БЕНЗИН ПОД МИКРОСКОПОМ

Стал дефицитным бензин — многие автомобилисты задумываются, что бы еще изобрести для его экономии, а то и замены. Выдвигаются идеи, возникают споры, выясняется, однако, что не все их: участники отчетливо представляют себе, что такое нынешний автомобиль­ный бензин. Этой теме мы и решили посвятить нашу сегодняшнюю лекцию, подготовленную по литературным источ­никам.

Бензин, как известно, получают из нефти. Эта природная жидкость в своей основе состоит всего из двух химиче­ских элементов — углерода (84—87%) и водорода (12—14%). Но они соединя­ются между собой в великом множестве сочетаний, образуя вещества, которые мы называем углеводородами. Смесь разно­образных жидких углеводородов — это и есть нефть.

Если нагревать нефть при атмосфер­ном давлении, то сначала из нее испаряются самые легкие углеводороды, а по мере повышения температуры — все более и более тяжелые. Конденсируя их по отдельности, получаем разные фракции; те из них, которые выкипали в диапазоне температур от 35е до 205°С, считаются бензином (для сравнения: конденсат, полученный при температурах от 150° до 315°С, называют керосином, от 150° до 360°С — дизельным топли­вом).

Однако такой способ (он называется прямой перегонкой) дает очень мало бензина — всего 10—15% от перегоняе­мой нефти. Огромный парк автомобилей, нуждающихся в этом виде топлива, так не «прокормить». Поэтому основная масса товарного бензина добывается в резуль­тате так называемых вторичных процес­сов переработки нефти, к которым отно­сят термический и каталитический кре­кинг, платформинг, риформинг, гидрориформинг и еще многие. Процессы эти сложные, но их объединяет общая цель — раздробить большие и сложные молеку­лы тяжелых углеводородов на более мелкие и легкие, образующие бензин. Не вдаваясь в технологические подроб­ности вторичной переработки, отметим лишь, что она позволяет не только в несколько раз увеличить выход бен­зина из нефти, но и обеспечивает более высокое качество продукта по сравнению с прямой перегонкой.

Итак, легкие нефтяные фракции, кото­рые могут служить топливом для кар­бюраторных автомобильных двигателей, получены и из них нужно приготовить товарный бензин с определенными свой­ствами. Об этих свойствах мы и погово­рим.

Теплота сгорания. Химическая энергия, заключенная в любом топливе, при его сгорании выделяется в виде тепла, а его можно превратить в механическую ра­боту. Именно это и происходит в моторах наших машин. Удельная теплота сгорания автомобильных бензинов — величина довольно постоянная; каждый килограмм этого топлива выделяет при­мерно 10 600 килокалорий — серьезный заряд энергии, который достаточен, например, чтобы поднять тяжесть в 4,5 тысячи тонн на метровую высоту.

Октановое число. В смеси паров бен­зина с воздухом, которая сжата в камере сгорания двигателя, пламя распростра­няется со скоростью 1500—2500 м/с. Если же сжатие слишком велико, в горю­чей смеси образуются перекиси, и сгора­ние приобретает взрывной характер. Это и есть хорошо знакомая автомобилистам детонация, которая приводит к аварийно­му выходу двигателя из строя.

Стойкость бензина против детонации оценивается его октановым числом. Оно определяется сравнением исследуемого бензина со специальным эталонным топ­ливом, состоящим из смеси изооктана (его октановое число принимается за 100) и гептана (принимается за ноль). Сколько процентов изооктана в смеси, на которой мотор работает так же, как и на данном бензине, таково и окта­новое число этого бензина.

Разумеется, моторная установка в этом опыте специальная, исследовательская, а все условия опыта стандартизованы. Если же говорить о езде в обычных эксплуатационных условиях, то припи­сывать детонацию только свойствам самого бензина было бы неверно. Опас­ность ее появления возрастает в связи со следующим: большое открытие дрос­сельной заслонки в карбюраторе, обед­ненная горючая смесь, увеличенное опе­режение зажигания, повышение темпе­ратуры двигателя, уменьшение оборотов коленчатого вала, большое количество нагара в цилиндрах, неблагоприятные атмосферные условия (высокая темпера­тура и малая влажность воздуха, повы­шенное барометрическое давление). Кста­ти, сочетание именно этих факторов зачастую приводит водителя к ошибоч­ным выводам: дескать, на АЗС залили плохой бензин, или наоборот — вот какой хороший мотор, даже на низко­октановом бензине не детонирует.

Здесь надо заметить, что октановое число бензина определяется в первую очередь тем, какие фракции, какие углеводороды в нем преобладают. К вы­сокооктановым компонентам относятся алкилбензин (смесь ароматических угле­водородов), толуол, изооктан, алкилат (смесь изопарафиновых углеводородов).

Можно, однако, повысить октановое число бензина, добавляя в него спе­циальную присадку — антидетонатор. До последнего времени с этой целью очень широко использовали тетраэтилсвинец (ТЭС) или тетраметилсвинец, при­готовляя известные всем этилированные бензины. Но при их использовании на свечах, клапанах и стенках камеры сгорания откладывается окись свинца, а это вредно для двигателя. Главное, од­нако, в другом. ТЭС — сильный яд, его присутствие в выхлопных газах отравляет атмосферу и наносит вред лю­дям и вообще всему живому. Поэтому сейчас повсеместно, в том числе и в нашей стране, отказываются от этиловой жид­кости, несмотря на связанное с этим повышение себестоимости бензина.

