А. Н. КартАшевич в. С. товСтыка а в. ГордееНКо топливо, СмАзочНые мАтериАлы
 Скачать 2.39 Mb.
|
антидетонационные свойстваОдним из основных показателей качества автомобильных бен- зинов является их детонационная стойкость, от которой в наи- большей степени зависят надежность, повышение мощности, эко- номичность и продолжительность эксплуатации двигателя авто- мобиля. В качестве показателя антидетонационных свойств бензинов, получившего название «октановое число», принято содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая эквивалентна по своим антидетонационным качествам испытуемому топливу. Разное строение углеводородов при близких физических свой- ствах обусловливает резкое отличие их детонационной стойкости. Октановое число изооктана (С8Н18) — углеводорода парафиново- го ряда изомерного строения, отличающегося высокой детонаци- онной стойкостью (начинает детонировать только в двигателях с очень высокой степенью сжатия), — принято за 100 единиц. Октановое число сильно детонирующего гептана С7Н16 — углево- дорода парафинового ряда нормального строения — принято за 0 единиц. Составляя смеси изооктана с нормальным гептаном в объем- ных процентах, можно получить эталонные смеси с детонацион- ной стойкостью от 0 до 100 единиц. Появившиеся в последнее время различные октанометры оте- чественного и зарубежного производства, работающие по принци- пу измерения диэлектрической проницаемости, углеводородного состава, не имеют ничего общего с моторными установками, на ко- торых находят октановые числа бензинов. Детонационную стойкость автомобильных бензинов определя- ют на одноцилиндровых установках. При нахождении октановых чисел по моторному методу (ГОСТ 511–82) применяют установ- ки УИТ-85 или ИТ9-2М, позволяющие проводить испытания с переменной степенью сжатия (от 4 до 10 единиц). На них срав- нивают детонационную стойкость исследуемого бензина с эталон- ным топливом, в состав которого входит два углеводорода: изо- октан и нормальный гептан. Смесь изооктана и нормального гептана имеет октановое число, равное процентному содержанию в ней (по объему) изооктана. Интенсивность детонации замеряют и регистрируют специаль- ным прибором — детонометром. На практике было установлено, что октановое число, опреде- ляемое по моторному методу, коррелирует с детонационными тре- бованиями полноразмерных двигателей при работе на максималь- ных мощностях и напряженном тепловом режиме и недостаточно полно отражает всю характеристику детонационной стойкости ав- томобильных бензинов в условиях эксплуатации. В связи с этим был разработан исследовательский метод определения октановых чисел, который характеризует детонационную стойкость автомо- бильных бензинов в условиях работы двигателя на частичной на- грузке и меньшей тепловой напряженности (движение по городу). Исследовательским методом (ГОСТ 8226–82) детонационную стойкость бензина определяют на установках УИТ-65 либо ИТ9-6 (установка ИТ9-6 позволяет определить октановые числа по обо- им методам) отечественного производства и установках фирмы «Вокеша» (США). Причем детонационную стойкость определяют в режиме работы легкового автомобиля при его движении в усло- виях города. В этом случае в марку бензина включают букву И, например АИ-95 — автомобильный бензин с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95. Разность между октановыми числами по исследовательскому и моторному методам одного и того же бензина составляет 7...10 единиц (при исследовательском методе величина октанового числа выше) и называется чувствительностью. Чем меньше чув- ствительность, тем лучше антидетонационные свойства бензина. Например, один бензин АИ-95 имеет октановое число, по исследо- вательскому методу равное 95, а по моторному методу — 86, а вто- рой бензин — соответственно 95,6 и 85. Чувствительность в пер- вом случае меньше и, следовательно, антидетонационные свойства лучше. Октановое число (ОЧ), приближенно соответствующее окта- новому числу по исследовательскому методу, может быть опреде- лено по формуле ОЧ 120 2 tср 58 , (2.10) 4 520 4 где tср — средняя температура разгонки топлива, С; 20 — плот- ность топлива при температуре 20 С. Среднюю температуру разгонки топлива определяют по фор- муле tcp tH.p tK.p , (2.11) 2 где tн.