Автомобильные бензины

Для двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением в качестве топлива используется бензин. Сырьем для получения бензина служат нефть, нефтяные газы, бурый и каменный уголь, горючие сланцы.

Автомобильным бензином называют нефтяную фракцию, представляющую смесь углеводородов, которая выкипает при температуре от 35 до 205 °С.

Физико-химические свойства бензина должны обеспечивать:

- нормальное и полное сгорание полученной смеси в двигателях (без возникновения детонации);

- образование топливовоздушной смеси требуемого состава;

- бесперебойную подачу бензина в систему питания двигателя;

- отсутствие коррозии и коррозионных износов деталей двигателя;

- возможно меньшее образование отложений во впускном трубопроводе, камерах сгорания и других частях двигателя;

- сохранение качества при хранении, перекачках и транспортировке;

- образование минимального количества продуктов сгорания, загрязняющих окружающую среду.

Эксплуатационные качества бензинов характеризуются:

- испаряемостью;

- детонационной стойкостью;

- стабильностью;

- коррозионностью и токсичностью;

- наличием механических примесей и воды.

Под испаряемостью бензинов понимают его способность переходить из жидкого состояния в парообразное. Это свойство определяет процессы образования горючей смеси, распределение ее по цилиндрам и оказывает влияние практически на все параметры эффективности и надежности двигателя. При плохой испаряемости бензина наблюдаются неравномерное распределение рабочей смеси по цилиндрам, неполное испарение бензина, что приводит к повышенным износам цилиндропоршневой группы двигателя и к повышенному расходу горючего. Затрудняется пуск двигателя. Однако и высокая испаряемость бензина вредна, так как она вызывает образование паровых пробок, увеличивает потери горючего и делает его более опасным в пожарном отношении.

Об испаряемости бензина судят по двум показателям: фракционному составу и давлению насыщенных паров.

От фракционного состава бензина зависят пуск и длительность прогрева двигателя после пуска, приемистость двигателя и динамичность автомобиля в целом, полнота сгорания горючего и другие эксплуатационные показатели. Эти свойства бензина оценивают по пяти характерным точкам:

- температурой начала перегонки, °С;

- температурой перегонки, 10, 50 и 90 %,°С;

- температурой конца перегонки, °С.

Температура начала перегонки характеризует наличие в бензине наиболее легких фракций углеводородов, обусловливающих его летучесть, огнеопасность и склонность к образованию паровоздушных пробок в топливной системе машины.

Температура перегонки 10 % горючего характеризует пусковые качества бензина и его склонность к образованию паровоздушных пробок в системе питания: чем ниже эта температура, тем легче можно пустить двигатель.

Температура перегонки 50 % бензина характеризует его способность обеспечивать быстрый прогрев двигателя, устойчивость его работы на малой частоте вращения коленчатого вала и приемистость двигателя.

Температура перегонки 90 % бензина характеризует полноту его испарения и сгорания в цилиндрах двигателя.

Температура конца перегонки бензина характеризует наличие в горючем тяжелых фракций углеводородов, которые не испаряются, оседают на стенках цилиндра и смывают с них масло, что вызывает повышенный износ цилиндропоршневой группы.

Давлением насыщенных паров бензина называется такое максимальное давление, при котором количество молекул паров бензина прекращает повышаться, наступает равновесное состояние с жидкой фазой. Чем выше давление, тем быстрее испаряется бензин, тем лучше его пусковые свойства. Однако с повышением давления насыщенных паров возрастает склонность к образованию паровоздушных пробок.

Различают нормальное, детонационное и калильное сгорание рабочей смеси.

Сгорание смеси считается нормальным, если воспламенение топлива происходит от свечи зажигания, при этом оно полностью сгорает со средней скоростью распространения фронта пламени 15-25 м/с. Такое сгорание обеспечивает полное тепловыделение и плавное увеличение давления в цилиндрах.

Детонационным сгоранием называется такое сгорание рабочей смеси, при котором кроме воспламенения топлива от искры при определенных условиях происходит самовоспламенение отдельной его части. При этом фронт пламени распространяется со скоростью 1500-2500 м/с. Детонационное сгорание сопровождается звонкими металлическими стуками в зоне камеры сгорания, неполнотой сгорания (черный дым в отработавших газах), перегревом и снижением мощности двигателя.

Калильное сгорание – это воспламенение рабочей смеси от перегретых деталей и нагара в камере сгорания, когда при выключении зажигания сгорание смеси не прекращается, а она воспламеняется на такте очередного сжатия. При этом процесс сгорания и расширения смеси может наступить до завершения такта сжатия с последствиями, аналогичными для детонационного сгорания.

