Владельцы автомобилей бережно относятся к своим авто: моют, покупают запасные части, подбирают более качественные масла, своевременно «подмасливают» машину и т. д. В то же время они с небрежностью относятся к автомобильному бензину, который почти ежедневно заливают в топливный бак. Эту небрежность часто объясняют тем, что практически отсутствуют варианты выбора бензина. Однако любая информация о качестве бензина может быть использована владельцем автомобиля для сохранения ресурса двигателя и уменьшения затрат на проведение технического обслуживания и приобретение запасных частей. Просто нужно знать эти показатели качества бензина и их влияние на двигатель. Естественно, что владелец неосведомленный об этом не знает, не умеет и не может правильно оценить последствия применения бензина, даже если его «качество» видно невооруженным глазом.
Автомобильный бензин получают из нефти. По объему потребления нефть стоит на втором месте после воды. Нефть известна человеку более 6000 лет. Ее собирали в низинах, ямах, колодцах и использовали как топливо. В средние века на Ближнем Востоке научились из нефти выделять легкие фракции и использовать для освещения помещений. Нефть добывали на Кавказе. Венецианец Марко Поло, 700 лет назад посетивший Кавказ, писал: «На грузинской границе есть источник масла и много его: до сотни судов можно загрузить тем маслом. Есть его нельзя, а можно жечь…». Нефть была известна жителям Ухты. В 1745 г. купец Федор Прядунов организовал там ее переработку, жидкость светло-желтого цвета вывозил в Москву и Санкт-Петербург, где продавал как лампадное масло.
Однако для первых двигателей внутреннего сгорания в качестве топлива применяли светильный газ. Его случайно открыл француз Филипп Лебон. Однажды он бросил горсть опилок в стоящий на печи раскаленный металлический кувшин. Вначале из него повалил дым, а затем вспыхнуло пламя. В 1799 г. Лебон получил патент на светильный газ, построил газовый завод и оборудовал систему газового освещения гостиницы в Париже. В 1801 г. он получил патент на двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе, однако построить его даже не попытался. Атмосферный двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе, построил в 1823 г. английский изобретатель Самуэль Браун. В России газовые заводы были лишь в Москве, Санкт – Петербурге и Варшаве. Газовый двигатель пытались строить многие изобретатели из разных стран. Наиболее удачную конструкцию разработал Жан Ленуар. На Всемирной выставке в Париже 1864 г. его двигатель получил первое место. Еще более совершенный двигатель, с коэффициентом полезного действия 16%, был создан Лангеном и Отто.
В 1873 г. американец Брайтон из Филадельфии заменил для своего двигателя светильный газ на бензин. Однако получить горючую смесь было трудно. Ему пришлось изобрести испарительный карбюратор. Бензин предварительно подогревали в испарителе, а затем его пары смешивали с воздухом и подавали в цилиндр, что было неудобно в эксплуатации. Революцию в применении бензина в двигателях совершил студент венгр Донат Банки. В патенте за 1893 г. он предложил диспергировать струю бензина на мелкие капли в карбюраторе, что резко сократило время испарения. Стало возможным оперативно изменять обороты двигателя и его мощность. Вскоре немецкие изобретатели Майбах и Даймлер создали легкий автомобильный двигатель.
Братья Дубинины организовали в 1823 г. на юге России прямую перегонку нефти. Они получали карасин (от тюркского кара – темный, су – жидкость) или кирасин (жидкость, полученная из кира тюрк. – земли, пропитанной нефтью) и бензин, который сжигали как ненужный побочный продукт. В Грозном в 1902 г. было уничтожено до 70 тыс. т бензина. Спрос на него появился лишь с появлением автомобилей.
