2. Эксплуатационные свойства и показатели их оценивающие: бензин

Во время работы двигателя бензин подается к карбюратору, где испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Из карбюратора горючая смесь поступает в цилиндры двигателя, где и происходит быстрое сгорание рабочей смеси, длящееся десятые доли секунды.

В связи с данными процессами к бензину предъявляется ряд требований, основными из которых являются:

- быстрое образование топливно-воздушной (горючей) смеси необходимого состава;

- сгорание рабочей смеси с нормальной скоростью (без детонации);

- минимальное коррозирующее воздействие на детали системы питания двигателя;

- небольшие отложения смолистых веществ в системе питания двигателя;

- минимальное отравляющее воздействие на организм человека и окружающую среду;

- сохранность первоначальных свойств в течение длительного времени.

Соответствие бензина перечисленным требованиям зависит, прежде всего, от его физико-химических свойств, которые определяются рядом показателей, в качестве которых выступают давление насыщенных паров, фракционный состав, теплота испарения, вязкость и плотность. Основные показатели физико-химических свойств бензинов указываются в стандарте или в технических условиях на бензин данной марки.

От них зависят также быстрота и полнота сгорания бензино-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, возможность работы двигателя на наиболее экономичных режимах.

Давление насыщенных паров характеризует испаряемость головных фракций бензинов, и в первую очередь их пусковые качества, т. е. представляет собой максимальную концентрацию паров топлива в воздухе, при которой устанавливается равновесие между паром и жидкостью. Таким образом, чем выше давление насыщенных паров бензина, тем легче он испаряется и тем быстрее происходят пуск и нагрев двигателя. Однако если бензин имеет слишком высокое давление насыщенных паров, то он может испаряться до смесительной камеры карбюратора. Это приведет к ухудшению наполнения цилиндров, возможному образованию паровых пробок в системе питания и снижению мощности, перебоям и даже остановке двигателя, в том числе увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах.

Поэтому давление насыщенных паров бензина устанавливается таким, чтобы при хорошем его испарении не образовывались паровые пробки в системе питания двигателя.

Определение давления насыщенных паров выполняется при температуре 38 °С. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров: летом - до 67 кПа и зимой - от 67 до 93 кПа. Температура 38 °С является показателем безопасности при заливке и перевозке топлива в баке автомобиля. Европейский стандарт EN 228 (Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Требования и методы испытаний) регламентирует уровень давления летом от 35 до 70 кПа и зимой от 55 до 90 кПа.

Фракционный состав устанавливает зависимость между количеством топлива (в процентах по объему) и температурой, при которой оно перегоняется. Для характеристики фракционного состава в стандарте указывается температура, при которой перегоняется 10, 50 и 90 % бензина, а также температура конца его перегонки, иногда и начала [1, 3, 6].

Метод определения фракционного состава светлых нефтепродуктов предназначается для бензинов, лигроина, керосина и дизельного топлива.

Фракционный состав является важнейшим показателем бензина, оказывающим влияние не только на качество смесеобразования, но и на работу двигателя в целом. Так, наряду с определенным давлением насыщенных паров для надежного пуска холодного двигателя необходимо наличие низкокипящих углеводородов, содержание которых контролируется температурами начала перегонки (tнк) и разгонки первых 10 % бензина (t10). Она должна быть не выше 70 °С. Для зимнего бензина предусмотрено выкипание пусковых фракций до 55 °С, что обеспечивает пуск холодного двигателя при температуре окружающего воздуха до -20…-25 °С. После пуска двигатель должен быстро прогреться, что связано с температурой разгонки 50 % бензина (t50). Она находится в пределах 100…115 °С. Этот же показатель определяет и хорошую приемистость двигателя - способность обеспечить быстрый разгон автомобиля при резком открытии дроссельной заслонки. Полное испарение бензина в двигателе определяется температурами перегонки 90 % (t90) и конца разгонки (tкк) соответственно 185…195 °С и 215…220 °С. При чрезмерном повышении этих температур тяжелые фракции бензина не успевают испариться и попадают в цилиндры (свыше 200 °С). В результате бензин сгорает не полностью, мощность двигателя падает, а его топливная экономичность ухудшается. Кроме того, происходит разжижение моторного масла и его смывание тяжелыми фракциями с трущихся поверхностей, следствием чего являются повышенные износы деталей двигателя.

