1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

С момента появления первых двигателей внутреннего сгорания и до настоя­щего времени основными видами топлива для автотранспорта остаются продук­ты переработки нефти - бензины и дизельные топлива. Эти топлива представ­ляют собой смеси углеводородов и присадок, предназначенных для улучшения их эксплуатационных свойств. В состав бензинов входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 2000С, а в состав дизельных топлив - углеводороды, выкипающие в пределах 180-3600С. Производство топлива включает комплекс технологических процессов пере­работки нефти и нефтепродуктов.

1.2. БЕНЗИНЫ.

Бензин - это смесь легкокипящих жидких углеводородов различного строе­ния с температурой кипения 35...2000С, получаемая при перегонке нефти, осуш­ке природного газа, переработке твердых видов топлива и при вторичной пере­работке продуктов перегонки нефти (например, мазута). Наиболее важными для бензинов являются требования к детонационной стой­кости и фракционному составу, от которых зависят их эксплуатационные характе­ристики. Бездетонационная работа двигателя достигается применением бензина с требуемой детонационной стойкостью. Наименьшей детонационной стойкостью об­ладают нормальные парафиновые углеводороды, а наибольшей - ароматические углеводороды. Варьируя углеводородный состав, получают бензины с различной детонационной стойкостью, характеризуемый октановым числом (ОЧ). Октановое число - это цифра, показывающая антидетонационную стой­кость бензина. Чем выше ОЧ, тем выше стойкость бензина против детонации. Определение ОЧ производится на специальных моторных установках.

Суще­ствуют два метода определения ОЧ: - исследовательский (ОЧИ — октановое число по исследовательскому методу); - моторный (ОЧМ - октановое число по моторному методу). Численное значение ОЧИ больше ОЧМ. Буква "А" означает, что бензин авто­мобильный. Численное значение - это октановое число бензина. Наличие после буквы "А" буквы "И" означает, что октановое число определено по исследователь­скому методу. Если после буквы "А" нет буквы "И", то октановое число определено по моторному методу. Российскими стандартами предусмотрены следующие мар­ки бензинов: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее важным конструктивным фактором, определяющим требования двигателя к октановому числу, является степень сжатия. Повышение степени сжатия двигателей позволяет улучшить их техни­ко-экономические и эксплуатационные показатели. При этом возрастает мощность и снижается удельный расход топлива. Однако с увеличением степени сжатия необходимо применять бензин с более высоким октановым числом. Поэтому важнейшим условием бездетонационной работы двигате­лей является соответствие октанового числа, применяемого бензина и сте­пени сжатия двигателя.

Следует подчеркнуть, что требуемое октановое число зависит не только от сте­пени сжатия, но еще от формы камеры сгорания, максимальной частоты вращения коленчатого вала, теплонапряженности двигателя, наличия наддува и других фак­торов. Поэтому, встречаются ДВС, у которых степень сжатия отличается на 1...2 единицы, а бензин для них рекомендован один и тот же. Для повышения детонационной стойкости бензинов в их состав вводят анти­детонаторы - вещества, которые при добавлении к бензину в относительно не­больших количествах резко повышают его антидетонационную стойкость. К их числу относятся антидетонаторы на основе ароматических аминов, соедине­ний ферроцена и марганца или их смесь.

С фракционным составом связаны такие характеристики двигателя, как его пуск, образование паровых пробок в системе питания двигателя, прогрев и при­емистость, экономичность и долговечность работы. Учитывая противоречивые требования к фракционному составу бензина в части содержания низкокипящих фракций с позиций обеспечения пуска двигате­ля, с одной стороны, и образования паровых пробок, обледенения карбюратора и потерь на испарение - с другой. У нас в стране вырабатываются два вида бензинов - зимний и летний. Эти бензины имеют оптимальный фракционный состав для определенных темпе­ратурных условий и позволяют без осложнений эксплуатировать автомобили в различное время года. Все отечественные стандарты предусматривают содержание в бензинах серы (до 0,05...0,10%) и фактических смол (до 30...100 мг/л). Эти включения вызывают вредные отложения и коррозию деталей ДВС. В соответствии со стандартами бензины не должны содержать воду, механические примеси, водорастворимые кислоты и щелочи, однако на практике встречаются слу­чаи существенного отклонения от этих требований.

1.3. ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА.

Дизельное топливо (ДТ) для автомобильных дизелей изготавливают из дистиллятных фракций прямой перегонкой нефти, а также из дистиллятных фрак­ций, подвергнутых гидроочистке и депарафинизации с добавлением до 1% изопропилнитрата для повышения цетанового числа. ДТ состоит в основном из двух компонентов: легко воспламеняемой жидкости (цетана) и плоховоспламеняющегося метилнафталина. Наиболее важными эксплуатационными свойствами дизельного топлива яв­ляются его воспламеняемость и прокачиваемость. Воспламеняемость топлива характеризует его способность к самовос­пламенению. Цетановое число (ЦЧ) - это процентное содержание цетана в дизельном топливе по отношению к метилнафталину.