В состав бензина входят углеводороды, содержащие от 4 до 12 атомов углерода. Они образуют десятки тысяч типов различных структур молекул углеводородов. От структуры молекул зависят свойства углеводорода, а от преобладания в бензине тех или иных углеводородов зависит качество бензина – его октановое число и т. д. При прямой перегонке нефти получают до 20% бензина с октановым числом 45…50. Современные технологии позволяют увеличить выход бензина с 20 до 60% с октановым числом 80…95. Товарные марки бензинов получают смешиванием очищенных фракций в пропорциях, обеспечивающих показатели качества бензина в соответствии с требованием стандарта. Улучшения эксплуатационных свойств бензина достигают введением в него специальных присадок: противонагарных, антиокислительных, противокоррозионных, антиобледенительных, антидетонаторов и др.
К 60-м годам были выявлены взаимодействия в системе техника – нефтепродукт – условия эксплуатации, которые обобщил д. т. н. К. К. Папок. Им была создана химмотология – прикладная техническая научная дисциплина об эксплуатационных свойствах, показателях качества и рациональном применении топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей в технике. Термин состоит из трех частей: хим (химия) – так как при применении нефтепродуктов в технике протекают преимущественно химические процессы; мото – мотор (двигатель) является основным потребителем нефтепродуктов; логия – (логос) – наука. Достижения химмотологии позволили на 15…20% снизить расход топлива в двигателях, в 1,5 раза увеличить их моторесурс, в 2…4 раза снизить расход моторного масла и в 1,5…2 раза уменьшить эксплуатационные затраты.
Ассортимент автомобильных бензинов
До 1941 г. в нашей стране выпускалось около 15 марок бензинов с октановым числом, не превышавшим 50…52. В военное время возросла потребность в качественном бензине. В 1942 г. были утверждены ВТУ на бензин утяжеленного фракционного состава, а в 1943 г. – ГОСТ 2084-43. В 1946 г. был введен стандарт, согласно которому маркировка бензинов стала производиться по их октановому числу, определяемому моторным методом. Например, марка А-66 значила, что бензин А – автомобильный, число 66 указывало величину октанового числа по моторному методу. Предусматривался выпуск бензина А-66, А-70 и А-74. С 1956 г. вместо бензина А-74 стали выпускать бензин А-76. Измененный в 1967 г. государственный стандарт предусматривал выпуск бензинов А-66, А-72, А-76 и двух высокооктановых марок АИ-93 и АИ-98, октановое число которых определялось исследовательским методом. Впервые стандарт утвердил выпуск летнего и зимнего видов бензина. В новом стандарте от 1977 г. отменили выпуск бензина А-66, а вместо марки АИ-98 стали выпускать АИ-95.
Владельцев автомобилей в ближайшее время ожидает сюрприз: на АЗС появятся новые марки бензина. С 1 января 1999 г. введен государственный стандарт на неэтилированные бензины новых марок Нормаль-80, Регуляр-91, Регуляр-92, Премиум-95 и Супер-98. Ассортимент современных марок автомобильных бензинов приведен в таблице.
***
Автомобильные бензины с маркировкой АГ получают из газовых конденсатов, все остальные бензины получают из нефти.
Система показателей качества автомобильных бензинов
Для автомобильных бензинов государственным стандартом утверждено 11 эксплуатационных свойств и 40 показателей качества. Жидкие топлива обладают следующими эксплуатационными свойствами: прокачиваемостью, испаряемостью, воспламеняемостью, горючестью, склонностью к образованию отложений, совместимостью с материалами, токсичностью, сохраняемостью, защитным, противоизносным и охлаждающим свойствами. В связи с тем, что термины обязательны для применения в технической литературе, то современному владельцу автомобиля знать их необходимо затем, чтобы не выглядеть «пещерным» пришельцем из прошлого тысячелетия.
