Бензин в автомобильном двигателе ведет себя совсем не так, как любая другая жидкость на его месте, потому что бензин — это смесь многих жидкостей. Поэтому процесс сгорания и испарения бензина в топливном баке отличается от процесса сгорания и испарения воды или, например, сжиженного водорода: каждый элемент вступает в реакцию в определенный момент времени. Знание этих нюансов позволит вам точно определить, какой бензин нужен вашему автомобилю и как продлить срок службы двигателя.
Физико-химические свойства бензина
Какие физические и химические свойства бензина необходимо знать автовладельцам? Жидкости в бензине называются фракциями и различаются по температуре кипения, плотности, вязкости, скорости реакции с воздухом и т.д. Помимо углеводородных фракций, в нем содержатся природные соединения серы, водорода, кислорода, обладающие собственными свойствами. Пропорции различных фракций в данном бензине обычно не могут быть определены. Существуют также различные присадки, необходимые для улучшения качества топлива, его хранения и детонационной стойкости. Большинство из этих характеристик важны для инженеров, которые проверяют качество бензина до того, как он попадает на заправочную станцию.
Для обычного человека важно понимать температуру кипения бензина и октановое число. Для разных марок бензина этот показатель будет разным.
Октановое число является частью названия марки бензина. Например, название AI-92 означает, что бензин был протестирован по методу испытаний AI, который показал, что его октановое число равно 92. Это число показывает, насколько бензин устойчив к детонации или взрыву. Точка отсчета, 100, — это изооктан, углеводород, очень устойчивый к детонации; октановое число показывает, какой процент изооктана смешан с гептаном, который обладает низкими детонационными свойствами. Фактически, октановое число 92 означает, что этот бензин так же устойчив к детонации, как смесь изооктана и гептана в соотношении 92:8; в бензине АИ-95 это соотношение составляет 95:5, что означает более высокую устойчивость к детонации, и так далее. Это число также может быть больше 100, если свойства топлива выше изооктана.
Температура кипения бензина
Какова температура кипения бензина в двигателе? Производители отдельно контролируют температуру кипения бензина в начале кипения, а также 10, 50 и 90 процентов от температуры кипения, а затем температуру кипения в конце кипения.
Легкие фракции отвечают за температуру кипения и сгорание первых 10% топлива. Он влияет на пусковые характеристики, испаряемость и, самое главное, на вероятность образования паровой пробки в двигателе. Конечно, паровые замки возникают не только из-за легких фракций, но и вообще из-за состава бензина, пропорций и свойств тех фракций бензина, которые способны переходить из жидкого состояния в газообразное. Чтобы бензин мог запустить холодный двигатель, температура кипения первых 10 процентов топлива должна быть не выше 55°C зимой и 70°C летом. Зимние сорта бензина содержат больше легких фракций, чем летние.
Половина объема топлива закипает при температуре легких фракций бензина. Эти 50% называются рабочей фракцией бензина. Он определяет время прогрева и переход к различным режимам работы двигателя.
Температура конца кипения и кипения 90% бензина является показателем более тяжелых фракций. При высоких температурах кипения тяжелые фракции бензина неравномерно распределяются по двигателю. Часть бензина вообще не успевает сгореть, он конденсируется на стенках цилиндров, смывая масло, приводя к образованию нагара и сокращая срок службы цилиндров и поршневых колец. Затем этот осадок попадает в картер и там смывает масляную пленку, разбавляя масло и снижая его качество. Это увеличивает расход бензина, снижает экономию топлива и сокращает срок службы двигателя. Оптимальная температура, при которой неравномерность распределения бензиновой смеси по цилиндрам двигателя наименьшая, составляет 110-115°С. Это значение требуется в авиации, а для обычных автомобилей государственный стандарт для конца точки кипения бензина составляет 180°С.
В целом, понижение температуры кипения бензина и его перегонка на 90% повышает его качество, но снижает долговечность, так как чем она ниже, тем больше устойчивость к детонации и склонность к конденсации, а также ниже химическая стойкость, то есть вероятность того, что бензин изменит свои свойства в процессе хранения и использования. Температура кипения 90% топлива также называется точкой росы.
Температура испарения бензина
Какая температура необходима для превращения бензина в пар? Процесс начинается, когда температура становится теплее 30°C и достигает 205°C для более тяжелых фракций. В этот момент бензин начинает смешиваться с воздухом и попадает в камеру сгорания, запуская автомобиль. Чем холоднее на улице, тем больше энергии расходуется на испарение и тем сложнее запустить двигатель и поддерживать его работу. Именно поэтому зимние сорта бензина содержат фракции, которые легко испаряются при низких температурах.
Современные автомобили имеют систему прямого впрыска, поэтому температура испарения бензина уже не так важна, но до сих пор только она определяла, насколько быстро и равномерно пары бензина будут смешиваться с воздухом в цилиндре и, следовательно, насколько эффективно будет работать двигатель. Это значение снижается при использовании добавок или увеличении доли высоких фракций.
Имеет значение, как долго химический состав бензина остается неизменным при хранении и транспортировке. Если в бензин добавить сжиженный газ, он превращается в пар при достаточно низкой температуре и, вероятно, до того, как бак будет израсходован. На практике даже только что приобретенный бензин может уже обладать свойствами ниже класса. Это происходит, когда продавец добавляет в просроченное топливо пропан или метан (именно из-за этого на заправках так плохо пахнет), превращая 92-й бензин в 95-й.
Температура вспышки бензина
Пары бензина могут воспламениться в присутствии открытого пламени. Это происходит, когда концентрация паров бензина превышает 70-120 граммов на кубический метр. Во время детонации скорость пламени в тысячу раз превышает нормальную, постепенно разрушая цилиндр двигателя и поршневую группу. Чем выше октановое число, тем выше температура вспышки, поэтому бензин имеет присадки или другой фракционный состав.
Температура горения бензина
Температура сгорания бензина не зависит от его октанового числа: она влияет на его устойчивость к детонации. Автомобильные бензины А-72, А-76, АИ-92, АИ-95 имеют практически одинаковый фракционный состав и все свойства кипения, испарения и горения. Современный бензин с высоким октановым числом еще менее экологичен, чем старые бензины, поскольку в него добавляют много присадок, например, тетраэтилсвинец, который является ядовитым и разрушает каталитический нейтрализатор автомобиля.
Сгорание бензина зависит от места его сгорания. В двигателе бензин сгорает при средней температуре 900-1100 градусов, он может гореть и при более низких температурах. Она также зависит от давления в цилиндрах. Бензин в открытом пламени горит при более низких температурах — 800-900 градусов Цельсия.
