Показатели качества автомобильных бензинов

Октановое число – важнейший показатель качества, характеризующий детонационную стойкость бензина, зависящий от строения углеводородов, фракционного состава, химической и физической стабильности, содержания серы и др.

Октановое число (ОЧ) – условный показатель, который характеризует детонационную стойкость бензинов по сравнению с эталонной смесью изооктана и н-гептана.

За эталон принято соединение 2,2,4 –триметилпентан (изооктан)

Наименее устойчивый к детонации компонент н-гептан С₇Н₁₆

СН₃-СН₂- СН₂ –СН₂ –СН₂–СН₂-СН₃ Октановое число 0 пунктов.

Физические свойства этих углеводородов близки, но структурное строение молекул разное, чем и объясняется различная детонационная стойкость. По внешнему виду – это прозрачные, бесцветные жидкости, не содержащие непредельных углеводородов и осадка, имеющие низкие температуры кипения (около 99°С, плотность 692 и 683 кг/м³).

Октановое число определяется на одноцилиндровых установках УИТ–85 по моторному (ГОСТ 511) или по исследовательскому (ГОСТ 3337) методам. Сущность определения сводится к сравнительному сжиганию испытуемого бензина, октановое число которого нужно найти, с искусственно приготовленным эталонным топливом, октановое число которого известно. Испытание ведут следующим образом. Одноцилиндровый двигатель установки заправляют испытуемым бензином. В процессе работы степень сжатия постепенно повышают до появления детонации. Ее интенсивность регистрируют детонометром. После этого двигатель заправляют эталонным топливом и подбирают такую смесь изооктана и н-гептана, при которой интенсивность детонации будет такой же, как и на исследуемом бензине.

Октановым числом называют процентное содержание (по объему) изооктана в эталонной смеси, состоящей из изооктана и н-гептана, по своей детонационной стойкости равноценной испытуемому бензину.

Концентрация фактических смол

Интенсивнос ть смоло- и нагарообразования зависит от качества используемого топлива и моторного масла. Чем тяжелее фракционный состав бензина, выше его плотность, больше содержание непредельных и ароматических углеводородов, тем выше вероятность протекания процессов полимеризации при нагревании и хранении этих бензинов. В результате этого процесса происходит образование смол. Основной показатель качества, характеризующий склонность бензина к образованию отложений в двигателях, – содержание в нем смолистых веществ.

Смолы – это темно-коричневые жидкие или полужидкие вещества с плотностью около 1000 кг/м³, молекулярной массой 350…900, обладают сильной красящей способностью, легко растворимы во всех нефтепродуктах и органических растворителях (кроме ацетона и спирта). Смолистые и смолообразующие вещества всегда содержатся в бензине. Их количество зависит от технологии получения, способа очистки, длительности и условий хранения топлива.

Содержащиеся в бензине тяжелые молекулы углеводородов, входящие в состав смол, не могут испариться, они накапливаются на горячих стенках трубопроводов, забивают жиклеры. Значительное накопление смолистых веществ приводит к уменьшению проходных сечений различных участков топливоподающей аппаратуры, всасывающего коллектора. Все это снижает мощность и ухудшает экономичность двигателя.

В зоне высокой температуры (клапаны, днище поршня, камера сгорания, канавки поршневых колец) смолистые отложения постепенно уплотняются, частично выгорают, образуют хрупкие и твердые нагары, которые в основном состоят из углерода. При большом накоплении нагаров в двигателе повышается износ, ухудшается процесс сгорания, увеличивается расход топлива.

Стандартом нормируют количество фактических смол, т. е. смолистых соединений, которые находятся в бензине в момент определения. Сущность определения (ГОСТ 1567 и ГОСТ 8489) заключается в испарении горячим воздухом 25 мл топлива при температуре 150°С. Остаток после испарения в миллиграммах на 100 мл топлива показывает количество фактических смол. Для автомобильных и авиационных бензинов различных марок норма составляет 5 мг/100 мл; для реактивных двигателей – 6; дизельных топлив – 40.

Индукционный период

Кроме фактических смол, в бензине содержатся смолообразующие вещества. Это различные нестойкие соединения, например непредельные углеводороды, которые с течением времени, от повышенных температур, под действием кислорода воздуха и от других факторов окисляются, полимеризуются, конденсируются и переходят в смолы. Смолообразующие соединения называют потенциальными смолами. Их количество зависит от химического состава сырья, способов его переработки и качества очистки.

Недостаточной стабильностью обладают бензины, в состав которых входит большое количество продуктов крекинга с высоким содержанием непредельных углеводородов. Чем хуже условия транспортирования и хранения бензина, тем больше образуется смол. При увеличении содержания смол и смолообразующих веществ ухудшается полнота сгорания бензина, снижается его детонационная стойкость. Накапливающиеся вместе со смолами кислоты повышают коррозийность топлива.

Химическую стабильность бензина оценивают индукционным периодом, который характеризует способность бензина сохранять неизменным свой состав при правильных условиях транспортирования, хранения и применения. Для автомобильных бензинов норма составляет не менее 360 минут для первой категории качества, для высшей категории 1200 минут. Для авиационных бензинов не менее 8 часов.

Определяют этот показатель (ГОСТ 4039– 87) в лабораторной установке при искусственном окислении бензина (температура 100°С, в атмосфере чистого кислорода при давлении 0,7 МПа). При окислении давление кислорода, который тратится на образование смол и кислот, резко снижается. Индукционным периодом называют время в минутах от начала искусственного окисления бензина до активного поглощения им кислорода.

Антиокислительные присадки

Общий принцип антиокислительной присадки состоит в следующем. Процесс окисления идет через стадию образования свободных радикалов. Крупные молекулы антиокислителей содержат подвижный атом Н* и объемные заместители. Атом Н* способен соединяться со свободными радикалами с образованием неактивных молекул R* +H* →RH. Эта присадка добавляется порядка 0,01% –0,02% по массе в бензин. При длительном хранении присадки расходуются, тогда процесс окисления начинает идти более активно.