| Стандарт | Марки автомобильных бензинов | Вид бензина |
| ГОСТ 2084-77 | А-72, А-76, А-76 этил-ный, АИ-91, АИ-93, АИ-95 | летний, зимний |
| ГОСТ Р 51105-97 | Нормаль-80, Регуляр-91, Регуляр-92, Премиум-95, Супер-98 |
пять классов каждой марки |
| ТУ 38.401-58-56-93 | А-72 этил-ный, АИ-93 этил-ный | летний, зимний |
| ТУ 38.001165-87 | А-80, А-80 этил-ный, А-92, А-92 этил-ный | летний |
| ТУ 38.1011279-89 | АИ-95 «Экстра» | летний |
| ТУ 38.1011225-89 | АИ-91 | летний, зимний |
| ТУ 51-03-06-86 | АГ летний, АГ зимний | летний, зимний |
| ТУ 51-126-83 | АГ-72, АГ-76 | зимний |
Прокачиваемость бензинов
Под прокачиваемостью понимают эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результаты процессов, которые могут протекать при перекачке бензина по трубопроводам и топливным системам и при его фильтровании. Длительная и надежная работа бензинового двигателя определяется прокачиваемостью топлива по системе питания. Если прокачиваемость бензина не обеспечивается, то остаются нереализованными все другие эксплуатационные свойства, поэтому двигатель просто не будет работать. Прокачиваемость автомобильных бензинов определяется содержанием воды и механических примесей, массовой долей механических примесей, цветом.
Содержание воды в топливе
Вода в бензин поступает из атмосферы во время его хранения, налива, слива, заправки и применения в двигателе. Температура воздуха ночью бывает на 10°С и более ниже, чем днем, поэтому температура бензина в бензобаке автомобиля ночью снижается. Снижается давление паров бензина и уменьшается его объем в бензобаке. За счет разряжения в бак через дыхательный клапан поступает атмосферный воздух. Он всегда содержит пары воды. Летом, особенно в дождливую и сырую погоду, больше, а зимой меньше. За счет суточного «дыхания» емкости вода поступает в бензин. Увеличение атмосферного давления приводит к сжатию воздуха и паров бензина, находящихся в емкости, и к поступлению атмосферного воздуха и влаги. Вода попадает в топливо при наливе и сливе открытой струей, при заправке в дождливую погоду. Во время работы двигателя топливо расходуется, израсходованный объем в баке замещается атмосферным воздухом, который содержит пары воды. Вода в бензине может быть в трех агрегатных состояниях: в виде раствора, в жидком виде (эмульсия или отстой), в твердой фазе в виде льда или инея.
Количество воды в виде раствора в бензине мало и зависит от влажности воздуха, атмосферного давления, температуры топлива и т. д. Обычно при 20°С в бензине в виде раствора может находиться до 0,0582% воды. Такую концентрацию воды в бензине принято считать ее отсутствием или ее «следами». Насыщение обезвоженного бензина водой происходит очень быстро, всего за 10…20 минут. С увеличением температуры, влажности или давления растворимость воды в бензине увеличивается. Например, при изменении температуры от 10 до 30°С количество воды, растворенной в топливе, увеличивается в 4 раза. При снижении влажности воздуха вода из топлива может частично испариться.
При охлаждении топлива (например, в период ночной стоянки автомобиля) растворимость воды снижается, и она начинает переходить в жидкое состояние, что ухудшает прокачиваемость бензина. Вначале образуются мелкие капли, которые могут находиться в виде эмульсии во взвешенном состоянии. При укрупнении капель топливо теряет прозрачность и становится мутным. Дальнейший рост капель сопровождается их слиянием и оседанием на дне бензобака в виде отстоя. Вода в бензине увеличивает скорость коррозии деталей системы питания, способствует образованию механических примесей из продуктов коррозии и выпадению шлама. Она способствует развитию микроорганизмов, продукты жизнедеятельности которых увеличивают количество отложений. В связи с этим воду из бензина необходимо периодически удалять, сливая накапливающийся отстой.