Стойкость бензина против детонации оценивается октановым числом, которое присутствует в названии каждой марки бензина. Так, например, в марке бензина А-76 буква “А” означает, что бензин предназначен для автомобилей, а цифра “76” – величину октанового числа. В марке АИ-95 буква “И” означает, что октановое число определено по исследовательскому методу. Если в марке бензина буквы “И” нет – это означает, что октановое число определено по моторному методу.

Чем выше октановое число, тем меньше склонность бензина к детонации, поэтому для повышения октанового числа к бензинам добавляют антидетонаторы, чаще всего тетраэтилсвинец (ТЭС). Так, введение 0,3 % ТЭС в бензин приводит к повышению октанового числа на 15-25 единиц. Тетраэтилсвинец входит в состав этиловый жидкости, которую и добавляют в бензин. Бензины, содержащие этиловую жидкость, ядовиты; чтобы отличить этилированные бензины от неэтилированных, их окрашивают в различные цвета: А-76 – в желтый, АИ-93 – в оранжево-красный и АИ-98 – в синий цвет.

Стабильность бензинов характеризуется сохранением их физико-химических свойств в допустимых пределах во время перевозки, хранения и использования в конкретных условиях эксплуатации.

Коррозионность бензинов обусловливается наличием в них следующих веществ:

- водорастворимых кислот и щелочей;

- органических кислот;

- сернистых соединений;

- этиловых жидкостей; воды.

Содержание этих веществ в бензинах строго ограничивается.

Содержание воды и механических примесей в бензине не допускаются. Вода способствует коррозии топливных баков и тары, а также ускоряет осмоление бензина. Зимой вода, замерзая, может закупорить топливопроводы, фильтры, жиклеры, что приведет к вынужденной остановке двигателя.

Механические примеси в бензине вызывают засорение жиклеров, фильтров и износ цилиндропоршневой группы двигателя.

В соответствии с рекомендациями заводов-изготовителей автомобилей применяют следующие марки бензинов:

бензин А-76 предназначен для двигателей со степенью сжатия: 6,5-7,0. На этом бензине работают двигатели автомобилей УАЗ-3151, ГАЗ-66, ГАЗ-3308, ГАЗ-53, ЗИЛ-131 и др.;

бензин АИ-92, АИ-95 предназначены для двигателей со степенью сжатия 8,0-9,0. Применяются на автомобилях ГАЗ-3110, ГАЗ-3102,
ГАЗ-31029, ЗИЛ-135 ЛМ и его модификации, «Жигули», «Москвич» и др.;

бензин АИ-98 предназначен для двигателей со степенью сжатия выше 9,5.

С первого января 1999 г. заводы промышленности вырабатывают четыре марки неэтилированных бензинов – Нормаль-80, Регуляр-91, Премиум-95 и Супер-98. Октановое число этих марок бензинов определено по исследовательскому методу.

Каждая марка бензина, кроме АИ-95 и АИ-98, имеет летнюю и зимнюю модификации:

- летние – для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля до 1 октября, в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всех сезонов;

- зимние – для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах, а в остальных районах с 1 октября до 1 апреля.

Следует соблюдать сезонность при применении летнего и зимнего видов бензина. В случае нарушения этого требования могут возникнуть нежелательные последствия. Так, при применении бензина летнего вида зимой в период пуска и прогрева двигателя значительная доля бензина не будет испаряться и сгорать, что вызовет затрудненный пуск двигателя. Несгоревшая часть бензина, стекая по стенкам цилиндра, будет смывать масло, форсируя износ, а попадая в картер двигателя – разжижать масло.

При применении бензина зимнего вида летом возможно образование паровых пробок в системе питания и как следствие – обеднение смеси, перегрев двигателя, перебой в работе или полная остановка двигателя. Во всех случаях это скажется на потере мощности двигателя, уменьшении ресурса его работы, перерасходе бензина.

Дизельное топливо

Дизельное топливо - это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурами кипения в пределах от 200 до 350 °С.

Дизельное топливо - прозрачная, более вязкая, чем бензин, жидкость. Его окраска зависит от содержащихся смол и меняется от желтого до светло-коричневого цвета.

Дизельные топлива применяются для двигателей с воспламенением от сжатия, поэтому требования к их свойствам, связанным с условиями эксплуатации, определяются характером смесеобразования и сгорания в этом типе двигателя.

Дизельные топлива должны отвечать следующим требованиям:

- иметь хорошую прокачиваемость как условие бесперебойной и надежной работы топливного насоса высокого давления;

- обеспечивать тонкий распыл и хорошее смесеобразование;

- быть химически и физически стабильными;

- обладать минимальным коррозионным воздействием;

- не содержать воды и механических примесей.

