бензина характеризует скорость перехода двигателя с одного режима работы на другой и равномерность распределения бензиновых фракций по цилиндрам.
- температура выкипания 90% (об.) фракций и конца кипения влияет на полноту сгорания топлива и его расход, а также на нагарообразование в камере сгорания в цилиндре двигателя.
В ГОСТ Р 51105-97, который действует с 01.01.99 г., фракционный состав бензина определяется при температуре выкипания 70, 100 и 180°С (по аналогии с требованиями к бензинам в США ).
Давление насыщенных паров бензина
Давление насыщенных паров бензина — это давление, которое создают пары углеводородов, находящихся в состоянии термодинамического равновесия с бензином, в замкнутом объёме при нормальных условиях.
Давление насыщенных паров дает дополнительное представление об испаряемости бензина, а также о возможности образования газовых пробок в системе питания двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем выше его испаряемость.
Бензины, предназначенные для применения в летних условиях, имеют более низкое давление паров. Чтобы обеспечить необходимые пусковые свойства товарного бензина, в его состав включают, как правило, до 30% (об.) легких компонентов (фракция НК — 62°С, изомеризат, алкилат и др.). Требуемое давление насыщенных паров обеспечивается также добавлением пропан-бутановой фракции:
- в летних бензинах — 2 — 3% об.;
- в зимних — до 5-8% (об.).
Химическая стабильность бензинов
Химическая стабильность бензинов — это способность бензина сохранять неизменность химического состава в процессе хранения, транспортирования и применения, исключая реакции окисления и полимеризации.
Окисление приводит к понижению октанового числа бензина и повышению его склонности к нагарообразованию. Для оценки химической стабильности бензинов используют показатели:
- содержания фактических смол;
- индукционного периода окисления.
Высокой химической стабильностью обладают компоненты, не содержащие алкенов:
- прямогонные бензины;
- бензины каталитического риформинга;
- алкилаты;
- изомеризаты.
В бензинах коксования, термического и каталитического крекинга, напротив, содержатся в достаточном количестве алкены, которые легко окисляются с образованием смол. Для повышения химической стабильности к топливам, содержащим компоненты вторичного происхождения, добавляют антиокислительные присадки:
- n-оксидифениламин;
- ионол (2,6-ди-трет-бутил-n-крезол);
- антиокислитель ФЧ-16;
- древесносмоляной антиокислитель и др.
Активные сернистые соединения, содержащиеся в бензинах (сероводород, низшие меркаптаны) вызывают сильную коррозию топливной системы и транспортных емкостей; полнота очистки бензинов от этих веществ контролируется анализом на медной пластинке. Неактивные сернистые соединения (тиофены, тетрагидротиофены, сульфиды, дисульфиды, высшие меркаптаны) коррозии не вызывают, однако при их сгорании образуются оксиды серы (SO2, SO3), под действием которых происходит быстрый коррозионный износ деталей двигателя, снижается мощность, ухудшается экологическая обстановка.
Наибольшую опасность для людей представляют ароматические углеводороды, особенно бензол и полициклические ароматические углеводороды. Токсическое действие бензола объясняется возможностью его окисления в организме. В связи с этим в последних нормативных документах ограничено допустимое содержание серы, бензола и ароматических соединений в бензинах.
Фракционный состав автомобильного бензина
Бензин состоит из различных углеводородов, обладающих сложной и не одинаковой испаряемостью. Испаряемость зависит от химического состава топлива, а определяется по пределам температуры выкипания как его самого, так и отдельных его фракций. Качество бензина напрямую зависит от того, как соотносятся в нем фракции. Именно они влияют на легкость запуска двигателя и на приемистость, на время прогрева и прочие характеристики.
Различают пусковую, рабочую и концевую фракции. Первая это самые низкокипящие углеводороды, они занимают десятую часть дистиллята. Еще до 90 процентов объема составляет рабочая фракция, а оставшиеся 10 — фракция концевая, до конца кипения.
Соотношение фракций должно быть таковым, чтобы бензин мог обеспечивать хороший запуск двигателя, скорый его разгон, малый расход и распределение топлива по цилиндрам с минимальным износом их и поршней. При этом соотношение фракций должно быть идеальным. В противном случае жидким топливом будет омываться смазка, а моторное масло разжижится в картере. При недостатке низкокипящих фракций часть неиспарившегося топлива в не разогретом двигателе попадет в цилиндры жидким видом. Отсутствие смазки приведет к преждевременному износу деталей.
Чтобы этого всего не допустить, существует система контроля за содержанием низкокипящих углеводородов. В настоящее время она строится на трех показателях:
- температура начала перегонки — не меньше 35 градусов летом и без нормы зимой;
- температура перегонки 10 процентов бензина — не более 70 градусов летом и не более 55 зимой;
- давление насыщенных паров.
Прогрев двигателя стартует с пуском и продолжается до устойчивости в работе. В конце на холостом ходу происходит практически испарение топлива полностью во впускном трубопроводе. При минимальной температуре перегонки 50% и более легком составе двигатель греется быстрее. Топливо же низкой температуры скорее испаряется во впускном трубопроводе, горючая смесь лучше наполняет цилиндры и возрастает мощность двигателя.
Приёмистость улучшается тогда, когда цилиндры при дросселировании наполняются богатой смесью. Обедненная же смесь, когда системе питания частично не испаряется, приводит к остановке двигателя.
Температурой перегонки 50% летнего топлива обозначен верхний предел в 115°С, зимнего топлива – до 100°С. Это позволяет получить скорый прогрев и хорошую приёмистость двигателя.
Использование топлива высокой температуры на конце кипения повышает износ двигателя, увеличивает отложения на деталях солей, повышает топливный расход. Поэтому для летнего бензина температурой перегонки 90% топлива должна быть температура не выше 180°С, а для зимнего не более 160°С. Конец кипения летнего не должен превышать 195°С, а зимнего 185°С.