р — температура начала разгонки топлива, С; tк.р — темпера- тура конца разгонки топлива, С. Полученное значение октанового числа сравнивают с нормами ГОСТа на бензины и делают вывод, соответствует ли данный бен- зин по октановому числу, определенному конкретным методом ис- пытаний, нормам ГОСТа на данную марку бензина. В топлива, антидетонационные свойства которых не соответ- ствуют эксплуатационным требованиям, добавляют высокоокта- новые компоненты (изооктан, алкилбензин, толуол, изопентан) или антидетонаторы. При добавлении 15...40 % высокооктановых компонентов к базовым сортам топлива получают бензины с вы- сокой детонационной стойкостью. Антидетонаторами называют металлорганические соедине- ния, при добавлении которых в незначительном количестве резко повышаются антидетонационные свойства бензинов. Самые деше- вые из них — тетраэтилсвинец (ТЭС) или тетраметилсвинец (ТМС) в составе этиловой жидкости. ТЭС и ТМС являются ядо- витыми. В качестве альтернативы ТЭС и ТМС для повышения детона- ционной стойкости бензинов используют соединения марганца, пентакаробонил железа, дициклопентадиенил железа, или ферро- цен, и диизобутиленовый комплекс пентакарбонила железа, а так- же кислородсодержащие соединения. В многофункциональные присадки и добавки вводят моющие, антиокислительные, антикор- розионные и другие компоненты. В России и за рубежом при производстве высокооктановых бензинов широко применяют метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). Антидетонационная присадка на основе МТБЭ не ядовита, отли- чается более высокой теплотой сгорания, хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, не агрессивна к конструкци- онным материалам. При добавке 10 % МТБЭ октановое число бен- зинов повышается на 2,1...5,8 (по исследовательскому методу), при добавке 20 % — на 4,6...12,6. Кроме того, при введении МТБЭ в бензин в количестве 11 % минимальная температура холодного пуска двигателя снижается на 10...12 С. Максимально допустимое содержание МТБЭ (ТУ 38.103704–90) или его смеси «Фетерол» (ТУ 301-03-130–93) в отечественных бензинах составляет 15 %. Однако производство МТБЭ планируется сокращать, хотя он не представляет угрозы для здоровья. Причина в том, что МТБЭ лег- ко проникает в грунтовые воды и имеет неприятный запах. Он обнаружен в малых количествах во многих источниках водоснаб- жения. В качестве антидетонационных присадок применяют также со- ставы, содержащие марганец и железо. Они имеют высокие анти- детонационные свойства и менее токсичны по сравнению с ТЭС. Однако бензины с марганцевыми антидетонаторами (ЦТМ, МЦТМ) образуют отложения на поверхностях свечей зажигания и катализаторах дожигателя, снижая эффективность их работы. Кроме того, соединения марганца при вдыхании обладают нейро- токсичным действием и при массовом применении в местах ско- пления автомобилей на закрытых стоянках или в ремонтных зонах могут превысить предельно допустимую концентрацию. Стандартом на автомобильные бензины ГОСТ Р 51105–97 предусмотрена выработка бензина «Нормаль-80» и «Регуляр-91» с содержанием марганца соответственно 50 и 18 г/дм3. Железосодержащие присадки (ферроцены) не токсичны, срав- нительно дешевы и эффективны, но вызывают повышенный износ деталей двигателей, интенсивное нагарообразование и отложение лаковых пленок. При концентрациях ферроценов до 40 мг/кг ин- тенсивность изнашивания деталей снижается, но остается выше, чем при использовании бензинов без присадки. К применению до- пущены антидетонаторы на основе ферроцена при содержании железа в бензинах всех марок не более 37 мг/дм3. Исходя из постоянно возрастающих требований к надежности и экологическим характеристикам двигателей этилированный бензин признан не соответствующим по техническому уровню стандарту EN 228, поэтому его производство в России и других странах мира прекращено. Применение бензинов с металлосодер- жащими присадками рассматривается как временная альтернати- ва этилированным бензинам. В приложении 9 приведены наиболее распространенные анти- детонационные присадки к топливам. |