Основными свойствами дизельного топлива являются:

- прокачиваемость;

- испаряемость;

- воспламеняемость;

- коррозионность.

Прокачиваемость дизельного топлива характеризует процесс подачи его по трубопроводам и приборам системы питания двигателя. Прокачиваемость зависит от температур помутнения и застывания, вязкости, наличия в топливе воды, механических примесей и смол.

Температурой помутнения называется температура, при которой топливо начинает терять прозрачность, становится мутным. По температуре помутнения судят о нижней температурной границе надежной подачи топлива в системе питания двигателя. Для обеспечения бесперебойной подачи топлива необходимо, чтобы его температура помутнения была ниже температуры окружающей среды не менее чем на 3-5 °С.

Температурой застывания называется наивысшая температура, при которой топливо полностью теряет подвижность. По температуре застывания судят о нижней температурной границе перекачки топлива и заправки его в баки машин. Для обеспечения бесперебойной работы дизельного двигателя при зимней эксплуатации температура застывания топлива должна быть ниже температуры окружающей среды не менее чем на 5-10 °С.

Вязкость дизельного топлива зависит от температуры и при ее понижении может настолько повыситься, что произойдет нарушение или полное прекращение подачи топлива в двигатель. Пониженная вязкость приводит к подтеканию топлива через зазоры плунжерных пар насоса высокого давления и усилению износа его деталей и деталей форсунок (насос – форсунок) вследствие недостаточной их смазки. Излишняя или недостаточная вязкость топлива оказывает отрицательное влияние также на смесеобразование в цилиндрах двигателя. Поэтому вязкость дизельных топлив должна быть в пределах 2,5-4 мм ²/с.

Топливная аппаратура современных дизельных автомобилей предъявляет высокие требования к чистоте применяемых топлив. В них не должно содержаться механических примесей и воды.

Для предупреждения попадания воды и механических примесей в систему питания двигателя дизельное топливо перед заправкой машин необходимо отстаивать в течение 3-6 суток. При заправке топливо следует брать из верхних слоев резервуара, которые очищаются раньше. В процессе эксплуатации необходимо сливать отстой из топливных фильтров грубой и тонкой очистки, топливных баков, заменять или промывать элементы фильтров, промывать топливные баки в соответствии с периодичностью технического обслуживания.

Присутствие в дизельных топливах большого количества фактических смол приводит к образованию смолистых пленок на поверхности фильтрующих элементов топливных фильтров, вследствие чего резко снижается их пропускная способность. Отложение смол может привести к зависанию игл распылителей форсунок, образованию нагара в камере сгорания и на форсунках, закупориванию распыливающих отверстий, что в дальнейшем приводит к отрыву головок распылителей. Такие факторы, как ужесточение теплового режима и неисправность топливной аппаратуры, создают условия для образования в камере сгорания углистых отложений. Наибольшее влияние на этот процесс оказывает падение давления впрыска, из-за чего резко ухудшается качество распыливания. Вот почему не рекомендуется длительная работа дизелей на малых оборотах.

Испаряемость дизельного топлива оказывает влияние на его распыливание, полноту сгорания, дымность выпуска, нагароотложение и разжижение масла в картере двигателя.

Испаряемость дизельного топлива оценивается его фракционным составом, т. е. температурами перегонки 50 и 96 %.

Температура перегонки 50 % топлива характеризует в некоторой степени его пусковые свойства, так как воспламенение смеси в дизеле зависит не только от испаряемости топлива, а, главным образом, от его воспламеняемости.

Температура перегонки 96 % топлива (конец перегонки) характеризует наличие в нем тяжелых фракций, ухудшающих смесеобразование и повышающих нагарообразование и дымность отработавших газов.

На образование горючей смеси и интенсивность ее сгорания в дизельных двигателях влияют давление, испаряемость топлива, его химический состав.

Воспламеняемость дизельного топлива характеризует легкость пуска, мягкость и экономичность работы двигателя и связана с периодом задержки воспламенения. Время от начала впрыска до момента воспламенения топлива называется периодом задержки воспламенения. Если он небольшой, то процесс сгорания протекает благоприятнее, облегчается пуск, обеспечивается мягкая и устойчивая работа двигателя. Жесткая работа двигателя наблюдается при увеличении периода задержки воспламенения, она приводит к возникновению ударных нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма. В результате этого могут произойти деформация и поломка поршневых колец, разрушение шатунных и коренных подшипников двигателя. Жесткая работа дизельных двигателей сопровождается стуками, дымным выпуском отработавших газов, повышением удельного расхода топлива, перегревом двигателя. Способность дизельного топлива самовоспламеняться оценивают цетановым числом (ЦЧ).