Цетановое число (ЦЧ) характеризует способность топлива к самовос­пламенению. Чем выше ЦЧ, тем лучше топливо самовоспламеняется. Повышение ЦЧ улучшает самовоспламеняемость топлива при конкретных условиях, что способ­ствует облегчению запуска дизеля. Оптимальный диапазон для ЦЧ = 45...50 единиц. Если ЦЧ ниже 45, то это приводит к "жесткой" работе дизеля (см. Раздел 1, п. 5.6), а если выше 55, то топ­ливо слишком рано воспламеняется, не успев хорошо перемешаться с воздухом. Последнее ухудшает эффективность и полноту сгорания топлива, увеличивая тем самым его расход. В различных российских стандартах на дизтопливо ограничение по мини­мальному значению цетанового числа неодинаково и принадлежит диапазону 35...45. По стандартам Швеции, например, цетановое число должно быть не ме­нее 47...50, в Калифорнии - не менее 48. Прокачиваемость дизтоплива характеризует способность топлива к перете­канию в системе питания дизеля от топливного бака до распылителя форсунки. Прокачиваемость зависит от свойств применяемого дизтоплива (температуры помутнения, предельной температуры фильтруемости, температуры застывания, содержания механических примесей и воды) и конструктивных особенностей си­стемы питания и фильтрации топлива.

Тф - предельная температура фильтруемости - это температура, при ко­торой топливо при охлаждении в определенных условиях перестает проходить через специальный топливный фильтр.

Тп - температура помутнения - это температура, при которой в процессе охлаждения топливо теряет прозрачность.

Тп близка к Тф. Помутнение вызвано выпадением высокоплавких углеводо­родов (парафинов, алканов) в виде кристаллов, способных забить собой топлив­ные фильтры. Поэтому рабочая температура применения дизтоплива должна быть выше температуры его помутнения.

Тг - температура застывания (гелеобразования) топлива - температура в про­цессе охлаждения дизтоплива, при которой топливо в специальном приборе, накло­ненном под углом 45⁰С, сохраняет неподвижность в течение 1 минуты. Этот показа­тель служит для оценки возможности заправки, транспортирования, слива и перели­ва дизельного топлива при отрицательных температурах окружающего воздуха. За нижний температурный предел применения любого дизельного топлива принимают температуру, которая на 3...5⁰С выше температуры помутнения. Экс­плуатационную оценку принято производить также по температуре застывания, руководствуясь следующим правилом: самая низкая температура окружающего воздуха, при которой возможно применение данного дизтоплива, должна быть на 10...15⁰С выше температуры застывания. Марки отечественного дизтоплива устанавливают в зависимости от ус­ловий применения. ГОСТ 305-82 предусматривает дизтопливо:

• Л - летнее: для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0⁰С (Цельсия) и выше.
• 3 - зимнее: а) для эксплуатации в умеренной климатической зоне при температуре окружающего воздуха -20⁰С и ниже (Тг = -35⁰С); б) для эксплу­атации в холодной климатической зоне при температуре окружающего воз­духа -30⁰С и ниже (Тг = -45⁰С).
• А - арктическое: для эксплуатации при температуре окружающего воз­духа -45⁰С и ниже (Тг = -55⁰С).

Дизельные топлива, как и бензины, имеют условные обозначения. В обозначение летнего дизтоплива входит массовая доля серы и температура вспышки. Например, Л-0,2-40 означает: массовая доля серы 0,2%, темпера­тура вспышки 40⁰С. В обозначение зимнего дизтоплива входит массовая доля серы и температура застывания. Например, 3-0,4-35 означает: массовая доля серы 0,4%, температура застывания минус 35⁰С. В обозначение арктического дизтоплива входит только массовое содержание серы.

По сравнению с бензинами в отечественных дизтопливах содержание серы существенно больше (в 5-10 раз). Для дизтоплива содержание серы строго нор­мируется по двум составляющим: по общей сере (обычно не более 0,2...0,5%) и меркаптановой сере (обычно не более 0,01%). При сгорании из серы образуются ее оксиды, которые оказывают коррозион­ное воздействие на металлы - детали ЦПГ. При низких температурах оксиды се­ры легко растворяются в капельках воды, образуя сернистую и серную кислоты.

Наиболее агрессивными по коррозии являются меркаптаны и сероводород. От содержания в дизтопливе серы существенно зависит срок службы дизеля. Чем больше серы, тем интенсивнее коррозионное изнашивание дизеля, поэтому в промышленно развитых странах содержание серы в дизтопливе ограничено более жесткими стандартами. Так, в Калифорнии содержание серы ограничено значе­нием 0,05%, что в 4... 10 раз меньше по сравнению с российскими видами дизтоп­лива, а в Швеции требования к содержанию серы еще более строгие.

Важным эксплуатационным свойством дизельного топлива является его склонность к образованию нагара и лаковых отложений в двигателе. Отложения приводят к нарушениям в работе двигателя, что ухудшает его тех­нико-экономические и экологические показатели. Количество вредных отложе­ний в двигателе возрастает при увеличении содержания в дизтопливе серы и сер­нистых соединений, фактических смол, непредельных и ароматических углеводо­родов (йодного числа), несгораемых неорганических соединений (зольности).

Повышение зольности топлива увеличивает износ деталей ЦПГ и топ­ливной аппаратуры дизеля.

Все отечественные стандарты не допускают наличие в дизтопливе воды и механических примесей. Однако на автозаправочных станциях этим требовани­ям дизтопливо соответствует крайне редко. Концентрация фактических смол в дизтопливе российскими стандартами ог­раничена и для разных топлив не должна превышать 200...400 мг/л, т.е. в сред­нем она в 4 раза выше, чем у российских бензинов.

1.4. ДРУГИЕ ВИДЫ ТОПЛИВА.

Альтернативные топлива - это природный газ, нефтяной углеводородный газ (пропан-бутановый), спирты, синтетическое топливо, водород, генераторный газ и др. Каждый вид топлива по сравнению с обычными нефтяными топливами имеет как преимущества, так и недостатки. Превалирование последних в настоящее время препятствует широкому распространению альтернативных топлив.