Таким образом, облегчение фракционного состава бензина способствует улучшению работы двигателя. Однако при этом необходимо иметь в виду, что чрезмерное снижение t10 приводит к испарению легких фракций уже в трубопроводах или топливном насосе до карбюратора. Образующиеся пузырьки пара создают паровые пробки, нарушающие подачу бензина в карбюратор и ведущие к перебоям в работе, а зачастую даже к полной остановке двигателя. Кроме того, снижение t90 и tкк ограничивает количество используемых дистиллятов нефти и тем самым уменьшает выход из нее бензина, т. е. его ресурсы.

Согласно европейскому стандарту на топлива для автомобилей ЕN 228 t10 = 70 °С, t50 = 100 °С, t90 = 180 °С, tкк = 215 °С [12].

В процессе смесеобразования существенную роль играет теплота испарения (парообразования) топлива. Она представляет собой количество тепла, затрачиваемого на испарение единицы массы топлива. Это тепло отнимается от топлива и воздуха, в результате чего температура топливно-воздушной смеси снижается, испарение замедляется, качество смесеобразования ухудшается. Теплота испарения углеводородных топлив сравнительно невелика - 290...300 кДж/кг, вследствие чего снижение температуры смеси не превышает 15...20 °С.

Вязкость и плотность бензина в наибольшей степени оказывают влияние на его расход через дозирующие жиклеры карбюратора или электромагнитной форсунки.

Плотностью называется масса вещества, отнесенная к единице его объема. Плотность нефтепродуктов определяется при помощи нефтеденсиметров (ареометров) при температуре 20 °С, так как с повышением температуры плотность нефтепродуктов уменьшается, а с понижением - увеличивается.

Вязкость характеризует свойства жидкости оказывать сопротивление течению, т. е. перемещению ее слоев под действием внешней силы. Различают динамическую и кинематическую вязкость. В системе СИ динамическая вязкость имеет размерность Па · с. Кинематическая вязкость (удельный коэффициент внутреннего трения) измеряется в м2/с.

Вязкость определяют в капиллярных вискозиметрах путем замера времени истечения жидкости определенного объема через калибровочный капилляр.

При снижении температуры вязкость бензина повышается, что ведет к уменьшению расхода топлива. В то же время плотность бензина возрастает, что, напротив, приводит к росту его расхода. Однако ввиду того, что вязкость бензина при снижении температуры изменяется в большей степени, чем плотность, она оказывает преобладающее влияние на расход топлива. В результате при снижении температуры от +40 °С до -40 °С расход бензина через жиклер уменьшается на 15...20 %.

При использовании бензинов, не соответствующих требованиям двигателя, на ряде режимов его работы может возникать особый вид аномального сгорания - детонационное сгорание. Это широко известное явление проявляется в звонком металлическом стуке, дымлении отработавших газов и резком перегреве двигателя.

Причиной детонационного сгорания является образование неустойчивых перекисных соединений при окислении углеводородов топлива. При повышенных температурах и давлениях в камере сгорания перекисные соединения разлагаются с выделением большого количества тепла. Процесс разложения носит взрывной характер, в результате чего в цилиндре возникают ударные волны и скорость распространения пламени возрастает до 2000...2500 м/с. Перекисные соединения образуются при сгорании топлива всегда, но детонация возникает лишь при их определенном (критическом) содержании для определенных условий (давления и температуры) в цилиндре. Чем выше давление и температура в цилиндрах, тем при меньшем содержании перекисных соединений начинается переход нормального сгорания в детонационное.

Наиболее эффективным способом борьбы с детонацией является повышение детонационной стойкости бензинов. Под детонационной стойкостью (или антидетонационными свойствами) бензинов понимается их способность противостоять возникновению детонации в двигателе. Основным показателем детонационной стойкости бензинов является октановое число, которое указывается в стандартах или технических условиях в числе важнейших физико-химических свойств бензина.

Для каждого типа карбюраторного двигателя допускается применение бензина со строго определенным октановым числом, которое обусловливается степенью сжатия двигателя: чем выше степень сжатия, тем большее октановое число должен иметь бензин. Октановое число определяют моторным и исследовательским методами, суть которых заключается в сравнении работы одноцилиндрового двигателя на испытуемом бензине и эталонном топливе. В качестве эталонного топлива используют смесь двух углеводородов - изооктана (С8Н18) и нормального гептана (С7Н16). Октановое число первого принимают равным 100 единицам, второго - нулю. Если составлять смесь из этих углеводородов в определенном процентном соотношении, то оно и будет характеризовать октановое число. Так, смесь из 92 % изооктана и 8 % гептана будет равноценна бензину с октановым числом 92.