Для безотказной работы современных двигателей требуется топливо с цетановым числом летом – не менее 45, зимой – 50 единиц. Чем выше цетановое число топлива, тем мягче работа дизеля и легче его пуск. При малом цетановом числе топлива двигатель работает жестко. Использование топлив с цетановым числом более 60 единиц нежелательно, так как жесткость работы при этом изменяется незначительно, а удельный расход топлива возрастает, что приводит к снижению экономичности двигателя.

Коррозионные свойства дизельного топлива, как и бензинов, зависят от содержания в них серы, сернистых и кислотных соединений. Присутствие в дизельном топливе сернистых соединений резко увеличивает износ плунжерных пар топливных насосов высокого давления и игл распылителей форсунок. Массовая доля серы в дизельных топливах допускается не более 0,5 %.

Для снижения коррозионных износов необходимо сокращать время пуска и прогрева двигателя, в процессе работы поддерживать его тепловое состояние на уровне, характеризующимся температурой охлаждающей жидкости 80-90°С, применять масла с антикоррозионными присадками.

В зависимости от условий применения устанавливаются три марки дизельного топлива:

- Л (летнее) – для применения при температуре окружающего воздуха 0 °С и выше;

- З (зимнее) – для применения при температуре окружающего воздуха минус 20°С и выше (температура застывания топлива не выше минус 35 °С) и минус 30 °С и выше (температура застывания топлива не выше минус 45 °С);

- А (арктическое) – для применения при температуре окружающего воздуха минус 50 °С и выше.

По содержанию серы дизельные топлива подразделяют на две подгруппы: в топливах 1-й подгруппы ее должно быть не более 0,2 %, а в топливах 2-й подгруппы – 0,4 % для марки «А» и 0,5 % для марки «Л» и «З».

Условное обозначение дизельных топлив включает определенные показатели, характеризующие качество топлива. Так, в условное обозначение топлива марки “Л” должны входить массовая доля серы и температура вспышки, топлива марки “З” – массовая доля серы и температура застывания, топлива марки “А” – массовая доля серы.

Например, условное обозначение летнего топлива с массовой долей серы до 0,11 % и температурой вспышки 58 °С будет иметь вид:

Топливо дизельное Л – 0,11 – 58 ГОСТ 305-82.

Условное обозначение зимнего топлива с массовой долей серы до 0,2 % и температурой застывания минус 35 °С:

Топливо дизельное 3 – 0,2 минус 35 ГОСТ 305-82.

Условное обозначение арктического топлива с массовой долей серы 0,4 %:

Топливо дизельное А – 0,4 ГОСТ 305-82.

При постановке машин на длительное хранение в топливные баки заливается зимнее дизельное топливо.

При подготовке машин с дизельными двигателями к летней эксплуатации зимнее дизельное топливо из баков машин не сливается, а дорабатывается с дозаправкой баков летним дизельным топливом. При подготовке машин к зимней эксплуатации летнее дизельное топливо из баков машин сливается и хранится на складе горючего для использования в следующем летнем периоде.

При отсутствии основных марок дизельных топлив иногда применяют заменители в виде их смеси с тракторным керосином или с топливом для реактивных двигателей. Например, при отсутствии топлива марки “З” можно применять смесь топлива марки “А” и “Л” или смесь из 50-60 % дизельного топлива “Л” и 40-50 % топлив ТС-1 или Т-1; вместо дизельного топлива “А” – смесь из 50 % дизельного топлива “З” и 50 % топлив ТС-1 или Т-1.

Моторные масла

Масла по назначению делятся на моторные (для двигателей), трансмиссионные (для трансмиссии) и гидравлические (для гидравлических систем автомобиля).

Масла представляют собой смесь углеводородов с температурой кипения 350-500 °С.

Основная функция, которую выполняют моторные масла, – это снижения трения и износа трущихся деталей двигателя за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки. Одновременно моторные масла должны обеспечивать:

- уплотнения зазоров в сопряжениях работающего двигателя и, в первую очередь, деталей цилиндропоршневой группы;

- эффективный отвод тепла от трущихся деталей, удаление из зон трения продуктов износа и других посторонних веществ;

- надежную защиту рабочих поверхностей деталей двигателя от коррозионного воздействия, продуктов окисления масла и сгорания топлива;

- предотвращение образования всех видов отложений на деталях двигателя при его работе на различных режимах.