Простейший способ определения наличия воды в бензине состоит в следующем. Необходимо взять небольшое количество кристаллического КМnО4 – «марганцовки», которая имеется практически в любой семейной аптечке, завернуть ее в небольшую тряпочку, сложить мешочком, перевязать тонким прочным шнуром и, удерживая конец шнура, опустить мешочек на дно емкости. Через несколько минут вытащить мешочек и внимательно осмотреть его снаружи. Если поверхность мешочка окрасится в розовый цвет, значит, в емкости с бензином содержится вода в виде раствора. Если цвет мешочка не изменился, значит, воды в виде раствора в емкости нет.
Однако наличие воды в топливе приносит владельцу автомобиля не только неприятные моменты. Создатели первых двигателей специально применяли воду для улучшения их работы. Вода обладает большой теплоемкостью, поэтому при ее испарении температура горючей смеси существенно снижается, что уменьшает вероятность появления детонации. Для уменьшения детонации воду широко применяли в авиационных двигателях во время Великой Отечественной войны. Добавление воды равноценно увеличению октанового числа бензина на 4…6 единиц. Воду можно подавать вместе с воздухом или в виде водно-бензиновой эмульсии. При этом экономия бензина достигает 5…7%. Установлено, что при высокой температуре несгоревший углерод топлива (сажа) взаимодействует с парами воды и, окисляясь, образует углекислый газ. После разборки двигателя, работавшего с добавлением воды, было установлено отсутствие отложений нагара в камере сгорания, на стенках цилиндра и клапанах. Более полное сгорание бензина улучшает состав отработавших газов за счет уменьшения выброса несгоревших углеводородов. Самым простым способом введения воды в цилиндры двигателя является его подача во впускной коллектор за карбюратором. Для этих целей достаточно в емкость с водой (пластмассовую бутылку) опустить на дно тонкую резиновую трубку, на другой конец которой надеть иглу от медицинского шприца. Иглу следует ввести во впускной коллектор за карбюратором. При пуске двигателя бутылку опустить на пол салона, чтобы вода не могла попасть в двигатель. После прогрева двигателя приподнять ее так, чтобы за счет разряжения за иглой вода начала поступать в двигатель. В зависимости от мощности двигателя можно подобрать оптимальный диаметр иглы и положение емкости с водой в салоне.
Если в бензине содержится вода в виде отстоя, то при работе двигателя она отдельными каплями подхватывается потоком бензина и заносится в бензопровод. Плотность воды больше плотности бензина примерно на 25%, поэтому вода скапливается в нижних коленах бензопровода в виде отдельных капель. Поэтому при снижении температуры воздуха (и, соответственно, бензина) ниже 0°С капля воды из жидкого состояния переходит в твердое – лед. При увеличении скорости движения автомобиля замерзшая капля воды подхватывается потоком бензина и попадает к очередному изгибу бензопровода. Если размер капли замерзшей воды намного меньше размера бензопровода, то она пройдет через него. Если размер капли больше размера бензопровода в изгибе, то она застрянет в нем. Это приведет к уменьшению проходного сечения бензопровода, снижению поступления бензина и потере оборотов двигателя, расхода бензина и силы, с которой льдинка запирала бензопровод. В результате льдинка скатится в нижнюю часть колена бензопровода и откроет проход бензину. Свободное поступление бензина вызовет увеличение оборотов двигателя, поток бензина вновь подхватит льдинку воды и перекроет ею проходное сечение трубки. В таких ситуациях машина на включенной передаче начинает «дергаться». Избавиться от замерзшей капли воды можно следующим способом. При работающем двигателе подогреть нижние колена бензопровода тряпкой, смоченной в горячей воде. При повышении температуры выше 0°С льдинка начнет таять, уменьшаясь в размере. Поток бензина подхватит замерзшую льдинку, вынесет ее из колена и занесет в подкапотную часть бензопровода. Там она растает и в виде жидкой воды попадет в цилиндр двигателя.