Фракционный состав объективно харак­теризует испаряемость моторного топли­ва. Чем ниже температура, при которой перегоняется 10% бензина, тем лучше его пусковые свойства, но тем больше опасность появления паровых пробок в топливоподающей магистрали, а также

обледенения карбюратора. Сравнительно невысокая температура перегонки 50% бензина свидетельствует о его хорошей испаряемости в рабочих режимах, но опять-таки и о способности вызывать обледенение. Наконец, высокая темпе­ратура перегонки 90% говорит о том, что в бензине много тяжелых фрак­ций, которые способствуют разжижению масла в картере и связанному с этим ухудшению смазки деталей двигателя.

Мы только что упомянули о паровых пробках и обледенении карбюратора. Первое, очевидно, не требует особых пояснений, поскольку это явление зна­комо каждому автолюбителю. Следует лишь заметить, что у товарных бензи­нов, поставляемых на АЗС в холодное время года (с октября по март вклю­чительно), температура перегонки 10% общего объема составляет 55°С, а летом — 70°С. Именно поэтому «зимний» бензин, сохраненный до жаркой поры, при езде может изрядно помучить паровыми пробками, особенно в уличных заторах.

Что же касается обледенения карбю­ратора, то о нем стоит сказать несколько слов. Испарение жидкости всегда связа­но с поглощением тепла и охлажде­нием зоны испарения. То же и в карбюраторе. Один из реальных экспе­риментов показал, что при температуре воздуха +7°С через две минуты после пуска мотора дроссельная заслонка осты­ла до —14°С; если нет каких-то защитных мер, образование льда в подобном случае неминуемо. Главная из таких мер — забор воздуха в воздушный фильтр из зоны выхлопных труб («зим­нее» положение заборника). Следует иметь в виду, что условия, в которых обледенение карбюратора представляет реальную опасность, таковы: температура воздуха от —2° до +10°С, относитель­ная влажность — 70—100%. Вывод прост: хотя многие карбюраторы имеют жид­костный подогрев, а в современные то­варные бензины вводится специальная антиобледенительная присадка, все же с приходом холодов надо не упустить момент и своевременно переключить воздухозаборник в зимнее положение.

Смолообразование. С течением време­ни в среде жидких углеводородов могут происходить химические реакции, в ре­зультате которых образуются клейкие каучукоподобные вещества, называемые смолами. Они очень вредны, поскольку засоряют карбюратор и отлагаются на стержнях впускных клапанов. Предраспо­ложенность того или иного товарного бензина к смолообразованию может быть разной, она зависит от фракци­онного и химического состава смеси, но есть и общие условия внешнего характера, которые следует иметь в виду. Перечислим их. Чем больше бензин соприкасается с воздухом, тем быстрее в нем образуются смолы, поэтому в баке автомобиля осмоление идет гораздо бы­стрее, чем в доверху наполненной и закупоренной канистре. Тепло и свет, а также присутствие воды ускоряют выпадение смол. Материал, из которого сделана тара, тоже играет определенную роль: медь и свинец усиливают смо­лообразование.

Гигроскопичность. В принципе вода с чистым бензином не смешивается, она опускается на дно сосуда и остается там в виде отдельного слоя. Но очень малое ее количество (60—100 граммов на тонну бензина) все-таки переходит в раствор. В ароматических углеводородах (бензол, толуол) растворимость воды в 8—10 раз больше, поэтому в тех товарных бензинах, где есть такие ком­поненты, может содержаться хоть и не­большое, но все же заметное количе­ство воды. Для сгорания топлива это не помеха, однако если раствор насы­щен, то при определенных условиях (скажем, при понижении температуры) вода может выделиться из топлива и доставить немалые хлопоты — обра­зовать кристаллики льда в дозирующих элементах карбюратора или способст­вовать их окислению. Поэтому бензин следует по возможности оберегать от попадания в него воды.

Разумеется, мы сегодня упомянули далеко не обо всем, что касается бензина и представляет известный прак­тический интерес для автомобилистов. «За кадром» у нас остались темы, заслуживающие отдельного разговора: об оценке, маркировке, особенностях и ассортименте товарных бензинов. Но не­сколько слов о составе двух наиболее распространенных сегодня марок здесь все же надо сказать.

Бензин А-76. Основой для него служит продукт каталитического риформинга или каталитического крекинга, в который примешивают бензин термического кре­кинга или прямой перегонки. Для полу­чения нужного октанового числа в эту смесь добавляют либо этиловую жид­кость, либо высокооктановые углеводо­родные компоненты.

Бензин АИ-93 в этилированном ва­рианте представляет собой продукт ката­литического риформинга мягкого режима (75—80%), в который добавлены толуол (10—15%), алкилбензин (8—10%) и эти­ловая жидкость. Неэтилированный бен­зин АИ-93 получают на базе продукта каталитического риформинга жесткого режима (70—75%) с добавлением алкилбензина (25—28%) и бутан-бутиленовой фракции (5—7%).