Таким образом, октановое число (ОЧ) - это условный показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию (по объему) изооктана в смеси с нормальным гептаном, равноценной по детонационной стойкости испытуемому топливу.

Чем выше октановое число, тем более стоек бензин перед детонацией и тем лучшими эксплуатационными качествами он обладает.

Лучше противостоят детонации бензины, в которых преобладают ароматические углеводороды, затем следуют нафтеновые, и наименьшая детонационная стойкость у бензинов, состоящих в основном из нормальных углеводородов.

Наличие в бензине сернистых соединений и смолистых веществ понижает его октановое число, поэтому содержание их в бензине строго контролируется.

3.СИСТЕМА КЛАССИФИКАЦИИ И МАРКИРОВКИ ТОРМОЗНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Тормозные жидкости состоят из основы (ее доля 93-98%) и различных добавок, присадок, иногда красителей (остальные 7-2%). По своему составу они делятся на минеральные, гликолевые и силиконовые.

Минеральные, представляющие собой различные смеси в пропорции 1:1 касторового масла и спирта, например бутилового (красно-оранжевая жидкость «БСК»). Такие жидкости обладают хорошими смазывающими и защитными свойствами, негигроскопичны, не агрессивны к лакокрасочным покрытиям. Но они не соответствуют международным стандартам по основным показателям - имеют низкую температуру кипения (их нельзя применять на машинах с дисковыми тормозами) и становятся слишком вязкими уже при минус 20°С.

Минеральные жидкости нельзя смешивать с гликолевыми, иначе возможно набухание резиновых манжет узлов гидропривода и образование сгустков касторового масла.

Гликолевые, имеющие в качестве основы полигликоли и их эфиры - группы химических соединений на основе многоатомных спиртов. У них высокая температура кипения, хорошие вязкостные и удовлетворительные смазывающие свойства. Основным недостатоком гликолевых жидкостей является гигроскопичность - склонность поглощать воду из атмосферы. В эксплуатации это в основном происходит через компенсационное отверстие в крышке бачка главного тормозного цилиндра. Чем больше воды растворено в тормозной жидкости, тем ниже ее температура кипения, больше вязкость при низких температурах, хуже смазываемость деталей и сильнее коррозия металлов.

Отечественные и импортные гликолевые жидкости классов DOT 3, DOT 4 и DOT 5.1 взаимозаменяемы, но смешивать их нежелательно, так как основные свойства при этом могут ухудшаться.

На автомобилях, выпущенных более двадцати лет тому назад, резина манжет может быть несовместимой с гликолевыми жидкостями - для них необходимо использовать только минеральные тормозные жидкости (или придется менять все манжеты).

Силиконовые, изготавливаемые на основе кремний-органических полимерных продуктов. Их вязкость мало зависит от температуры, они инертны к различным материалам, работоспособны в диапазоне температур от -100 до +350°С и не адсорбируют влагу. Их применение в частности ограничивают недостаточные смазывающие свойства. Основанные на силиконе жидкости несовместимы с другими.

Силиконовые жидкости класса DOT 5 следует отличать от полигликолевых DOT 5.1, так как сходство наименований может привести к путанице. Для этого на упакове дополнительно обозначают:

ДОТ 5 - SBBF («silicon based brake fluids» - тормозная жидкость, основанная на силиконе).

DOT 5.1 - NSBBF («non silicon based brake fluids» - тормозная жидкость, не основанная на силиконе).

Маркировка

В области тормозных жидкостей за рубежом применяются два основных стандарта: первый -- SAE J1703 и второй США -- нормы DOT (Departament of Transportation).

В настоящее время изготовители тормозных жидкостей в рекламах, документах и упаковке, как правило, указывают соответствие жидкости нормам DOT.

Для легковых автомобилей в зависимости от конструкции, технической характеристики и года выпуска применяются жидкости, соответствующие требованиям DOT-3, DOT-4 и DOT-5. Нормам DOT-5 отвечают наиболее современные жидкости, предназначенные для скоростных и спортивных автомобилей.