Иней образуется в воздушном объеме бензобака после выезда автомобиля зимой из теплого гаража или после заправки на АЗС относительно теплым бензином из подземной емкости. При движении автомобиля иней осыпается со стенок бензобака на его дно. Иней и лед забивают фильтры, жиклеры, бензопровод. Их появление в топливе приводит к зависанию клапанов бензонасоса, неустойчивой работе двигателя и т. д.
Массовая доля механических примесей в топливе
Массовая доля механических примесей показывает, какая часть (в процентах) от массы топлива приходится на механические примеси. Технология получения автомобильных бензинов обеспечивает отсутствие в них механических примесей. Однако при его транспортировании, хранении, наливе и применении количество механических примесей непрерывно увеличивается. Они включают в себя продукты механического и коррозионного изнашивания насосов, трубопроводов и емкостей, почвенную пыль, микроорганизмы и т. д.
Наиболее опасна почвенная пыль. Снижение температуры в ночное время или увеличение давления воздуха уменьшают объем бензина и давление его паров в емкости. Поэтому атмосферный воздух, содержащий пыль во взвешенном состоянии, поступает внутрь емкости, где давление становится ниже атмосферного. Пыль попадает в емкости для транспортировки топлив (железнодорожные цистерны, автоцистерны, топливозаправщики и т. д.), во время их зачистки, осмотра или налива, когда их люки открыты. Пыль попадает в бензин в период заправки топливного бака и во время работы двигателя. По мере расходования топлива в бензобак поступает воздух в объеме, равном объему израсходованного бензина. Вместе с воздухом в бак поступает и почвенная пыль. Количество пыли в воздухе при движении по асфальтированному шоссе достигает 15 мг/м3, а по проселочным дорогам – до 6000 мг/м3. Для снижения количества механических примесей, поступающих в систему питания двигателя, конструкторы вынуждены устанавливать на автомобилях до 6 фильтров.
Фильтры системы питания имеют различный размер ячеек и обеспечивают задержание механических примесей выше определенного размера. Например, у грузовых автомобилей ЗИЛ размер ячеек у фильтра заправочной горловины бензобака достигает 500 мкм, что обеспечивает улавливание наиболее крупных механических частиц. Фильтр топливоприемной трубки бензобака задерживает примеси более 450 мкм. Наименьший размер примесей, 50 мкм и более, задерживает фильтр грубой очистки топлива. Остальные фильтры пропускают примеси, размер которых менее 140 мкм. Эти фильтры предназначены в основном для улавливания механических продуктов износа системы питания, продуктов ее коррозии и т. д. Средний размер частиц почвенной пыли, поступающей в бензобак, составляет 5 мкм, а максимальный размер превышает 60 мкм и более. Количество пыли в топливе колеблется от 2 до 400 г на 1 т бензина. Пыль в бензобаке накапливается быстро – за первые 2-3 заправки, а затем стабилизуется на постоянном уровне. Простейший способ определения наличия механических примесей в емкости с топливом состоит в следующем. Необходимо взять чистую стеклянную трубку или тонкий шланг, зажать один конец пальцем, а второй конец осторожно опустить в емкость до дна, а затем снять палец с отверстия шланга. Бензин, находящийся на дне емкости, заполнит объем шланга. Закрыть пальцем отверстие шланга, быстро и аккуратно достать его и содержимое слить в прозрачную чистую емкость. Если в бензине находились механические примеси, то их легко заметить, осмотрев пробу в проходящем свете. Можно несколько капель бензина нанести на чистую поверхность стекла, накрыть другим чистым кусочком стекла, прижать их друг к другу пальцами. Поднести сжатые пластинки к уху и подвигать их друг относительно друга. Если будет слышно поскрипывание или хруст, значит, в бензине имеются механические примеси. Если механических примесей в бензине нет, то характерного поскрипывания вы не услышите.
Механические примеси обладают большой удельной поверхностью, легко адсорбируют растворенную или эмульсионную воду, образуют шлам, легко выпадающий в осадок в баке или на фильтре. От общего количества механические примеси составляют 70…95%. Их количество зависит от условий применения автомобилей. Например, у самосвалов содержание механических примесей в топливе в 1,5 раза больше, чем у бортовых автомобилей. На массовую долю примесей отрицательно влияет размещение бензобака в зоне наибольшего разряжения при движении автомобиля, где количество почвенной пыли максимальное.
Наличие механических примесей в бензине обусловливает до 50% отказов топливной системы автомобилей. Увеличение примесей приводит к частичной, а затем к полной блокировке фильтра, что снижает мощность двигателя и производительность автомобиля вплоть до его полной остановки. Установлено, что до 30% отказов бензонасоса связано с наличием в топливе механических примесей. Свыше 90% отказов главной дозирующей системы происходит из-за засорения клапанов и жиклеров. Около 85% отказов ускорительного насоса происходит из-за зависания поршня и обратного клапана и 15% – из-за засорения выходного отверстия. Нарушение герметичности клапана экономайзера из-за наличия механических примесей увеличивает расход топлива на 10…20%. Попадание механических примесей между иглой и седлом крышки увеличивает уровень топлива в поплавковой камере карбюратора, что приводит к его перерасходу, неустойчивой работе двигателя на холостом ходу; он часто глохнет и плохо запускается. Попадание механических примесей в цилиндр двигателя увеличивает скорость абразивного изнашивания цилиндропоршневой группы в 1,6…2,3 раза и более. Ускорение абразивного изнашивания обусловлено высокой твердостью почвенной пыли, на 50…95% состоящей из кварца, твердость которого превышает твердость материала, из которого изготавливаются детали двигателя. Поэтому механические примеси в бензине недопустимы. Если при работе двигателя появились вышеперечисленные отклонения в его работе, необходимо внимательно их проанализировать, выявить наиболее вероятную причину и устранить ее. Из приведенных выше данных следует, что необходимо принимать все меры для исключения попадания в топливо механических примесей и периодически сливать отстой. Это не только обеспечит прокачиваемость бензина, но и снизит вероятность отказа системы питания, уменьшит расход топлива, а также затраты на техническое обслуживание и ремонт двигателя. Удалить из бензина воду и механические примеси можно отстаиванием с последующей фильтрацией через мелкоячеистый фильтр.
Цвет бензина
Цвет бензина является показателем его чистоты. Он определяется визуально. Бензин неэтилированный должен быть чистым и прозрачным. Светло-желтая окраска неэтилированного бензина обусловлена продуктами окисления непредельных углеводородов. В бензине увеличивается содержание смол, что способствует увеличению его склонности к образованию отложений в системе питания, камере сгорания, на клапанах и т. д. Поэтому при приобретении бензина светло-желтого цвета возможны негативные последствия его применения. В этом случае следует отказаться от его приобретения. Если неэтилированный бензин приобрел светло-желтый цвет вследствие длительного хранения, то прежде чем использовать его, следует взвесить последствия от его применения. Восстановить качество бензина можно путем смешения некачественного объема с новой партией топлива, имеющей запас по данному показателю качества. Восстановление показателя качества до требований стандарта позволит применять бензин без опасения больших негативных последствий.
Этилированный бензин окрашивают специальными красителями. Этилированный бензин марки А-76 окрашен в желтый цвет, а АИ-93 – в оранжево-красный. Эти цвета служат для предупреждения водителя о высокой токсичности применяемого бензина.
Приведенные выше данные показывают, что невнимательное отношение к качеству бензина может привести к вынужденному простою исправного автомобиля, а иногда и к серьезной поломке. Безусловно, влиять на качество продаваемого бензина в полном объеме автовладелец не может. Но уберечь свою машину от старого топлива, от попадания в него воды и пыли – в ваших силах. Также теперь вы можете проверить и качество топлива портативными приборами, выпускаемыми в нашем городе. Не стесняйтесь отстаивать свои права перед владельцами АЗС.